Energia da fusione, l’energia che imita le stelle

La fusione di due nuclei d’idrogeno libera un’enorme quantità di energia ed è la reazione fisica, totalmente naturale, che alimenta il Sole e le altre stelle. Nel processo di fusione l’unione di due atomi leggeri, come gli isotopi dell’idrogeno, dà origine ad un elemento, come l’elio, con una massa leggermente inferiore della somma dei due nuclei iniziali. Questo “difetto di massa” viene convertito in una enorme quantità di energia, secondo la famosa equazione di Einstein (E=mc²).  Il grande vantaggio dell’energia da fusione è che non emette gas a effetto serra, né sostanze fortemente inquinanti o altamente radioattive, rendendola una fonte energetica estremamente interessante. Inoltre, sfrutta un processo virtualmente inesauribile perché utilizza come combustibile due isotopi dell’idrogeno: il deuterio, che è ricavato dall’acqua di mare, e il trizio, che può essere prodotto nel processo da una reazione fisica con il litio. Inoltre la quantità di energia generata in questo processo è immensa: secondo l’International Atomic Energy Agency la fusione potrebbe infatti generare circa quattro milioni di volte più energia per chilogrammo di combustibile rispetto alla combustione del carbone! 

La fusione è molto difficile da replicare artificialmente sulla Terra, in quanto occorre sostituire il contributo della gravità che è presente nelle stelle e favorisce la reazione, portando gli isotopi dell’idrogeno a temperature elevatissime, pari ad oltre 100 milioni di gradi, circa dieci volte quelle del nucleo del Sole. In particolare, la reazione che permette la fusione avviene in un gas ionizzato ad altissima temperatura chiamato plasma. In combinazione con queste alte temperature, un plasma stabile si può ottenere sulla Terra attraverso il confinamento magnetico che, come dice il nome, impiega campi magnetici potentissimi per confinare il plasma in cui avviene la fusione, all’interno di macchine sottovuoto a forma di ciambella (geometricamente un toroide), chiamate “Tokamak”. Da qui il nome della tecnologia: fusione a confinamento magnetico. Il plasma ad altissima temperatura viene quindi generato, sostenuto e confinato all’interno della camera senza permettergli di entrare a contatto con le pareti.

In sintesi, per generare energia da un reattore a fusione si immette nel Tokamak una miscela di deuterio e trizio, la si riscalda con opportuni accorgimenti portandola prima allo stato di plasma e poi, aumentando ancora di più la temperatura, alle condizioni di fusione. Il processo di fusione libera quindi neutroni molto energetici, che vengono assorbiti in un “blanket” o mantello, un rivestimento che contiene la camera di fusione. Il blanket ha infine il compito di assorbire l’energia cinetica dei neutroni e trasformarla in energia termica che viene poi utilizzata per la produzione di elettricità tramite sistemi noti e già utilizzati in altri tipi di centrale.

Quando la fusione a confinamento magnetico diventerà matura a livello industriale si aprirà uno scenario completamente nuovo, in cui sarà possibile garantire una fornitura estesa di energia più pulita con un processo sicuro e virtualmente inesauribile. Centrali elettriche alimentate da reattori a fusione potranno soddisfare la crescente richiesta di energia di grandi insediamenti produttivi e urbani, mantenendo un’elevata sostenibilità. Impianti di dimensioni più piccole, integrati con le fonti rinnovabili, potranno facilitare l’alimentazione energetica di piccole comunità e realtà off-grid. Siamo stati tra le prime aziende energetiche ad investire nella fusione a confinamento magnetico, oltre che essere azionista strategico di Commonwealth Fusion Systems (CFS), una start-up spin-out del Massachusetts Institute of Technology di Boston, nella cui roadmap vi è la realizzazione del primo impianto  a fusione in grado di immettere energia elettrica in rete entro i primi anni Trenta.