Materiali, approvvigionamento di combustibile e operatività continua rappresentano problemi irrisolti
Da considerare: Le startup di fusione stanno attirando investimenti record, costruendo nuovi siti di test e fissando date di consegna ambiziose. La sfida maggiore è dimostrare che un reattore a fusione può produrre elettricità affidabile a un costo accettabile per le utility. Al momento, la tecnologia deve ancora superare ostacoli significativi prima di raggiungere questi obiettivi commerciali.
Recentemente, Pacific Fusion ha iniziato la costruzione di un impianto di test ad Albuquerque, nel New Mexico. Helion Energy prevede di fornire elettricità a Microsoft entro il 2028. Altre aziende puntano alla costruzione di impianti commerciali negli anni ’30.
Il finanziamento dietro questi sforzi è in aumento. Le startup di fusione hanno raccolto 3,8 miliardi di dollari nei primi otto mesi dell’anno, secondo PitchBook, superando i 3,3 miliardi di dollari investiti nell’intero anno scorso. La Fusion Industry Association riferisce che il numero di aziende private di fusione è raddoppiato negli ultimi cinque anni, superando le 50.
L’investimento riflette un reale progresso scientifico. I ricercatori di fusione sono in grado di creare e confinare il plasma a temperature superiori ai 100 milioni di gradi Celsius. Nel 2022, il National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory ha raggiunto un guadagno netto di energia in un esperimento con laser, producendo più energia da fusione dell’energia laser fornita al suo bersaglio di combustibile.
Questo è stato un importante risultato fisico, ma non una dimostrazione di impianto energetico. L’esperimento ha generato 3,15 megajoule di energia di fusione, mentre i 192 laser dell’impianto hanno consumato circa 422 megajoule di elettricità. Il risultato non ha tenuto conto dei costi energetici e operativi più ampi dell’impianto.
Questa differenza è centrale per l’argomentazione commerciale. Un impianto di potenza deve fare più che innescare una reazione di fusione. Deve generare più elettricità di quanto il sistema nel suo complesso consumi, funzionare per lunghi periodi, resistere a condizioni estreme e fornire un’uscita costante alla rete.
Alain Bécoulet, capo scienziato di ITER, il progetto internazionale di fusione supportato da 34 paesi, prevede che gli impianti sperimentali produrranno una quantità sostanziale di energia di fusione nel prossimo decennio. Tuttavia, ha detto che questi risultati saranno probabilmente in brevi impulsi, forse non più lunghi di 20 secondi. Questo tipo di produzione non è quello di cui hanno bisogno gli operatori della rete. “Non ha senso. Non puoi vendere nulla da [una fonte intermittente]”, ha detto Bécoulet al Financial Times.
Anche la sfida dei materiali rimane irrisolta. Un reattore a fusione deve resistere a un calore intenso e radiazioni, che possono danneggiare i componenti interni e renderli radioattivi. Mohamed Abdou, professore emerito di ingegneria meccanica e aerospaziale all’UCLA, ha affermato che un guasto nella camera di plasma potrebbe richiedere una chiusura completa e mesi di lavori di riparazione.
L’approvvigionamento di combustibile è un’altra questione. Molti reattori proposti si affiderebbero al trizio, una forma rara di idrogeno. Un impianto commerciale avrebbe bisogno di produrre almeno parte di quel combustibile da sé. Finora, la produzione di trizio è stata dimostrata solo in condizioni di laboratorio.
Alcuni ricercatori vedono una linea temporale più graduale rispetto a quella presentata dalle startup. Steven Cowley, direttore del Princeton Plasma Physics Laboratory, ha detto di essere “fiducioso” che un impianto pilota potrebbe produrre più elettricità di quanta ne consumi entro la fine degli anni ’30. Ma ha precisato che un impianto pilota non dovrebbe essere confuso con uno commerciale.
“Vorrei mantenere molto chiara nella nostra mente la separazione tra impianti commerciali e pilota”, dice Cowley. Si aspetta che i primi impianti funzionino come dimostrazioni tecnologiche e richiedano circa 10 anni di test. Un reattore commerciale, secondo lui, è più probabile verso la metà del secolo.
Le startup sono sotto pressione per promettere risultati più rapidi. È difficile raccogliere fondi quando una compagnia non può offrire un chiaro percorso verso i ricavi. Helion afferma che il suo obiettivo di fornire elettricità a Microsoft nel 2028 riflette il lavoro su sette prototipi.
Inertia Enterprises, che sta cercando di commercializzare la tecnologia sviluppata al Lawrence Livermore, sostiene che decenni di ricerca pubblica hanno ridotto il rischio scientifico. Il suo amministratore delegato, Jeff Lawson, afferma: “Non dobbiamo risolvere un problema fisico… Grazie al governo degli Stati Uniti [negli ultimi] 60 anni e 30 miliardi di dollari di investimenti.”
Anche se i reattori funzionano, la loro economicità rimane incerta. La maggior parte dei progetti di fusione utilizzerebbe il calore dalla reazione per creare vapore e alimentare turbine. Ma richiederebbero anche quantità sostanziali di elettricità per riscaldare, confinare e mantenere il plasma.
Una revisione di Adam Jackson, ex ingegnere di sistemi di General Fusion, su un design concettuale di impianto del 2023 ha trovato che l’impianto tratterrebbe circa il 60% della sua produzione elettrica. Ciò lascerebbe circa il 40% disponibile alla rete, il che significa che il reattore dovrebbe generare più del doppio dell’elettricità di un impianto termico convenzionale per fornire la stessa quantità di energia.
Alcune aziende hanno offerto stime dei costi iniziali. General Fusion ha proiettato costi dell’elettricità tra 64 e 73 dollari per megawattora nel corso della vita di un impianto. Commonwealth Fusion Systems ha citato un obiettivo di circa 50 dollari per megawattora. L’Agenzia per l’Energia Nucleare stima il costo della nuova generazione nucleare statunitense a circa 71 dollari per megawattora e quella solare su larga scala a circa 38 dollari per megawattora.
La ricerca sulla fusione beneficia di migliori strumenti informatici e sistemi IA che possono modellare il comportamento del plasma in modo più dettagliato. Tuttavia, l’industria non ha ancora risposto alle domande chiave sull’impianto energetico: se i reattori possono funzionare continuamente, quanto spesso i componenti si guasteranno, come funzionerà la manutenzione e quale sarà il costo finale dell’elettricità.
Come dice Cowley, i ricercatori hanno imparato a “mettere il Sole in una bottiglia”. La versione commerciale, aggiunge, deve ancora essere costruita: “Non l’abbiamo ancora messa in una bottiglia commerciale.”
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Nicola Costanzo esplora il mondo della tecnologia e dell’innovazione. I suoi articoli illuminano le sfide digitali che plasmano il nostro futuro.