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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 riceve informazioni dettagliate dall'amministratore delegato Robert Mumgaard.
Nelle profondità delle sacre sale del Massachusetts Institute of Technology (MIT) è in atto una rivoluzione energetica. Dopo decenni di progressi, gli scienziati ritengono che l'energia da fusione sia finalmente pronta a conquistare il suo momento e che il Santo 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 collaborativo con il Plasma Fusion and Science Center (PSFC) del MIT e la società privata Commonwealth Fusion Systems (CFS), che mira ad accelerare l'immissione in rete dell'energia da fusione in appena 15 anni.
Il controllo della fusione, il processo che alimenta il sole e le stelle, è ostacolato da un annoso problema: sebbene la 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 sfida posta dal confinamento dei combustibili da fusione in queste condizioni estreme, gli esperimenti sulla fusione hanno finora funzionato in deficit, generando meno energia di quanta ne fosse necessaria per sostenere le reazioni di fusione e non sono quindi in grado di produrre elettricità per la rete.
"La ricerca sulla fusione è stata ampiamente studiata negli ultimi decenni, con conseguenti progressi nella comprensione scientifica e nelle tecnologie per l'energia da fusione", afferma Robert Mumgaard, CEO di CFS.
Il CFS sta commercializzando la fusione utilizzando l'approccio ad alto campo, sviluppando nuovi magneti ad alto campo per realizzare dispositivi di fusione più piccoli, utilizzando lo stesso approccio fisico dei programmi governativi più grandi. Per raggiungere questo obiettivo, il CFS collabora strettamente con il MIT in un progetto di collaborazione, a partire dallo sviluppo dei nuovi magneti.
Il dispositivo SPARC utilizza potenti campi magnetici per mantenere fermo il plasma caldo (una zuppa gassosa di particelle subatomiche) ed evitare che entri in contatto con qualsiasi parte della camera a vuoto a forma di ciambella.
"La sfida principale è creare un plasma in condizioni tali da consentire la fusione, in modo che produca più energia di quanta ne consumi", spiega Mumgaard. "Questo si basa in larga misura su un sottocampo della fisica noto come fisica del plasma".
Questo esperimento compatto è progettato per produrre circa 100 MW di calore in impulsi di dieci secondi, la stessa quantità di energia utilizzata da una piccola città. Tuttavia, poiché SPARC è un esperimento, non includerà i sistemi per trasformare l'energia di fusione in elettricità.
Gli scienziati del MIT prevedono che la potenza prodotta sarà più del doppio di quella utilizzata per riscaldare il plasma, raggiungendo così il traguardo tecnico più importante: energia netta positiva dalla fusione.
"La fusione avviene all'interno di un plasma mantenuto in posizione e isolato da 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.
"Quindi, se riusciamo a realizzare magneti potenti, possiamo creare plasmi che possono diventare più caldi e densi utilizzando meno energia per sostenersi. E con plasmi migliori possiamo rendere i dispositivi più piccoli e più maneggevoli da costruire e sviluppare.
"Con i superconduttori ad alta temperatura, abbiamo un nuovo strumento per creare campi magnetici ad altissima intensità, e quindi bottiglie magnetiche migliori e più piccole. Crediamo che questo ci porterà alla fusione più velocemente."
Mumgaard si riferisce a una nuova generazione di elettromagneti superconduttori di grandi dimensioni che hanno il potenziale di produrre un campo magnetico due volte più forte di quello impiegato in qualsiasi esperimento di fusione esistente, consentendo un aumento di oltre dieci volte della potenza per dimensione.
Realizzati con un nastro di 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 solo a circa 1/65.
Riducendo le dimensioni, i costi, i tempi e la complessità organizzativa necessari per costruire dispositivi per l'energia da fusione netta, i magneti YBCO consentiranno anche nuovi approcci accademici e commerciali all'energia da fusione.
"SPARC e ITER sono entrambi tokamak, un tipo specifico di contenitore magnetico basato sull'ampio sviluppo della scienza di base della fisica del plasma nel corso di decenni", chiarisce Mumgaard.
SPARC utilizzerà la prossima generazione di magneti superconduttori ad alta temperatura (HTS) che consentono un campo magnetico molto più elevato, garantendo le prestazioni di fusione desiderate in dimensioni molto più ridotte.
"Riteniamo che questo sarà un elemento chiave per raggiungere la fusione in tempi ragionevoli e che il prodotto sarà economicamente interessante".
Per quanto riguarda i tempi e la fattibilità commerciale, SPARC è un'evoluzione di un progetto tokamak che è stato studiato e perfezionato per decenni, compresi i lavori al MIT iniziati negli anni '70.
L'esperimento SPARC mira ad aprire la strada alla prima vera centrale elettrica a fusione nucleare 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 visione lungimirante di essere la prima compagnia petrolifera mondiale a investire massicciamente in essa), i sostenitori ritengono che la tecnica possa potenzialmente soddisfare una parte sostanziale del crescente fabbisogno energetico mondiale, riducendo al contempo le emissioni di gas serra.
Le dimensioni ridotte consentite dai nuovi magneti superconduttori consentono potenzialmente di ottenere elettricità dalla fusione in rete in modo più rapido ed economico.
Eni stima che lo sviluppo di un reattore a fusione da 200 MW entro il 2033 costerà 3 miliardi di dollari. Il progetto ITER, frutto di una collaborazione tra Europa, Stati Uniti, Cina, India, Giappone, Russia e Corea del Sud, ha più che raggiunto la 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, con un budget di circa 20 miliardi di euro. Come SPARC, ITER è progettato per non produrre elettricità.
Quindi, con la rete elettrica statunitense che si allontana dalle centrali monolitiche a carbone o a fissione da 2GW-3GW per dirigersi verso centrali nella fascia da 100MW a 500MW, l'energia da fusione può competere in un mercato difficile? E se sì, quando?
"C'è ancora molta ricerca da fare, ma le sfide sono note, nuove innovazioni indicano la strada per accelerare le cose, nuovi attori come CFS stanno concentrando l'attenzione sui problemi a livello commerciale e la scienza 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: 18-12-2019