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La compagnia petrolifera italiana Eni sta investendo 50 milioni di dollari in Commonwealth Fusion Systems, una spin-off del MIT che collabora con l'istituto allo sviluppo di magneti superconduttori per produrre energia a zero emissioni di carbonio in un esperimento di fusione nucleare chiamato SPARC. Julian Turner ne parla con l'amministratore delegato Robert Mumgaard.
Nel cuore delle sacre mura del Massachusetts Institute of Technology (MIT) è in corso una rivoluzione energetica. Dopo decenni di progressi, gli scienziati ritengono che l'energia da fusione sia finalmente pronta a imporsi e che il sacro Graal dell'energia illimitata, senza combustione e a zero emissioni di carbonio possa essere a portata di mano.
Il colosso energetico italiano Eni condivide questo ottimismo, investendo 50 milioni di euro (62 milioni di dollari) in un progetto di collaborazione con il Plasma Fusion and Science Center (PSFC) del MIT e la società privata Commonwealth Fusion Systems (CFS), che mira ad accelerare l'integrazione dell'energia da fusione nella rete elettrica in soli 15 anni.
Il controllo della fusione nucleare, il processo che alimenta il sole e le stelle, è bloccato da un problema secolare: sebbene questa pratica rilasci enormi quantità di energia, può essere eseguita solo a temperature estreme di milioni di gradi Celsius, più calde del centro del sole e troppo calde perché qualsiasi materiale solido possa resistere.
A causa della difficoltà di confinare i combustibili da fusione in queste condizioni estreme, gli esperimenti di fusione nucleare hanno finora operato in deficit, generando meno energia di quanta ne sia necessaria per sostenere le reazioni di fusione e, pertanto, non sono in grado di produrre elettricità per la rete.
"La ricerca sulla fusione è stata ampiamente studiata negli ultimi decenni, portando a progressi nella comprensione scientifica e nelle tecnologie per l'energia da fusione", afferma Robert Mumgaard, CEO di CFS.
"CFS sta commercializzando la fusione utilizzando l'approccio ad alto campo, in cui stiamo sviluppando nuovi magneti ad alto campo per realizzare dispositivi di fusione più piccoli, utilizzando lo stesso approccio fisico dei programmi governativi più ampi. Per fare ciò, CFS collabora strettamente con il MIT in un progetto congiunto, a partire dallo sviluppo dei nuovi magneti."
Il dispositivo SPARC utilizza potenti campi magnetici per mantenere in posizione il plasma caldo – una zuppa gassosa di particelle subatomiche – impedendogli di entrare in contatto con qualsiasi parte della camera a vuoto a forma di ciambella.
"La sfida principale è creare un plasma con condizioni tali da permettere la fusione nucleare, in modo che produca più energia di quanta ne consumi", spiega Mumgaard. "Questo si basa in gran parte su una branca della fisica nota come fisica del plasma."
Questo esperimento compatto è progettato per produrre circa 100 MW di calore in impulsi di dieci secondi, una quantità di energia pari a quella consumata da una piccola città. Tuttavia, essendo SPARC un esperimento, non includerà i sistemi per convertire l'energia da fusione in elettricità.
Gli scienziati del MIT prevedono che la potenza prodotta sarà più del doppio di quella utilizzata per riscaldare il plasma, raggiungendo finalmente l'obiettivo tecnico definitivo: un bilancio energetico netto positivo dalla fusione.
"La fusione avviene all'interno di un plasma mantenuto in posizione e isolato mediante campi magnetici", afferma Mumgaard. "Concettualmente è come una bottiglia magnetica. L'intensità del campo magnetico è strettamente correlata alla capacità della bottiglia magnetica di isolare il plasma in modo che possa raggiungere le condizioni di fusione."
"Pertanto, se riusciamo a creare magneti potenti, possiamo realizzare plasmi più caldi e densi che richiedono meno energia per essere mantenuti. E con plasmi migliori, possiamo realizzare dispositivi più piccoli e più facili da costruire e sviluppare."
"Con i superconduttori ad alta temperatura, disponiamo di un nuovo strumento per creare campi magnetici di intensità molto elevata e, di conseguenza, bottiglie magnetiche più piccole e performanti. Riteniamo che questo ci permetterà di raggiungere la fusione nucleare più rapidamente."
Mumgaard si riferisce a una nuova generazione di elettromagneti superconduttori di grande diametro che hanno il potenziale di produrre un campo magnetico due volte più intenso di quello impiegato in qualsiasi esperimento di fusione esistente, consentendo un aumento di oltre dieci volte della potenza per unità di dimensione.
Realizzati con nastro d'acciaio rivestito con un composto chiamato ossido di ittrio-bario-rame (YBCO), i nuovi magneti superconduttori consentiranno a SPARC di produrre una potenza di fusione pari a circa un quinto di quella di ITER, ma in un dispositivo che ha un volume pari a solo circa 1/65 di quello di ITER.
Riducendo le dimensioni, i costi, i tempi e la complessità organizzativa necessari per costruire dispositivi per la fusione nucleare, i magneti YBCO consentiranno anche nuovi approcci accademici e commerciali all'energia da fusione.
"Sia SPARC che ITER sono tokamak, un tipo specifico di bottiglia magnetica basata sull'ampia ricerca scientifica di base sviluppata nel corso dei decenni nel campo della fisica del plasma", chiarisce Mumgaard.
"SPARC utilizzerà la prossima generazione di magneti superconduttori ad alta temperatura (HTS) che consentono un campo magnetico molto più elevato, offrendo le prestazioni di fusione desiderate in dimensioni molto più ridotte."
"Riteniamo che questo sarà un elemento chiave per raggiungere la fusione nucleare entro tempistiche compatibili con il cambiamento climatico e per ottenere un prodotto economicamente vantaggioso."
In merito alle tempistiche e alla fattibilità commerciale, SPARC rappresenta un'evoluzione di un progetto di tokamak studiato e perfezionato per decenni, a partire dal lavoro svolto al MIT negli anni '70.
L'esperimento SPARC mira ad aprire la strada al primo vero impianto di energia da fusione al mondo, con una capacità di circa 200 MW di elettricità, paragonabile a quella della maggior parte delle centrali elettriche commerciali.
Nonostante il diffuso scetticismo nei confronti dell'energia da fusione – Eni ha la lungimiranza di essere la prima compagnia petrolifera globale a investire massicciamente in questa tecnologia – i sostenitori ritengono che questa tecnica possa potenzialmente soddisfare una parte sostanziale del crescente fabbisogno energetico mondiale, riducendo al contempo drasticamente le emissioni di gas serra.
Le dimensioni ridotte rese possibili dai nuovi magneti superconduttori potrebbero aprire la strada a un percorso più rapido ed economico per la produzione di elettricità da fusione e la sua immissione nella rete.
Eni stima che lo sviluppo di un reattore a fusione da 200 MW entro il 2033 costerà 3 miliardi di dollari. Il progetto ITER, una collaborazione tra Europa, Stati Uniti, Cina, India, Giappone, Russia e Corea del Sud, ha già percorso più della metà del suo percorso verso l'obiettivo di un primo test con plasma surriscaldato entro il 2025 e della prima fusione a piena potenza entro il 2035, e ha un budget di circa 20 miliardi di euro. Come SPARC, anche ITER è progettato per non produrre elettricità.
Quindi, con la rete elettrica statunitense che si sta allontanando dalle centrali monolitiche a carbone o a fissione da 2-3 GW per orientarsi verso quelle nella gamma da 100-500 MW, l'energia da fusione può competere in un mercato difficile? E, in caso affermativo, quando?
"C'è ancora molta ricerca da fare, ma le sfide sono note, le nuove innovazioni indicano la strada per accelerare i processi, nuovi attori come CFS stanno apportando un approccio commerciale ai problemi e la ricerca scientifica di base è matura", afferma Mumgaard.
“Crediamo che la fusione sia più vicina di quanto molti pensino. Restate sintonizzati.” jQuery( document ).ready(function() { /* Carousel delle aziende */ jQuery('.carousel').slick({ dots: true, infinite: true, speed: 300, lazyLoad: 'ondemand', slidesToShow: 1, slidesToScroll: 1, adaptiveHeight: true }); });
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Data di pubblicazione: 18 dicembre 2019