SOCIETÀ

Fusione nucleare: costi e opportunità di un lungo cammino

Bernard Bigot, dal 2015 direttore generale di Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor), ha annunciato il 7 novembre il completamento dei lavori di ingegneria civile per il reattore a fusione nucleare che sorgerà nel Sud della Francia. L’ultimo dei 7 livelli della struttura in cemento che ospiterà il tokamak è stato posato dal consorzio Vfr, guidato dalla ditta Vinci Construction.

Il sito, che sorge vicino a Aix-en-Provence, era stato individuato dai Paesi partner del progetto (Unione Europea, Cina, India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti) che nel 2006 hanno firmato l’intesa internazionale.

Le tappe di avanzamento sono scandite da una fitta tabella di marcia. È prevista per dicembre 2025 l’accensione del primo plasma nel tokamak di Iter, la macchina toroidale (a forma di ciambella) i cui magneti superconduttori servono a confinare i nuclei di idrogeno riscaldati fino a 100 milioni di gradi. In questo stato di plasma, gli atomi di idrogeno (in realtà suoi isotopi) si fondono l’uno con l’altro formando atomi di elio, proprio come avviene nel sole. La fusione nucleare libera l’energia che un domani potrà venire convertita, negli impianti di nuova generazione, in elettricità pulita, sostenibile e libera da anidride carbonica.

La piena attivazione di Iter dovrà attendere però la fine del decennio 2020 e la raccolta dati sul suo funzionamento partirà dopo il 2030. E Iter sarà solo un passaggio intermedio. Se tutto andrà per il meglio, Iter sarà seguito da Demo, il primo prototipo di reattore a fusione nucleare, che predisporrà la filiera di reattori commerciali capaci di trasformare l’energia della fusione nucleare in energia elettrica. Ma non prima della metà di questo secolo.

In questo lungo cammino le sfide scientifiche e tecnologiche da vincere sono ancora molte. Ma sono tante anche le opportunità da cogliere, soprattutto per la ricerca e l’industria italiana delle alte tecnologie. Di questo abbiamo parlato con Piero Martin, docente di fisica sperimentale dell’università di Padova, membro dell'executive board del nuovo esperimento Dtt di Frascati, e dal 2007 al 2013 responsabile scientifico di Rfx, il più grande esperimento, padovano, su Iter al di fuori del Sud della Francia.

Il sito dove sorge Iter. Fusion For Energy

“Iter è una partnership tra 7 Paesi, tra cui l’UE e dunque l’Italia. Le attività di contratti (in gergo di procurement) sono gestite a livello europeo dall’agenzia Fusion For Energy (F4E). L’UE ha la responsabilità di fornire una serie di componenti per Iter e F4E ha lanciato una serie di gare negli ultimi 4 anni. All’interno di queste l’Italia ha ottenuto complessivamente 1 miliardo e 200 milioni di euro in commesse, una cifra molto grande. Tra i Paesi Europei è quello che ha vinto la maggior parte di contratti, relativi alla costruzione di componenti di alta tecnologia. L’opportunità è quella di mettere in moto la migliore industria italiana e il nostro Paese ha davvero ottime competenze, purtroppo a volte un po’ misconosciute”.

L’ultimo contratto portato a casa dalle imprese italiane vale 200 milioni di euro ed è stato firmato il 30 settembre scorso: riguarda una parte dell'assemblaggio del tokamak di Iter. Dynamic, un consorzio che tiene insieme diverse società (Ansaldo Nucleare, Endel Engie, Orys Group ORTEC, SIMIC, Leading e Ansaldo Energia) si occuperà di montare le bobine superconduttrici, gli scudi e le porte termiche e posizionarli nel pozzo che ospiterà la struttura dove avverrà la fusione. “Il contributo italiano è davvero molto importante” specifica Martin “si tratta di mettere insieme le componenti a più alto contenuto tecnologico dell’impianto”.

Il successo dell’industria italiana con Iter è importante anche per quello che avviene in patria. “Avere una platea industriale italiana preparata per costruzioni di questo genere recherà benefici anche agli esperimenti che stiamo portando avanti in Italia”. La speranza è che l’industria italiana si farà valere anche per il Dtt (Divertor Tokamak Test Facility). Concepito nei laboratori Enea di Frascati, è il secondo esperimento chiave, insieme a quello padovano del Consorzio Rfx, per lo sviluppo di Iter.

“Le attività a Frascati sono inziate. Dtt sperimenterà una particolare componente del tokamak, il sistema attraverso cui viene dissipata la potenza del plasma”. Una frazione dell’energia prodotta nel processo di fusione infatti esce dal tokamak non attraverso i neutroni la cui energia sarà convertita in elettricità, ma attraverso particelle cariche, flussi di energia che vanno gestite in maniera adeguata. “Dtt ha proprio questo scopo: sviluppare il “divertore”, ovvero la regione del tokamak che convoglia questa energia del plasma”.

L’esperimento è sorretto da un investimento da 500 milioni di euro, 410 dei quali proviene dal governo italiano. Parte di questi soldi, 250 milioni, proviene da un prestito (di 25 anni attraverso Enea) dalla Banca europea di investimenti. “È il più grande singolo esperimento che la banca europea di investimenti abbia mai finanziato” ricorda Martin, secondo cui Dtt è “una bella storia italiana. È stata portata avanti con continuità da governi molto diversi tra loro. A livello del sistema Paese c’è consapevolezza che è un progetto che funziona e su cui vale la pena investire. Si è visto che i soldi spesi per Iter e ora per Dtt hanno fruttato. Ovviamente sono assegnati per un progetto scientifico a lungo termine, ma hanno già avuto una ricaduta forte sull’industria, rendendola competitiva ad altissimi livelli sui temi delle alte tecnologie, di cui c’è un gran bisogno per competere a livello globale. Le nostre industrie si stanno creando un curriculum documentato: un miliardo e 200 milioni di euro in circa 4 anni non è affatto male. Al di là della diversità di opinioni politiche almeno questa storia unisce. Abbiamo strutture di ricerca di altissimo livello, strutture accademiche e industriali che collaborano: basta investire e i soldi ritornano. È un circolo virtuoso che dovremmo creare molto più spesso”.

Ovviamente il coinvolgimento italiano in iter passa anche e soprattutto per Padova, dove c’è il più grande laboratorio di Iter al di fuori di Iter stesso, nonché una tradizione sugli studi della fusione che risale alla fine degli anni ‘50 con Antonio Rostagni e Carlo Someda. A Padova ci sono due oggetti in costruzione. Uno è Spider, la sorgente di ioni negativi, entrata in funzione nel 2018. L’altro è Mitica, il prototipo in scala 1 a 1 dell’iniettore di Iter, che entrerà in funzione nel 2023. Comprende la sorgente e l’acceleratore di particelle neutre (l’esperimento si chiama infatti Neutral beam test facility). Si tratta in sostanza dell’“accendino” che accenderà il plasma di Iter e sono previsti una decina d’anni di esperimenti di supporto a Iter e Demo.

“Il valore degli ordini necessari alla costruzione di questi impianti, Spider e Mitica, è di 240 milioni di euro” spiega Martin “All’industria europea sono andati il 60% di questo importo. Ma dei circa 140 milioni europei l’Italia ha fatto la parte del leone, acquisendo ordini per oltre 100 milioni”.

Installazione e assemblaggio degli ultimi componenti di Mitica. Consorzio Rfx

Il prossimo decennio sarà molto importante per il futuro degli esperimenti sulla fusione. Sono ancora molte infatti le sfide, sia tecnologiche sia scientifiche, da vincere. “Una delle linee di sviluppo tecnologico riguarda la superconduttività, anche quella ad alta temperatura (high temperature superconductivity) che avrà applicazioni importanti anche in altri settori, tra cui la medicina. La sfida industriale non è banale e il nostro obiettivo è quello di coinvolgere l’industria il più possibile".

Un esempio di sfida scientifica ancora aperta invece è quella in corso a Frascati per la gestione di flussi di potenza in uscita dal tokamak. "Si parla di decine di milioni di watt al metro quadro. Magari un domani troveremo materiali che resistono a questi flussi di energia, oggi non li abbiamo, dobbiamo trovare soluzioni scientifiche valide”.

La fusione promette di contribuire in modo decisivo alla soluzione del riscaldamento globale, ma probabilmente prima della seconda metà del secolo il primo reattore a fusione non sarà pronto. A chi la tempistica può sembrare deludente Piero Martin risponde citando un fisico russo, Lev Artsimovič, che in chiusura della conferenza di Ginevra del 1958 Atoms for peace disse “l’energia a fusione sarà pronta quando l’umanità ne avrà bisogno”.

“I tempi previsti potrebbero essere modificati dalle esigenze” fa sapere Martin. “Gli americani li chiamano crash programs: di fronte a grandi emergenze siamo già stati capaci in passato di accelerare le tappe. Oggi a livello di amministrazione mondiale forse non si è ancora consapevoli dell’emergenza energetica globale, è una questione ancora troppo poco sentita. Per avere una proporzione dei costi dell'opera, si pensi soltanto che tutto il progetto Iter oggi costa quanto una giornata di consumo elettrico globale. Per fortuna iniziamo ad accorgerci della crisi ambientale e ci rendiamo conto di quanto sia importante avere un paniere energetico libero da anidride carbonica. Non posso escludere che un domani l'emergenza energetica potrà essere affrontata con dei programmi più intensi e che lo sviluppo della fusione sarà accelerato”.

Un segnale interessante è arrivato dall’Inghilterra, che ha appena investito 200 milioni di sterline in un progetto di fusione nucleare parallelo e simile a Demo. Quello inglese si chiama Step (Spherical Tokamak for Energy Production) e “sembra tanto una conseguenza della Brexit, che se andrà in porto porterà il Regno Unito fuori dal sistema europeo di ricerca e sviluppo. È un progetto molto serio. Una delle prime uscite pubbliche che ha fatto il premier Boris Johnson in tema di ricerca è stata proprio al laboratorio di fusione vicino a Oxford”.

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