Fusione nucleare, ecco qual è l’ultima frontiera della decarbonizzazione

Approfondimento
Domenico Salerno
fusione nucleare

Una delle fonti energetiche non climalteranti a cui oggi si guarda con maggiore attenzione è senza dubbio la fusione nucleare. Nel 2020 la domanda globale di energia ha raggiunto i 13.297 megatep (Mtep) con un aumento di circa il 10% rispetto al 2010. La crescita delle esigenze si scontra però con la volontà degli Stati di attuare una politica di decarbonizzazione tesa a contrastare i cambiamenti climatici. Il mix energetico globale si basa ancora per l’83% su fonti fossili, in particolare per il 31% sul petrolio, per il 27 sul carbone e per il 25 sul gas naturale.

L’Unione europea si è fatta promotrice nel corso degli ultimi anni di numerose iniziative per sostenere gli Stati membri nel loro percorso verso una transizione equa e inclusiva che porti all’azzeramento delle emissioni di gas serra (anche conosciuti con l’acronimo GHG). Nel dicembre 2019 la Commissione ha presentato l’ambiziosa comunicazione sull’European Green Deal con l’obiettivo di rendere più sostenibili e meno dannosi per l’ambiente la produzione di energia e lo stile di vita dei cittadini europei. In particolare, il 2030 Climate Target Plan fissa un obiettivo di riduzione dei gas serra per il 2030 pari ad almeno il 55% rispetto ai livelli del 1990, per raggiungere una decarbonizzazione completa entro il 2050. La vera sfida adesso è sviluppare fonti energetiche che possano sostituire (senza rimpianti) il ruolo che hanno oggi i combustibili fossili nel nostro sistema economico. Le rinnovabili, seppur in forte crescita, non sembrano (almeno nel breve periodo) poter soddisfare le esigenze di un mondo sempre più energivoro. Ecco che la fusione nucleare potrebbe rappresentare la vera strada verso una società pienamente ecosostenibile.

IL NUCLEARE COME FONTE DI ENERGIA

L’energia nucleare è utilizzata ormai da oltre settant’anni come fonte di produzione di elettricità. Le centrali attualmente in attività, oggi come negli anni ’50, sfruttano il principio della fissione nucleare. A tal proposito è giusto ricordare che a questa scoperta ha contribuito in modo determinante il fisico italiano e nonché premio Nobel Enrico Fermi. Questo processo sfrutta il calore prodotto da una reazione di fissione nucleare a catena auto-alimentata e controllata per azionare le turbine a vapore, generando così elettricità. Secondo l’ultimo rapporto dell’International Atomic Energy Agency, a livello globale risultano in attività circa 442 centrali elettronucleari dispiegate in 33 Paesi. La capacità di generazione elettrica installata, nonostante alcuni Stati come l’Italia abbiano deciso di dismettere i propri impianti, è costantemente cresciuta dagli anni ’50 fino a raggiungere i 392612 megawatt del 2020.

Fusione

Il nucleare dovrebbe a breve fare il proprio ingresso anche nella “tassonomia Ue” delle attività economiche sostenibili. A sostegno di tale proposta sono intervenuti già 10 Stati membri (Bulgaria, Croazia, Repubblica Ceca, Finlandia, Francia, Ungheria, Polonia, Romania, Slovacchia e Slovenia). Questa posizione è spinta dalla convinzione che l’inserimento dell’energia nucleare nella classificazione europea sia un’operazione “assolutamente necessaria”, in quanto “risorsa affidabile per un futuro low-carbon”.

Purtroppo, nonostante rappresenti una fonte di energia eccezionale, la fissione nucleare comporta rilevanti rischi, come ampiamente dimostrato dai disastri di Chernobyl e Fukushima, senza contare il problema delle scorie radioattive e del relativo smaltimento. Queste problematiche, però, potrebbero essere definitivamente superate passando a un processo di fusione.

LA FUSIONE NUCLEARE

Mentre nella fissione un elemento chimico pesante decade in due più leggeri, ovvero si fraziona (emettendo di conseguenza una notevole quantità di energia e radioattività), la fusione nucleare è la reazione completamente opposta, ovvero quella in cui i nuclei di due o più atomi si uniscono tra loro formando un nuovo elemento chimico. Per comprendere tale fenomeno in termini più semplici basta pensare che la fusione è il meccanismo alla base del funzionamento delle stelle.

Questo processo può avere inizio solo superando la repulsione elettromagnetica, ossia il meccanismo che porta due particelle con la stessa carica elettrica a respingersi reciprocamente. Avvicinare i due nuclei tanto da poter innescarne la fusione comporta il raggiungimento di un’energia cinetica, e di conseguenza una temperatura estremamente elevata. Nelle sperimentazioni attualmente in corso vengono comunemente utilizzati due isotopi dell’idrogeno, il deuterio e il trizio, che devono essere portati a una temperatura di centocinquanta milioni di gradi Celsius per un tempo sufficientemente lungo. Dato che in natura non esistono recipienti che possano sopportare tali temperature, realizzare una fusione nucleare è una sfida enormemente complessa da superare. Una possibile soluzione è stata trovata nel confinamento magnetico, ovvero un processo in cui il plasma, grazie a una opportuna configurazione di campi magnetici, viene portato a seguire delle traiettorie a spirale che lo tengono lontano dalle pareti del recipiente.

Nonostante le palesi difficoltà esistenti, i benefici nell’utilizzo della fusione nucleare per produrre elettricità sarebbero notevoli: oltre a utilizzare un combustibile praticamente inesauribile come l’idrogeno, non genera scorie radioattive di lunga durata ed è un procedimento molto più sicuro rispetto alla fissione.

I PROGETTI IN VIA DI SVILUPPO

Le sperimentazioni volte a realizzare la prima centrale nucleare a fusione proseguono a ritmo spedito in tutto il mondo e l’Italia gioca un ruolo da protagonista. Enea, in collaborazione con numerose università ed enti di ricerca del nostro Paese, sta sviluppando nei propri laboratori di Frascati il progetto Divertor Tokamak Test. Il DDT prevede la realizzazione di un prototipo di reattore in grado di gestire l’enorme flusso di calore che si riverserà sulle pareti esterne trasportato dalle particelle cariche. Il lavoro svolto dall’Enea si colloca a sostegno del principale progetto internazionale in quest’ambito, ovvero l’International thermonuclear experimental reactor, frutto di una collaborazione tra Ue, Cina, Giappone, India, Corea del Sud, Russia, Usa e Svizzera. Il reattore ITER sorgerà a Cadarache, in Francia, ed entro il 2025 dovrebbe creare il suo primo plasma super-riscaldato, per poi raggiungere la piena operatività entro il 2035.

Altri importanti progetti di natura pubblica sono l’inglese “Joint European Torus”, il “Korean Superconducting Tokamak Reactor”, frutto della collaborazione tra Usa e Corea del Sud, e il cinese “Experimental Advanced Superconducting Tokamak“, che in una recente sperimentazione è stato in grado di mantenere il plasma a 120 milioni di gradi per 101 secondi.

La fusione nucleare non interessa però solo i soggetti pubblici, tanto da essere numerose anche le iniziative di natura privata. Anche in questo caso l’Italia si trova in prima linea. Eni tramite la sua controllata statunitense CFS, ha eseguito il primo test al mondo di un magnete con tecnologia superconduttiva (High temperature superconductors), ovvero il tassello fondamentale per mantenere il plasma lontano dalle pareti del recipiente. Secondo le previsioni, il primo impianto commerciale di Eni e CFS potrebbe vedere la luce già nel 2031.

La strada da seguire è quindi ancora molto lunga ma, se le prospettive dovessero realizzarsi, il prossimo decennio potrebbe esserci una vera e propria rivoluzione in ambito energetico grazie alla fusione nucleare.

Research Fellow dell'Istituto per la Competitività (I-Com). Nato ad Avellino nel 1990. Ha conseguito una laurea triennale in “Economia e gestione delle aziende e dei servizi sanitari” presso l’Università Cattolica del Sacro Cuore e successivamente una laurea magistrale in “International Management” presso la LUISS Guido Carli. Al termine del percorso accademico ha frequentato un master in “Export Management & International Business” presso la business school del Sole 24 Ore.

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