Energia
Immagine: US Department of Energy
In California un esperimento ha prodotto energia “fondendo” atomi di idrogeno, per il governo USA è il momento di passare a prototipi di reattori commerciali.
L’esperimento in California
La prima reazione di fusione nucleare a produrre più energia di quella consumata è stata realizzata dagli scienziati del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, che hanno dato l'annuncio martedì 13 dicembre. Secondo i funzionari, si tratta di un momento cruciale nella strada verso la produzione commerciale di energia da fusione.
L'esperimento, condotto il 5 dicembre presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California, è durato pochi miliardesimi di secondo, ma ha dimostrato per la prima volta che la generazione di energia dalla fusione di atomi è fattibile.
Gli scienziati della National Ignition Facility dell’LLNL hanno “acceso” (tecnicamente: “portato allo stato di ignizione”) le molecole di una capsula di metallo delle dimensioni di pochi millimetri, riscaldata alla temperatura di 100 milioni di gradi Celsius (circa 10 volte la temperatura del centro del sole), attraverso l’uso di un "raggio" creato dal più grande gruppo di laser del mondo.
La reazione istantanea, che ha portato a quella produzione netta di energia che i ricercatori del laboratorio perseguono da oltre 60 anni, ha consumato poco più di due megajoule di energia ed ha prodotto 3,15 megajoule, con un guadagno netto del 53,66%.
La direttrice del centro, Kimberley Budil, ha spiegato che, per condurre l’esperimento e per mantenere i macchinari efficienti, sia servita in realtà molta più energia di quella usata per accendere il combustibile, ma, ha specificato, “il nostro laboratorio non è stato disegnato per essere efficiente, ma unicamente con lo scopo di condurre esperimenti”, inoltre, ha aggiunto, “i nostri macchinari hanno ancora standard costruttivi degli anni ’80 e ’90, quelli odierni sono molto più efficienti”. Budil ha poi spiegato come, al di là delle microscopiche quantità di materia utilizzata e dei tempi infinitesimali dell’esperimento, il punto fondamentale è aver ottenuto una immensa mole di dati (l’intero team ha trascorso più di una settimana per rivederli e confermarli) che consentono di creare modelli realistici di funzionamento, in scala molto maggiore, della generazione di energia da reazioni di fusione.
Secondo molti esperti globali, la scoperta del laboratorio californiano è un punto di svolta fondamentale nella ricerca, e il team del laboratorio sostiene che i loro dati possono accorciare di almeno dieci anni le tempistiche per l’adozione di reattori a fusione come fonte diffusa di generazione energetica. La direttrice Budil ha sostenuto in conferenza stampa che la maggior variabile, in questo momento, è la disponibilità da parte di investitori privati di finanziare prototipi di veri e propri reattori a scopo commerciale, aggiungendo che la partecipazione di imprese private potrebbe accorciare ulteriormente la timeline della generazione da fusione, rendendola rivendibile e diffusa entro tre decenni.
In tal senso è poi intervenuta la Segretaria per l’energia degli Stati Uniti, Jennifer M. Granholm, rendendo noto che il presidente Biden, nel complesso dei finanziamenti nei settori di energia e ambiente, ha stanziato un fondo per le partnership pubblico-private volte alla produzione di reattori a fusione. Granholm ha poi spiegato come, grazie anche ai dati raccolti in questo ed in altri esperimenti, svariate aziende siano già in stadio avanzato di studio per la realizzazione di un reattore a fusione, e come il Dipartimento per l’Energia finanzierà, a partire dai primi mesi del 2023, un primo sito di prova funzionante, che dovrebbe entrare in funzione già nei primi anni del 2030.
Chiaramente, l’annuncio degli scienziati non apre le porte ad una rivoluzione istantanea, ma consente di dare delle tempistiche più chiare per il raggiungimento di uno degli obiettivi chiave nello sviluppo scientifico degli ultimi decenni: la possibilità di produrre energia pulita ed a bassissimo impatto ambientale attraverso l’uso delle stesse reazioni nucleari che si riscontrano all’interno delle stelle.
Cosa è la fusione nucleare e perché è importante?
La fusione nucleare artificiale è un processo che produce energia simile a quella che alimenta il sole: Quando due o più atomi si combinano per formare un atomo più grande, questo processo è noto come fusione nucleare, e rilascia un'enorme quantità di energia termica.
Gli scienziati di tutto il mondo hanno condotto ricerche sulla fusione nucleare per decenni, nella speranza di ricreare una nuova fonte di energia che generi una fornitura elettrica senza emissioni di CO2 e senza produrre le scorie radioattive dei reattori nucleari attualmente esistenti. Per i progetti di fusione in corso, i due elementi più utilizzati sono Il deuterio e il trizio, entrambi isotopi dell'idrogeno.
L’idrogeno è uno tra gli elementi più diffusi in natura, e la quantità di energia rilasciata dalle reazioni di fusione è tale che, con l'aggiunta di minime quantità di trizio, il deuterio (H2) contenuto in tre litri d'acqua (opportunamente separato dall’ossigeno) può produrre energia equivalente a quella derivante dalla combustione di oltre mille litri di benzina. Il trizio, sebbene più difficile da ottenere e più raro, può comunque essere prodotto sinteticamente.
In aggiunta all’assenza di scarsità della materia prima necessaria e alla straordinaria resa energetica, la fusione nucleare ha un ulteriore aspetto positivo: la sicurezza. Le reazioni alla base della fusione nucleare non sono soggette ai rischi connessi all’energia nucleare ottenuta tramite la fissione degli atomi, e i reattori a fusione non rischierebbero incidenti come quelli occorsi a Chernobyl o Fukushima. Inoltre, i pochi residui dei reattori a fusione comportano rischi minori e restano radioattivi per meno tempo rispetto al materiale fissile, con conseguenti minori problemi di messa in sicurezza e stoccaggio.
