La fusione nucleare, da anni, è considerata una tra le sperimentazioni scientifiche più affascinanti al mondo.
Perché?
Beh, perché la sua tecnologia è ispirata al funzionamento del sole!
Dante, nel suo paradiso scriveva:
“L’amor che move il sole e l’altre stelle”.
Gli scienziati, invece, la chiamano reazione.
In ogni caso, la fusione nucleare potrebbe essere utile (un giorno) a garantire una fonte di energia pulita. Su larga scala, sicura.
E, dicono: praticamente inesauribile.
Dunque, questa reazione, che alimenta il sole e le stelle, è uno degli obiettivi tecnologici più ricercati per generare energia pulita e accessibile.
Come funziona?
La fusione avviene quando gli atomi sono spinti -insieme- a temperature e pressioni estremamente elevate.
È questo processo a causare il rilascio di grandi quantità di energia.
Che ha una forma incredibilmente densa, grazie ad abbondanti quantità di specifici combustibili: gli isotopi dell’idrogeno.
La produzione di energia da fusione è stata perseguita dalla Seconda guerra mondiale in poi.
In eccellenti laboratori nazionali e internazionali.
E nelle università di tutto il mondo.
Senza però dare una chiara indicazione del suo potenziale effettivo per la produzione energetica.
Fusione nucleare: cos’è
Approfondiamo (molto) brevemente il funzionamento della fusione nucleare.
Sulla terra abbiamo sostanzialmente due modi per utilizzare il combustibile nucleare della fusione.
Farlo reagire rapidamente prima che il gas si raffreddi, espandendosi.
Come avviene nella bomba H.
O mantenere il gas caldo, ma isolato dal mondo esterno.
Come? Con un campo magnetico.
Per produrre energia elettrica con il metodo della bomba, il ritmo di ripetizione delle micro-esplosioni deve essere molto elevato.
Un esperimento USA di fusione laser, del National Ignition Facility, ha dimostrato quanto sia difficile produrre una micro-esplosione una volta al giorno.
(Esperimento dovuto allo sviluppo di nuove armi e finanziato da un gigantesco budget,)
Così, dall’inizio di queste ricerche, gli studiosi hanno dedicato la maggior parte degli sforzi al confinamento del combustibile gassoso. Attraverso i campi magnetici.
Dopo 70 anni di tentativi lo schema che ha mostrato le migliori prestazioni è il TOKAMAK. Un’invenzione russa.
ITER, invece, è un TOKAMAK attualmente in costruzione nel sud della Francia.
Che ha l’obiettivo di dimostrare la fattibilità della fusione.
Quindi, non si tratta di un reattore capace di produrre energia con continuità.
Un progetto davvero costoso, 30 miliardi di euro.
La costruzione sta richiedendo il contributo finanziario della maggior parte delle nazioni sviluppate.
Il reattore è a forma di ciambella. Ha un diametro di 30 metri e un’altezza di 20.
Un dispositivo estremamente complesso. Molto più sofisticato di un reattore nucleare a fissione e altrettanto potente.
Ne abbiamo parlato nell’articolo sull’energia nucleare in Italia.
Bomba H e conseguenze
Nella seconda metà del XX secolo, la prima applicazione tecnica della fusione nucleare, ha riguardato l’amplificazione energetica di una bomba atomica.
Ottenuta circondandola con un guscio esterno di idrogeno.
È questo il dispositivo chiamato bomba H.
Finora non è mai stata utilizzata su un obiettivo civile
Le sperimentazioni sono avvenute nei siti per i test svolti (dalle grandi potenze della guerra fredda) durante gli anni ’50 e ’60 del XX secolo. Negli atolli dell’oceano Pacifico.
Le conseguenze? La distruzione permanente dei siti.
L’atollo Bikini, a titolo di esempio, è stato dichiarato nuovamente abitabile solo dal 1997.
Mentre le altre isole rimangono tuttora disabitate con grossi rischi per la popolazione.
Per non parlare dell’incremento sostanziale del fondo di radioattività naturale nell’intero pianeta durante quegli anni.
Oggi, quindi, quando parliamo di energia nucleare, fissione o fusione nucleare…una tra le prime cose che colleghiamo sono le armi nucleari.
A maggio arriveranno in Italia delle nuove armi nucleari, le nuove B61 modello 12. Saranno dislocate nelle basi americane di Aviano e Ghedi.
Evitare che questo accada, da tempo è l’obiettivo della campagna “Italia ripensaci”.
L’Italia, infatti, non ha ancora aderito al Trattato TPNW (Treaty on the Prohibition of Nuclear Weapons).
Votato all’ONU nel luglio del 2017 ed entrato in vigore nel gennaio 2021.
In ogni caso, con il nostro Paese, abbiamo aderito al Trattato di non proliferazione nucleare (TNP). Quindi non potremmo accettare quelle armi.
(Per una corretta interpretazione del Trattato…)
Che differenza c’è tra fusione e fissione?
La produzione di elettricità da energia nucleare fa parte delle nostre esistenze da oltre mezzo secolo. Ma il principio non è quello della fusione nucleare.
Si tratta di energia da fissione.
Nella reazione di fissione nucleare, i nuclei di atomi pesanti (isotopi plutonio 239 e uranio 235), vengono indotti a spezzarsi.
La conseguenza è la produzione di nuclei con numero atomico inferiore.
Il processo libera una grande quantità di energia termica. Questa viene sfruttata nelle centrali nucleari per trasformare acqua ad alta pressione in vapore.
Dopodiché è possibile “accedere” al movimento delle turbine. Che giranodo collegate agli alternatori producono elettricità.
Il processo porta però alla produzione di materiali residui altamente pericolosi, le cosiddette “scorie radioattive”.
Queste devono essere conservate con cura. Isolate dall’ambiente circostante, per evitare contaminazioni.
Negli ultimi anni sono stati raggiunti importanti progressi per rendere ancora più sicuri gli impianti nucleari. Ma, il problema delle scorie rimane!
Nel frattempo, da decenni i ricercatori provano a costruire un reattore alternativo a quelli a fissione.
Che funzionerebbe grazie allo stesso principio di ciò che tiene acceso il Sole: la fusione.
Invece di spezzare i nuclei pesanti in frammenti, nella fusione si uniscono i nuclei leggeri (come quelli dell’idrogeno) per ottenerne di più pesanti.
Questo processo porta alla formazione di nuclei la cui massa è minore rispetto alla somma delle masse di partenza. Ciò che viene emesso è energia da sfruttare.
Il processo sembra lineare. Ma difficilissimo da riprodurre artificialmente.
Perché i nuclei degli atomi tendono a respingersi. Per repulsione elettrica.
Quindi sono necessarie temperature nell’ordine di vari milioni di °C per controllarli.
Trasformandoli in plasma e permettendo che si uniscano. Attraverso l’impiego di magneti molto potenti che li contengano.
Qual è il problema principale della fusione nucleare?
Il primo inconveniente della fusione nucleare?
Le incredibili dimensioni di un reattore a fusione.
Con tutte le sue specificità e i costi (per esempio organizzativi).
Perciò l’attuale concorrenza (soprattutto in fase di transizione ecologica) è caratterizzata da una vasta produzione industriale di generatori energetici relativamente piccoli.
Turbine a gas naturale da 50-100 MW, mulini eolici da pochi MW, pannelli solari fotovoltaici da poche centinaia di watt.
Questi generatori possono essere costruiti efficientemente in fabbrica. E trasportati sul luogo di impiego.
La velocità del loro sviluppo è riconosciuta come “inversamente proporzionale” alla potenza del singolo modulo.
Inoltre, il costo dell’elettricità per fotovoltaico ed eolico (€/kWh) ha origine -solo- dal costo del capitale investito nel generatore. O per le apparecchiature ausiliarie.
Il combustibile non costa nulla.
Si tratta di energia rinnovabile!
La materia prima della fusione, invece, sarebbe gratuita solo per combustibili avanzati.
Per esempio, non per i reattori derivati da ITER. Basati sulla miscela di Deuterio e Trizio, due rari isotopi dell’idrogeno.
A causa delle sue grandi dimensioni e complessità è molto difficile immaginare che un reattore a fusione Tokamak possa essere meno costoso del reattore a fissione.
Stime dettagliate pongono il costo del kWh a più di 12 centesimi. Solo per il costo d’impianto e prima di conoscere i dettagli di un reattore funzionante.
Mentre, l’energia elettrica commercializzata da generatori fotovoltaici ed eolici (non sovvenzionati) è venduta a prezzi compresi tra 2 e 7 cent€/kWh.
Con possibilità di ulteriori risparmi.
Certo, questa che definiamo energia sostenibile in Italia (e nel mondo) proviene da fonti intermittenti.
Ma il costo aggiuntivo dello stoccaggio, per quanto non utilizzabile in tempo reale, comporterebbe una frazione del costo dell’energia.
Fusione nucleare: a che punto siamo?
Un altro limite non trascurabile della fusione nucleare? I tempi di sviluppo.
ITER, l’installazione che dovrà dimostrare le potenzialità della fusione, verrà sperimentato con il vero combustibile tra una ventina d’anni.
E speriamo possa arrivare a conclusioni utili verso la metà del secolo.
Ciò implica che la fase sperimentale di Iter, che non è un prototipo di reattore, richiederà circa 50 anni.
Poi, seguiranno ulteriori sperimentazioni di un vero e proprio reattore.
Per ora, abbiamo pochi dati e un’unica certezza.
Affrontare le conseguenze del riscaldamento globale richiede di attuare soluzioni immediate.
Che pongano un limite ad ulteriori danni.
Il consumo di energia primaria mondiale è superiore a diecimila GW.
Ma il passaggio dall’economia lineare a circolare ci insegna quanto sia essenziale e semplice evitare lo spreco.
Per valorizzare e tutelare il nostro benessere. Oltre all’ambiente in cui viviamo.
Nel frattempo, i soldati dell’Ucraina:
“stanno sacrificando le loro vite per evitare una seconda Chernobyl”.
A dichiararlo è stato il presidente della nazione europea Zelensky.
Ci sono combattimenti in corso nei pressi di un deposito di scorie nucleari.
La presenza del sito, così come di altri impianti ucraini, preoccupa numerosi osservatori.
Nella guerra tra Mosca e Kiev, i reattori si potrebbero trasformare in possibili obiettivi strategici.
Nonché potenziali minacce per le popolazioni dell’intero Vecchio Continente.
Dunque, mentre la pandemia sembra darci tregua, gli esperimenti sulla fissione nucleare procedono, ci avviamo alla decarbonizzazione, “sopportiamo” il caro bollette 2022…
Alessandro Marescotti, presidente di PeaceLink, afferma:
“Il popolo della pace è vivo e presente, ci sono oltre 150 associazioni pacifiste e del volontariato che stanno facendo rete contro la guerra e che il 26 febbraio scenderà in piazza, città per città”.
Forse non sappiamo molto di fusione nucleare, armi nucleari e nemmeno dov’è il Donbass…
Ma… di certo vorremmo evitare la guerra!
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