LA FUSIONE NUCLEARE PROSPETTIVE

La produzione di energia elettrica nel mondo avviene in massima parte ricorrendo ai combustibili: che siano più o meno climaalteranti, con centrali a carbone, gas naturale, petrolio e biocombustibili, nel 2020 sono stati prodotti circa 17.000 TWh, corrispondenti al 63,5% della produzione totale; le altre fonti di produzione principali sono state l’idroelettrico (16,6%) e il nucleare da fissione (10%), seguiti da eolico (6%) e solare (3,1%).

1 L’AUMENTO DELLA DOMANDA

Tutte le stime sul fabbisogno energetico futuro concordano sulla crescita dei consumi: nonostante la forte spinta verso il risparmio energetico e l’efficientamento delle reti di trasmissione e delle utilities, la sola elettrificazione della mobilità su strada, ad esempio, porterà a un aumento di domanda considerevole e quindi a un incremento della produzione a livello globale.

L’aumento di produzione, abbinato alla necessità di ridurre il ricorso alle fonti fossili, non potrà essere pareggiato ricorrendo solo a una massiva installazione di GW da rinnovabili tradizionali: oltre alla difficoltà pratica del dover quadruplicare la potenza attualmente prodotta da eolico, solare e idroelettrico, l’evidente discontinuità nella produzione renderebbe necessario un massiccio dispiegamento di stazioni di accumulo che, da un lato, farebbe impennare la domanda dei materiali che costituiscono le batterie (senza considerare i costi di smaltimento a fine vita, visto che si tratta di rifiuti speciali) e dall’altro renderebbe più acuto il problema della scarsa disponibilità di bacini idrici da utilizzare per le stazioni di pompaggio.

Il percorso verso la transizione energetica dovrà, quindi, essere supportato da un incremento nella produzione di energia prodotta con il nucleare da fissione, almeno fino a quando non sarà disponibile la fusione nucleare che, oltre ad essere climaticamente neutrale, gode di un’accettabilità sociale molto più alta rispetto alla fissione nucleare e riduce sensibilmente la dipendenza geografica delle materie prime necessarie.

LA DISTRIBUZIONE DELLE RISORSE ENERGETICHE

Tutte le fonti citate in precedenza, infatti, con la sola eccezione dell’eolico, necessitano di materie prime che non sono uniformemente distribuite sul pianeta e il loro approvvigionamento può generare tensioni che possono sfociare in crisi energetiche su larga scala che influenzano pesantemente l’andamento dell’economia mondiale: basti pensare alle crisi petrolifere degli anni Settanta o alla situazione che stiamo vivendo in questi mesi a seguito del conflitto tra Russia e Ucraina.

Se consideriamo i combustibili fossili, i loro depositi dipendono sia dal clima e dagli organismi che vivevano in una determinata zona centinaia di migliaia di anni fa sia dai fenomeni geologici che hanno avuto luogo da allora. Le più grandi riserve di carbone si trovano negli Stati Uniti, Russia, Cina, Australia e India, dove milioni di anni fa c’erano lussureggianti foreste paludose con molti alberi che hanno fornito il materiale organico per produrre carbone.

I depositi di gas naturale sono spesso prossimi ai depositi di petrolio: in quelli più vicini alla superficie terrestre prevale quest’ultimo, mentre quelli profondi, formatisi con pressione e temperatura maggiori, contengono più gas naturale; andando maggiormente in profondità si trovano giacimenti costituiti da gas naturale puro.

Secondo la U.S. Energy Information Administration le più grandi riserve di gas naturale al mondo sono in Russia, Iran, Qatar, Arabia Saudita, Stati Uniti e Turkmenistan.

L’ultimo combustibile da considerare è quello necessario per la fissione nucleare: l’uranio. In questo caso, oltre alla distribuzione geografica, che comunque non è omogenea, occorre tener presente che si tratta di un materiale che può essere utilizzato per usi bellici, quindi è una risorsa soggetta a controlli di sicurezza molto stringenti e l’approvvigionamento è particolarmente complicato.

Le maggiori miniere di uranio si trovano in Australia, Kazakhstan, Russia, Cina, Canada, Brasile, Namibia, Sud Africa e Niger, che assieme posseggono attorno all’85% delle riserve mondiali. Va sottolineato che l’Europa non ha miniere di uranio significative.

Un approfondimento diverso va fatto sulle materie prime necessarie per sfruttare il solare fotovoltaico: se pure queste sono universalmente disponibili, il mercato attuale dei produttori di pannelli solari vede quasi l’80% della produzione mondiale realizzato da aziende cinesi risultando, di fatto, quasi un monopolio, con tutto ciò che ne consegue in termini di sicurezza nell’approvvigionamento.

Una considerazione merita inoltre l’idroelettrico: a causa della siccità, la produzione di energia idroelettrica mondiale nel 2021, per la prima volta in due decenni, è diminuita del 3% rispetto al dato dell’anno precedente, nonostante la crescita della capacità installata; inoltre la disponibilità di bacini e corsi d’acqua di dimensioni sufficienti per una centrale è tutt’altro che inesauribile.

Basti vedere il dato italiano: negli ultimi 10 anni la produzione da idroelettrico, pur generando più energia di solare ed eolico messi assieme, è aumentata solo del 7% a causa della saturazione della nostra rete idrica.

LE PROSPETTIVE DELLA FUSIONE NUCLEARE

E la fusione nucleare? Si tratta della reazione che avviene nel sole e nelle altre stelle, con produzione di un’enorme quantità di energia: due nuclei di elementi leggeri, ad esempio deuterio e trizio, portati a temperature e pressioni elevate, fondono formando nuclei di elementi più pesanti, come l’elio, con emissione di grandi quantità di energia.

I due nuclei possono fondersi solo a distanze molto brevi e – affinché questo accada – è necessario che la velocità con la quale si urtano sia molto alta: per ottenere sulla terra reazioni di fusione è necessario portare una miscela di deuterio e trizio a temperature elevatissime (100 milioni di gradi) per tempi sufficientemente lunghi.

A temperature così alte le singole particelle tendono a dissociarsi negli elementi costitutivi (ioni ed elettroni) e il gas si trasforma in una miscela di particelle cariche, cioè un plasma, che deve essere confinato in uno spazio limitato per un tempo sufficiente affinché l’energia liberata dalle reazioni di fusione possa compensare sia le perdite, sia l’energia usata per produrle: non esistendo in natura recipienti che possano resistere in queste condizioni si deve ricorrere al confinamento inerziale (cioè tramite luce laser concentrata sul combustibile) o magnetico (le particelle sono immerse in una combinazione di campi magnetici molto intensi che le costringono a seguire traiettorie a spirale intorno alle linee di forza mantenendosi lontano dalle pareti del recipiente).

Secondo la comunità fusionistica mondiale, il confinamento magnetico è la via più promettente. Tralasciando momentaneamente le difficoltà tecnologiche, che pure tutta la comunità scientifica internazionale del settore sta affrontando unita, il meccanismo di funzionamento di una futura centrale a fusione sarà molto simile a quello delle attuali centrali che usano combustibili più tradizionali: il calore prodotto dalle reazioni nucleari viene ceduto a un fluido che produce vapore e quest’ultimo espande in una turbina generando energia elettrica.

La differenza principale con le altre fonti sta proprio nel combustibile utilizzato: si tratta di isotopi dell’idrogeno, deuterio e trizio, che sono onnipresenti in natura (il deuterio) o facilmente producibili all’interno della centrale stessa (i neutroni prodotti dalla reazione di fusione incidono su nuclei di litio producendo un nucleo di trizio e un nucleo di elio, il trizio prodotto viene estratto e iniettato nella camera da vuoto come combustibile fresco).

Per farsi un’idea delle quantità in gioco, alcune valutazioni preliminari affermano che le riserve di litio attualmente conosciute basterebbero per produrre il trizio necessario per soddisfare tutta la domanda energetica annuale mondiale per i prossimi 9.000 anni.

Riguardo al deuterio, basta pensare che un grammo si presenta disciolto in circa 30 litri d’acqua di mare per capire che le riserve e la disponibilità sono realmente illimitate e universalmente disponibili.

Occorre poi considerare che i più grandi progetti scientifici che puntano a sviluppare la fusione nucleare come fonte energetica sono finanziati con fondi pubblici e coinvolgono tutte le organizzazioni scientifiche governative dei Paesi industrializzati: l’assenza di possibili usi militari, almeno per quanto concerne la fusione a confinamento magnetico, rende ancora più facile la condivisione delle risorse e dei risultati.

Ad esempio, al progetto ITER, che nei prossimi anni dimostrerà che è possibile produrre con la fusione molta più energia di quella necessaria per accendere e mantener caldo il plasma, partecipano l’Unione Europea e i governi di Stati Uniti, Cina, Giappone, Russia, Corea del Sud e India; i risultati che saranno prodotti da questo, e da tutti gli altri esperimenti sulla fusione nucleare, saranno disponibili a tutta la comunità scientifica internazionale, rendendo la tecnologia accessibile a chiunque voglia implementarla.

È quindi ragionevole concludere che la fusione nucleare sarà la prima fonte energetica della storia a non soffrire di tensioni geopolitiche per l’approvvigionamento delle risorse e per la quale non ci saranno ostacoli nel condividere fra i governi le soluzioni tecnologiche che la renderanno utilizzabile per la produzione di energia pulita, affidabile e inesauribile.

1. International Energy Agency (Iea), WORLD&fuel=Energy%20supply&indicator=ElecGen ByFuel