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Fusione dell’idrogeno e società

Come si inserisce la fusione nel futuro panorama energetico della nostra società?

Quali sono i vantaggi e le possibili criticità di questa fonte energetica, oggi ancora allo studio, ma che, nella seconda metà del secolo, promette di contribuire in modo decisivo alla produzione in larga scala di energia sicura e sostenibile?


Leggiamo insieme alcune tra le domande più comuni che riceviamo, sul web o direttamente in occasione di incontri aperti al publico, e le risposte con le quali la comunità fusione tenta di fare chiarezza.

FAQ

FUSIONE/FISSIONE

Che differenza c’è tra reazioni di fusione e fissione?

Fusione e fissione sono due processi nucleari opposti.

Nella fissione, i nuclei di elementi pesanti (in particolare l’Uranio) vengono bombardati da neutroni aventi un’energia relativamente bassa e si spezzano in due nuclei più leggeri, detti “prodotti della fissione” ed alcuni neutroni. Nel processo si perde una piccola quantità di massa detta “difetto di massa”, che viene convertita in una grande quantità di energia secondo la ben nota equazione di Einstein E=mc2, dove m è la perdita di massa e c è la velocità della luce. I neutroni, rallentati da un “moderatore”, colpiscono altri nuclei di Uranio creando la famosa “reazione a catena”. Il calore prodotto dalla reazione nucleare viene convertito in energia elettrica da un “ciclo termodinamico” e infine da un alternatore, come in qualsiasi centrale termica.

Nella fusione, due nuclei di elementi leggeri (in particolare due isotopi dell’Idrogeno, il Deuterio e il Trizio), portati ad altissima temperatura, circa 10 volte la temperatura al centro del Sole, fondono dando origine come “prodotto della fusione” ad un nucleo più pesante (in particolare l’Elio) e un neutrone dotato di moltissima energia. Anche nel processo di fusione si perde una piccola quantità di massa, che viene convertita in energia sempre secondo l’equazione di Einstein. I nuclei di Elio, che hanno carica elettrica positiva e quindi rimangono intrappolati nel campo magnetico, mantengono la miscela reagente ad alta temperatura, come richiesto perché le reazioni di fusione continuino in condizioni stazionarie; il neutrone viene invece assorbito dal contenitore e la sua energia viene trasformata in calore, che in futuro potrà essere convertito in energia elettrica con le stesse modalità delle attuali centrali termiche.

Un’altra differenza fondamentale tra i due processi risiede nel fatto che i prodotti della fissione sono fortemente radioattivi, mentre il prodotto della fusione è un gas, l’Elio, non solo assolutamente innocuo per le persone e l’ambiente ma anche utilissimo in tante applicazioni.

Oltre alle differenze, ci sono anche importanti analogie: in particolare, entrambi i processi non producono né anidride carbonica né inquinanti e perciò vanno considerate a basso impatto ambientale.

La fusione è più o meno costosa della fissione?

Ad oggi risulta difficile stimare con precisione quanto costerà una centrale elettrica a fusione. Parliamo infatti di una tecnologia che entrerà nel mercato nella seconda metà del secolo e di cui ancora non è possibile definire in dettaglio il progetto. Attualmente, infatti, è ancora in corso la scelta delle soluzioni tecniche che consentano di costruire un impianto non solo affidabile ma anche competitivo nel mercato dell’energia elettrica. Affinché ciò si realizzi, possiamo affermare con buona precisione che il progetto dell’impianto dovrà essere tale da raggiungere un costo capitale in linea con i costi degli impianti nucleari a fissione ad oggi più innovativi, ovvero quelli di terza generazione avanzata (Gen III+). Un obiettivo raggiungibile se si pensa che una centrale a fusione nucleare richiede spazi e strutture molto simili a quelle di un convenzionale impianto a fissione. Va però precisato che alla così detta “fusion island” ovvero l’area del sito nucleare in cui è posizionato il reattore a fusione, la parte più complessa dal punto di vista costruttivo e innovativa quanto a materiali utilizzati, corrisponderà quasi la metà del costo capitale dell’intero impianto. E’ quindi su di essa che si dovranno incentrare gli sforzi per raggiungere costi competitivi. La progressiva maturazione , anche da parte dell’industria, delle competenze in tecnologie e materiali legati alla fusione nucleare, ma che potranno essere utilizzati anche in altre applicazioni, avrà un ruolo chiave nella riduzione dei costi di un impianto per la generazione di energia elettrica da fusione.

Produce più energia la fusione o la fissione?

La produzione di energia, in entrambi i casi, è descritta dall’equazione di Einstein. Dunque l’energia prodotta è proporzionale al “difetto di massa” e il difetto di massa è maggiore nel processo di fusione. A parità di massa del “combustibile bruciato” (ma attenzione! qui in entrambi i casi non c’è nessuna combustione perciò non viene prodotta anidride carbonica), il processo di fusione produce un’energia 4 volte superiore al processo di fissione.

Comunque, entrambi i processi producono una grandissima quantità di energia. Considerando la fusione, con una bacinella di acqua di mare, o di rubinetto, da cui si estrarrà il Deuterio, e con il Litio contenuto nella batteria di un pc (dal Litio si estrarrà il Trizio all’interno del reattore) si potrà produrre un’energia elettrica di circa 200.000 kWh, sufficiente per i consumi annui di circa 100 famiglie europee e pari all’energia elettrica che si può ottenere bruciando circa 60 tonnellate di carbone, con le conseguenze ambientali che tutti conosciamo.

Quali sono i vantaggi della fusione e i suoi svantaggi?

La fusione è CO2-free

Il primo è più evidente vantaggio della fusione nucleare è la produzione di energia elettrica senza immissione in atmosfera né di elementi inquinanti come ossidi di azoto od ossidi di zolfo né di anidride carbonica, il principale gas ad effetto serra.

L’accordo di Parigi richiede interventi più rapidi del tempo necessario allo sviluppo della fusione nucleare

E’ opportuno tuttavia ribadire che la fusione nucleare non può, a rigore, contribuire al raggiungimento degli obiettivi climatici indicati nell’Accordo di Parigi in quanto si ritiene sarà disponibile solo nella seconda metà del secolo, quando il parco energetico mondiale sarà già profondamente mutato e presumibilmente composto in larga parte da impianti basati su fonti rinnovabili, con un contributo significativo da centrali a fissione nucleare, affinché la generazione di energia elettrica possa avvenire senza emissioni di CO2.

La fusione aumenta la sicurezza dell’approvvigionamento dell’energia elettrica

In questo contesto, la fusione nucleare rivestirà un ruolo chiave in quanto aumenterà il livello di “sicurezza dell’approvvigionamento” del sistema elettrico. Infatti, una centrale elettrica a fusione sarà in grado di generare elevati livelli di potenza ed energia per unità di superficie impegnata (una singola centrale da 1 Gigawatt produrrebbe circa 6.5-7 miliardi di kWh ed impegnerebbe una superficie di 200-300 ettari) in modo continuativo (indicativamente per più dell’80% delle ore dell’anno). Quindi potrà fornire una “base sicura” di produzione di energia elettrica, riducendo il numero di eventi in cui la generazione elettrica nazionale potrebbe risultare inferiore alla domanda. Infatti, in un sistema di generazione elettrica basato prevalentemente su fonti rinnovabili variabili, tale situazione si verifica nel caso di picchi di domanda in concomitanza di una scarsa produzione da fonti rinnovabili dovuta a particolari e non sempre prevedibili condizioni meteorologiche.

Le riserve di alcuni degli elementi chimici utilizzati nella fusione sono limitate

Il deuterio è facilmente estraibile dall’acqua del mare e può considerarsi una risorsa pressoché inesauribile. Non esistono invece apprezzabili riserve di trizio in quanto esso è un elemento radioattivo con emivita di 12 anni: cioè in 12 anni il trizio dimezza la sua massa perché decade (ovvero si trasforma naturalmente) in un altro elemento. Il trizio deve quindi essere prodotto tramite reazioni con il litio, possibilmente all’interno dell’impianto a fusione o altrimenti in impianti nucleari dedicati. Di litio esistono riserve in natura, specialmente in Sud America, ma sono minori di quelle di deuterio. Se a questo si aggiunge che il litio è utilizzato anche in altri settori (per esempio per la produzione di batterie) la quantità disponibile per la fusione potrebbe ridursi ponendo limiti alla sua diffusione. Secondo recenti studi, tuttavia, si ritiene che il riciclo del litio presente nelle batterie rimuoverà tale preoccupazione, soprattutto in considerazione del fatto che una futura centrale a fusione da 1 Gigawatt elettrico, in funzione per 7000 ore all’anno, consumerebbe solo 3.7 ton di litio naturale all’anno, cioè la quantità attualmente presente nelle batterie di circa 300 autovetture elettriche.

Le reazioni di fusione sono sicure

La reazione di fusione di nuclei di deuterio e trizio per la generazione di calore è intrinsecamente sicura in quanto è sufficiente una variazione rispetto al valore ottimale di densità del gas, temperatura ed efficacia del confinamento magnetico affinché la reazione si spenga. Quindi, a differenza degli impianti a fissione che si basano su reazioni a catena che amplificano l’energia e quindi il calore prodotto, se non adeguatamente controllate, un impianto a fusione non corre il rischio di incidenti legati ad una perdita di controllo della reazione. Se questo è un pregio in termini di sicurezza, evidenzia tuttavia quanto sia difficile mantenere “accese” le reazioni di fusione per un periodo lungo, essendo esse così sensibili alla variazione delle condizioni di esercizio.

La  fusione è una reazione nucleare e in quanto tale rende radioattivi alcuni componenti

Il neutrone prodotto dalla reazione di fusione di deuterio e trizio è l’elemento chiave per generare ulteriore trizio e per il trasferimento dell’80% della potenza termica, prodotta dalla reazione di fusione, al liquido termovettore (acqua o elio) che, scaldandosi ed espandendo in una turbina, rende possibile la generazione di energia elettrica. Tuttavia nessun materiale può rimanere immune all’assorbimento di un neutrone. In particolare, i materiali che compongono la parte interna della camera in cui è contenuto il gas di deuterio e trizio (il plasma), essendo sottoposti ad un ingente flusso di neutroni ad alta energia, acquistano un grado di radioattività tale da essere considerati “medium/low level waste” ovvero “scarti radioattivi di livello medio-basso” che devono quindi essere adeguatamente trattati. A differenza della fissione, gli elementi radioattivi da gestire sono in quantità molto minori e di qualità tale da rendere la gestione molto più semplice, richiedendo solo depositi di superficie.

Cooperazione internazionale

Per il raggiungimento di un così ambizioso traguardo, è assolutamente necessaria una coordinata e stretta cooperazione tra paesi a vario livello. Una sfida tecnologica diventa quindi un’opportunità per abbattere barriere verso il comune obiettivo della produzione di energia elettrica in equilibrio con l’ambiente in cui viviamo.

SICUREZZA

Che problemi di sicurezza ci possono essere con gli impianti a fusione?

La reazione caratteristica di una futura centrale a fusione è intrinsecamente sicura. Raggiungere le condizioni di fusione richiede che alcuni parametri caratteristici della miscela gassosa di deuterio e trizio (temperatura, densità, tempo di confinamento dell’energia) e molti altri parametri di impianto, di tipo elettrico, meccanico, termico, ecc, che li determinano, abbiano valori entro precisi intervalli. Al di fuori di essi la reazione si interrompe in tempi brevissimi. Se la miscela di gas è troppo calda o troppo fredda, se la quantità di gas all’interno della camera dove avviene la reazione è troppa o troppo poca, se il valore di anche una sola delle componenti del campo magnetico che serve a tenere stretti tra loro (confinati) i nuclei di deuterio e trizio è troppo grande o troppo piccolo, allora viene meno la possibilità di ottenere reazioni di fusione.

In particolare, i reagenti, deuterio e trizio, sono iniettati allo stato gassoso all’interno della camera di reazione in quantità molto piccola, in tutto meno di 20 milligrammi al secondo in una centrale da 1000 MW elettrici. Pertanto anche nel caso del peggior incidente possibile, la temperatura dei componenti più vicini alla miscela di gas, la prima parete e la camera da vuoto, non raggiungerebbe il valore di fusione del materiale. Dunque non è possibile un incidente di perdita di controllo che comporti il surriscaldamento ed eventualmente la fusione di una parte dell’impianto, com’è invece possibile che accada in un reattore a fissione, se pur con bassissima probabilità, specie nei reattori di 3^ e 4^ generazione.

È vero che la temperatura della miscela gassosa di deuterio e trizio, necessaria al raggiungimento delle condizioni di fusione, è pari a 150 milioni di gradi, un valore che appare gigantesco, ma occorre considerare che un altro dei 3 parametri di fusione prima ricordati, la densità del gas, deve essere un milione di volte più bassa della densità atmosferica. Pertanto l’energia presente nella miscela di gas, che per le leggi della fisica è proporzionale al prodotto tra la temperatura e la densità, è la stessa che quello stesso gas avrebbe se fosse alla pressione atmosferica ed ad una temperatura vicina alla temperatura ambiente. Se questa energia venisse depositata accidentalmente su una parte limitata della superficie della camera da vuoto, potrebbe provocare danni localizzati, ma in nessun caso la fusione della struttura.

Il progetto del futuro reattore terrà conto in ogni caso di tutte le prescrizioni di sicurezza previste dalla disciplina in vigore nei Paesi industrializzati per quanto riguarda gli eventi potenzialmente catastrofici di origine esterna: terremoti, inondazioni ed “attacchi” esterni, incluso l’impatto di aerei di linea.

La fusione si può davvero definire sicura dal punto di vista della radioattività?

A questo riguardo, tre sono le obiezioni che vengono sollevate:

1) in un reattore a fusione vengono prodotti neutroni ad alta energia;

2) uno dei due reagenti, il Trizio, è radioattivo;

3) il reattore a fusione produce rifiuti radioattivi.

Analizziamoli uno ad uno.

Che fine fanno i neutroni prodotti dalle reazioni di fusione?

La reazione di fusione di un nucleo di deuterio ed uno di trizio (deuterio e trizio sono due isotopi dell’Idrogeno) produce un nucleo di elio, gas nobile, ed un neutrone ad alta energia. In un futuro reattore a fusione, verranno generati alcune centinaia di miliardi di miliardi di neutroni al secondo. Ma i neutroni vengono generati nella parte più interna del reattore, pertanto la quasi totalità di essi viene assorbita dai diversi materiali che costituiscono la struttura del reattore stesso: si tratta di materiali ad elevata densità come il berillio della prima parete di protezione della camera da vuoto, l’acciaio della camera da vuoto, le leghe contenenti composti di litio del mantello e infine il cemento borato (il boro è un eccezionale assorbitore di neutroni) dello schermo biologico. Tutti questi materiali densi prima rallentano i neutroni, trasformando tra l’altro nel mantello la loro energia cinetica in calore che serve poi a generare energia elettrica, poi in gran parte li assorbono, impedendo che si diffondano nell’ambiente circostante. Tuttavia, statisticamente, una piccola parte di essi è in grado di superare tutte le barriere descritte, ma il progetto “neutronico” della struttura del reattore fa sì che il flusso di neutroni che giunge nell’ambiente sia di entità inferiore al fondo naturale di neutroni di origine cosmica.

Il Trizio, il reagente radioattivo, può contaminare l’ambiente esterno al reattore?

Uno dei due reagenti della reazione di fusione è il trizio, un isotopo radioattivo dell’idrogeno che decade per emissione beta (emissione di un elettrone) trasformandosi in Elio, con tempo di dimezzamento di 12 anni. Per la sua breve vita, il trizio è molto raro in natura; per questo in un futuro reattore verrà generato durante il normale funzionamento della macchina, all’interno del così detto mantello fertilizzante, dove composti a base di litio, assorbendo i neutroni prodotti dalle reazioni di fusione, trasmutano in trizio. Se, per qualsiasi anomalia, venissero meno le stringenti condizioni che abilitano la reazione di fusione, si interromperebbe anche la produzione di trizio. Per generare la potenza di fusione in un futuro reattore da 1000 MW elettrici bastano pochi milligrammi di trizio al secondo; tuttavia la quantità di trizio complessivamente presente nell’impianto, in ogni istante del suo funzionamento a piena potenza, dipenderà dagli effettivi parametri progettuali di tutti i sistemi della “linea” del trizio (separazione, purificazione, circolazione, stoccaggio, ecc.) ma sarà dell’ordine di pochi chilogrammi. Tutti i sistemi della “linea” del trizio sono progettati con misure idonee a prevenire il rilascio in atmosfera durante le normali operazioni del futuro reattore, tenendo conto delle numerose barriere rappresentate dalla stessa struttura del reattore e di quelle appositamente realizzate nelle aree dove sono collocati gli impianti del trizio. Il progetto delle misure di contenimento contro il possibile rilascio di trizio è eseguito alla luce delle esperienze già maturate in molti settori, industriali e medicali, dove oggi viene comunemente impiegato il trizio. Nel caso del peggiore incidente possibile, cioè l’incendio degli impianti del trizio, la radioattività rilasciata nell’ambiente non richiederebbe l’evacuazione né altre misure di protezione della popolazione residente nell’area circostante il sito della futura centrale a fusione.

Quali e quanti rifiuti radioattivi produrrà un futuro reattore a fusione?

In base delle guide tecniche elaborate dalla Agenzia Internazionale dell’Energia Atomica di Vienna, in tutti i Paesi industrializzati i rifiuti radioattivi sono classificati in categorie, caratterizzate da diversi livelli di radioattività ed eventualmente produzione di calore. Di norma, i rifiuti radioattivi, a seconda della categoria di appartenenza e del loro stato (solido o liquido), possono venire sottoposti a processi di condizionamento, che li rendano idonei allo stoccaggio in depositi temporanei nei pressi degli impianti di produzione o in luoghi non molto lontani da essi e successivamente allo smaltimento in depositi di superficie oppure geologici, dove i manufatti condizionati rimangono per tutto il tempo necessario affinché la loro radioattività decada al di sotto della soglia di rilevanza per l’ambiente e la popolazione. I rifiuti ad elevata radioattività e lunga vita richiedono lo smaltimento in depositi geologici (realizzati in strati di granito o argilla o salgemma, a profondità di centinaia di metri) poiché essi mantengono un livello di radioattività superiore alla soglia di rilevanza per un tempo troppo lungo (in genere molte migliaia di anni) per poter essere smaltiti in strutture in cemento di superficie. Al contrario, i rifiuti a molto bassa, bassa e media attività non richiedono lo smaltimento in un deposito geologico, dal momento che decadono al di sotto della soglia di rilevanza radiologica in un tempo sufficientemente breve (da alcuni anni sino a circa 200 anni) da poter essere smaltiti o nei depositi presso i siti (dove di regola vengono solo temporaneamente stoccati gli altri rifiuti) oppure in un deposito definitivo di superficie.

Nelle centrali nucleari a fissione vengono prodotti rifiuti radioattivi di tutte le categorie; in particolare le barre di uranio, estratte dal nocciolo dopo circa tre anni di permanenza, contengono prodotti di fissione ed elementi transuranici che sono rifiuti ad alta attività, lunga vita ed elevata produzione di calore, per i quali, dopo una eventuale fase di condizionamento, è indispensabile lo smaltimento in depositi geologici.

Una futura centrale a fusione, invece, non produrrà rifiuti radioattivi a lunga vita e alta attività da smaltire in un deposito geologico. Infatti, il prodotto della reazione è elio, un pregiato gas inerte. Inoltre, tutti quei materiali della struttura del reattore che vengono attivati a causa dell’assorbimento dei neutroni veloci prodotti dalla reazione di fusione, opportunamente de-triziati ove necessario, sono rifiuti metallici a molto bassa, bassa e media attività, analogamente a quanto accade quando, per esempio, si smantella un ciclotrone impiegato nei reparti di radio-medicina dei nostri ospedali per la produzione di radio-farmaci. Per di più, per il futuro reattore a fusione si prevede l’impiego di leghe metalliche a bassa attivazione, in modo che tutti questi materiali decadano al di sotto della soglia di rilevanza radiologica dopo un tempo non superiore a 100 anni dallo scarico dal reattore, tanto che si considera la possibilità di condizionarli e smaltirli nello stesso sito della centrale, senza la necessità di trasferirli in un deposito definitivo di superficie. Ciò consentirebbe il recupero dopo il decadimento ed il riutilizzo della quasi totalità di essi per esempio per la costruzione di una nuova centrale a fusione, con la sola eccezione dello schermo biologico in cemento che potrebbe essere riutilizzato come inerte per usi civili.

C’è un reattore a fusione a Padova?

Assolutamente no; al Consorzio RFX di Padova abbiamo:

  • Una macchina sperimentale di forma toroidale, chiamata appunto RFX, che serve a studiare la fisica del “confinamento magnetico” del plasma e che opera in Deuterio, senza Trizio. RFX ha prodotto plasmi di temperatura circa pari a quella del centro del Sole (15 milioni di gradi centigradi!) ma assolutamente insufficiente ad innescare reazioni di fusione in quantità significativa: non è dunque un reattore;
  • Un impianto detto “Neutral Beam Test Facility” che serve a sviluppare uno dei sistemi di riscaldamento del reattore sperimentale a fusione ITER. In questa macchina si cerca “solo” di realizzare e sperimentare un potentissimo fascio di particelle, accelerate all’energia di 1 milione di Volt.

In entrambi i casi, le reazioni di fusione sono state e saranno in numero molto limitato e si produrrà pochissimo materiale radioattivo a bassa o molto bassa attività, paragonabile a quella prodotta nelle normali apparecchiature elettromedicali.

RICERCA e AMBIENTE

Perché si sta studiando la fusione termonucleare come fonte di energia?

La fusione nucleare è una tecnologia del futuro, che potrà assumere un ruolo rilevante solo nella seconda metà di questo secolo e che permetterà di produrre grandi quantità di energia con bassissimo impatto ambientale, in modo continuativo, generando parte del così detto “combustibile della fusione” (il trizio) all’interno della centrale stessa, a fronte di una limitata produzione di elementi radioattivi e con livello di radioattività medio-basso. I vantaggi che la fusione nucleare offre rendono la tecnologia davvero attraente nel contesto attuale, caratterizzato dalla ricerca della soluzione del così detto “trilemma energetico” che richiede di individuare politiche energetiche che assicurino allo stesso tempo la disponibilità di energia per tutti, a costi accessibili e a basso impatto ambientale. Tuttavia, perché la fusione possa davvero avere un ruolo rilevante in questo scenario, è necessario non solo dedicare risorse adeguate alla ricerca scientifica e tecnologica, ma anche pianificare già adesso lo sviluppo del sistema energetico nei prossimi decenni in modo tale che possa includere impianti di grossa taglia, come quelli a fusione, che operino offrendo un servizio di base, ovvero una produzione di energia continuativa, in centrali da situare in prossimità di grosse città o aree industriali, in supporto alla generazione da fonti rinnovabili.

Perché è importante spendere denaro pubblico nella ricerca pubblica quando ci sono aziende private che stanno sviluppando prototipi di reattori a fusione?

In ogni settore scientifico lo sviluppo di nuovi processi e tecnologie prevede fasi diverse, convenzionalmente classificate secondo una scala di origine NASA (la TRL – Technology Readiness Level) che include nove gradi di maturità tecnologica, dall’osservazione dei principi fondamentali (livello 1) sino alle prove (con verifica di competitività economica e maturità per la commercializzazione) in ambiente operativo (livello 9). I programmi di ricerca, sviluppo tecnologico e dimostrazione pre-competitiva vengono in tutto il mondo co-finanziati dai governi, con percentuali di contributo pubblico variabili dal 100% (di solito livelli da 1 a 4) a scalare sino percentuali molto piccole (livelli da 5 a 9). Al momento il più importante progetto di ricerca sulla fusione, l’esperimento ITER, può essere collocato tra i livelli 4 e 5, per i quali è normale che le attività vengano finanziate con denaro pubblico. Siamo cioè ancora lontani dalle fasi più mature, dove il coinvolgimento delle imprese private è giustificato dalla prospettiva di uno sfruttamento commerciale nei tempi tipici dei loro piani di investimento (5-8 anni). Ciò non significa che l’industria non sia coinvolta nel processo di sviluppo tecnologico della fusione. Tutt’altro: gli impianti sperimentali già ora in funzione ed in costruzione nel mondo, grandi (come ITER) o più piccoli (come per esempio DTT in Italia ed altri in altri Paesi dell’UE o extraeuropei) richiedono il progetto e la costruzione di numerosi componenti, spesso al confine delle conoscenze acquisite in molti settori della fisica e dell’ingegneria. Le industrie specializzate che sono chiamate a realizzarli, remunerate prevalentemente con fondi pubblici, sviluppano know-how pregiato, riutilizzabile anche in settori commerciali; pertanto esse possono valutare conveniente partecipare ai costi, in cambio dello sfruttamento commerciale dei risultati acquisiti. In tal senso già oggi l’industria partecipa allo sviluppo della fusione. In più, negli ultimi anni sono sorte piccole società, di solito spin-off di università e centri di ricerca, che grazie a finanziamenti da fondazioni private (per esempio la Bill & Melinda Gates Foundation) o imprese (come la nostra ENI) hanno avviato la costruzione di macchine di taglia molto più piccola di ITER, che puntano a sperimentare configurazioni innovative per il confinamento della miscela gassosa di deuterio e trizio, sulla carta promettenti per efficienza, resa, taglia minima. Per comprensibili esigenze di fundraising e di compatibilità con la dimensione industriale dei finanziatori, queste società tendenzialmente dichiarano cronoprogrammi estremamente sfidanti, annunciando il raggiungimento del livello 9 della scala prima citata in tempi dell’ordine dei 15 anni, compatibili con la durata dei piani industriali di lungo periodo degli sponsor. Ciò detto, questi progetti più piccoli sono tutti benvenuti. Da essi potrebbero infatti arrivare risultati molto importanti su alcuni sviluppi tecnologici chiave, come l’utilizzo di materiali superconduttori ad alta temperatura, la messa a punto di materiali innovativi per i componenti direttamente a contatto con la miscela gassosa dei reagenti, la verifica di configurazioni di confinamento più stabili, e molto altro ancora. Tutti risultati che potrebbero accelerare il percorso verso la produzione di energia elettrica da fusione, cioè le tappe successive alla sperimentazione su ITER. Resta inteso che, se gli annunci di queste piccole società si rivelassero azzeccati e davvero, come dicono, con il loro approccio peculiare si potesse immettere in rete energia elettrica da fusione tra 15-20 anni e non tra 40-50, come la larghissima parte della comunità scientifica internazionale ritiene, nessuno, proprio nessuno se ne rammaricherebbe.

Che ruolo potrebbe avere la fusione in un sistema energetico convertito alle fonti rinnovabili?

Stiamo oggi assistendo ad una lenta ma progressiva mutazione del sistema energetico, caratterizzata da una crescente presenza di impianti solari ed eolici che producono energia solo quando le condizioni lo consentono, ovvero quando c’è sole e quando c’è sufficiente vento. Tuttavia, un sistema di generazione elettrica costituito esclusivamente da fonti rinnovabili e sistemi di accumulo dell’energia costituisce un’opzione tecnicamente realizzabile. Gli impianti installati produrranno inevitabilmente, in alcuni periodi dell’anno, più energia di quanta ne sia richiesta e l’eccesso dovrà essere immagazzinato con opportuni sistemi (direttamente tramite batterie o mediante la trasformazione in idrogeno da riconvertire poi in energia elettrica) per renderla disponibile nei momenti di picco di domanda. In questo modo si potrebbe soddisfare la domanda di energia senza emettere inquinanti e gas ad effetto serra. Ciò avverrebbe però a fronte di elevati costi, in larga parte dovuti alla necessità di cambiare radicalmente il sistema di trasmissione dell’energia elettrica che dovrebbe essere potenziato per assicurare il trasporto dell’energia dai numerosi punti di generazione distribuiti sul territorio alle utenze finali. Inoltre un tale sistema richiederebbe la presenza di una ingente flotta di generatori “in stand-by”, pronti ad intervenire qualora la generazione da rinnovabili e accumulo non fosse in grado di fare fronte alla domanda; una generazione “flessibile” da remunerare adeguatamente. In questo contesto, la presenza di impianti nucleari a fusione consentirebbe di ridurre la potenza di generazione complessivamente istallata, la capacità totale dei sistemi di accumulo e la portata, numerosità e complessità delle reti di trasmissione e distribuzione. Il tutto si tradurrebbe in una riduzione della superficie impegnata dalle infrastrutture elettriche, un aumento della sicurezza dell’approvvigionamenti ed una riduzione dei costi, rispetto ad un sistema 100% rinnovabile.

Cosa è la fusione fredda?

I più anziani di voi ricorderanno che nel 1989 due elettrochimici dell’Università dello Utah, Martin Fleischmann e Stanley Pons, annunciarono con molta enfasi, seguita da un grande clamore dei media, che, per mezzo di una cella al palladio-deuterio, avevano prodotto un “eccesso di potenza” rispetto ai fenomeni fisici e chimici noti. Questo strano fenomeno fu attribuito ad un processo di fusione nucleare a bassa energia tra nuclei di Deuterio, che si svilupperebbe nel reticolo cristallino del Palladio, senza emissione di radiazioni. Il fenomeno fu subito battezzato “fusione fredda” e la notizia amplificata dai media creò l’illusione di aver definitivamente risolto il problema energetico per l’umanità; successivamente, il campo di ricerca è stato rinominato “studio dei fenomeni nucleari a bassa energia nella materia condensata” ed il fenomeno della produzione di eccesso di potenza nel sistema Palladio-Deuterio è stato definito “Effetto Fleischmann e Pons”.

Si tratta indubbiamente di un fenomeno interessante, fino ad allora sconosciuto, per cui molti importanti laboratori in tutto il mondo (tra cui anche il Centro di Ricerca ENEA di Frascati) hanno cercato di riprodurre in maniera controllata i risultati ottenuti nel 1989 e soprattutto di capire a fondo il fenomeno. Nonostante l’impegno profuso, rimangono ancora molte incertezze: possiamo affermare che si tratta comunque di ricerca fondamentale e che ad oggi non c’è ancora la possibilità di esprimersi né su ipotetiche applicazioni né sulla possibilità di studi di natura tecnologica senza aver prima definito con esattezza la fisica del fenomeno. Tantomeno si può oggi ipotizzare un suo impiego nella produzione di energia su larga scala.