Il futuro della fusione magnetica è già qui

Energia pulita e potenzialmente inesauribile per centrare gli obiettivi della transizione ecologica e della decarbonizzazione. È il traguardo raggiunto da Eni con CFS (Commonwealth Fusion Systems), società spin-out del Massachusetts Institute of Technology - di cui la società italiana è maggiore azionista - che ha condotto con successo il primo test al mondo del magnete con tecnologia superconduttiva HTS (High Temperature Superconductors), ottenendo il confinamento del plasma nel processo di fusione magnetica. Il test ha riguardato l'uso di elettromagneti di nuova generazione per gestire e confinare il plasma, ovvero la miscela di deuterio e trizio portata a temperature altissime da fasci di onde elettromagnetiche, e ha dimostrato la possibilità di assicurare l'innesco e il controllo del processo di fusione, dando prova dell'elevata stabilità di tutti i parametri fondamentali.

Il cammino è ancora lungo ma, sulla base dei risultati, CFS ha confermato la propria roadmap, che prevede la costruzione entro il 2025 del primo impianto sperimentale a produzione netta di energia, denominato SPARC, e successivamente quella di un impianto dimostrativo, ARC, il primo capace di immettere energia da fusione nella rete elettrica che, secondo la tabella di marcia, sarà disponibile nel prossimo decennio.

SPARC verrà realizzato assemblando in configurazione toroidale (una ciambella detta «tokamak») un totale di 18 magneti dello stesso tipo di quello oggetto del test. In tal modo sarà possibile generare un campo magnetico di intensità e stabilità necessarie a contenere un plasma di isotopi di idrogeno a temperature dell'ordine di 100 milioni di gradi, condizione per ottenere la fusione dei nuclei atomici, con il conseguente rilascio di un'elevatissima quantità di energia.

In pratica, lo stesso fenomeno che avviene nelle stelle come il Sole. «Lo sviluppo di tecnologie innovative è uno dei pilastri su cui poggia la strategia di Eni volta al completo abbattimento delle emissioni di processi industriali e prodotti, nonché la chiave per una transizione energetica equa e di successo» ha commentato l'amministratore delegato di Eni, Claudio Descalzi, dopo l'esito positivo del test. «Per Eni, la fusione a confinamento magnetico occupa un ruolo centrale nella ricerca tecnologica finalizzata al percorso di decarbonizzazione, in quanto potrà consentire all'umanità di disporre di grandi quantità di energia prodotta in modo sicuro, pulito e virtualmente inesauribile e senza alcuna emissione di gas serra, cambiando per sempre il paradigma della generazione di energia e contribuendo a una svolta epocale nella direzione del progresso umano e della qualità della vita. Il risultato straordinario ottenuto durante il test dimostra ancora una volta l'importanza strategica delle nostre partnership di ricerca nel settore energetico e consolida il nostro contributo allo sviluppo di tecnologie game changer».

Nel dettaglio, nel corso del test il magnete toroidale, del peso di circa 10 tonnellate e raffreddato con elio liquido a una temperatura di circa –253,15°C (cioè 20 gradi sopra allo zero assoluto), è stato energizzato con una corrente elettrica d'intensità crescente, fino a 40 mila Amper, per periodi di tempo prefissati e in diverse condizioni di funzionamento, sviluppando un campo magnetico di elevatissima intensità, fino a 20 tesla (T).

Questi campi magnetici non si sarebbero ottenuti con l'utilizzo di materiali tradizionali come il rame o superconduttori LTS (Low Temperature Superconductors), che sarebbero stati danneggiati dal calore generato. Il risultato è stato ottenuto grazie alle proprietà dei superconduttori HTS (REBCO - Rare Earth Barium Copper Oxide), che compongono la parte attiva del magnete e sono in grado di raggiungere perfomance molto più elevate in termini di campo magnetico associato. Il test ha dimostrato di poter mantenere il magnete nel regime di superconduzione con un'elevata stabilità di tutti i parametri fondamentali per il suo impiego in un futuro impianto dimostrativo.

Come spiega una nota del MIT, «il nuovo materiale superconduttore ad alta temperatura consente di ottenere un campo magnetico più elevato in un dispositivo più piccolo, pari alle prestazioni che si otterrebbero in un apparato 40 volte più grande in volume utilizzando magneti superconduttori convenzionali a bassa temperatura». Alla base di questa rivoluzione c'è la tecnologia HTS, fondata sulle scoperte che hanno portato Johannes Georg Bednorz e Karl Alexander Müller al Premio Nobel per la fisica nel 1987, ma solo recentemente la disponibilità commerciale di nastri HTS ha consentito il loro utilizzo nei supermagneti. La società è impegnata da tempo in questo ambito di ricerca e nel 2018 ha acquisito una quota del capitale di CFS per sviluppare il primo impianto che produrrà energia grazie alla fusione. Inoltre, l'azienda ha sottoscritto un accordo con il Plasma Science and Fusion Center del Massachusetts Institute of Technology (MIT), per svolgere congiuntamente programmi di ricerca sulla fisica del plasma, sulle tecnologie dei reattori a fusione e su quelle degli elettromagneti di nuova generazione.

In Italia, invece, Eni ha firmato un Memorandum of understanding per collaborare con Enea nell'ambito del progetto Divertor Tokamak Test, il polo scientifico e tecnologico sulla fusione che sarà realizzato a Frascati nel centro di ricerca Enea. Lo sviluppo della fusione a confinamento magnetico, infatti, è una sfida di livello mondiale che coinvolge molte eccellenze internazionali in ambito scientifico-tecnologico e industriale, dove ognuno sta mettendo a fattor comune la sua esperienza e le sue competenze al servizio di una tecnologia rivoluzionaria.

Per quanto riguarda il Cane a sei zampe, oltre a collaborare con importanti enti di ricerca, ha messo a disposizione il supercalcolatore HPC5 che, con la sua grande potenza di calcolo, permette di utilizzare modelli matematici molto complessi per descrivere la fisica del plasma e simularne il comportamento.

L'obiettivo finale della ricerca è creare centrali elettriche alimentate da reattori a fusione che possano soddisfare la crescente richiesta di energia di grandi insediamenti produttivi e urbani, mantenendo un'elevata sostenibilità ambientale. Impianti di dimensioni più piccole, integrati con le fonti rinnovabili, potranno al tempo stesso facilitare l'alimentazione energetica di piccole comunità e realtà off-grid.

Quando la fusione diventerà tecnologicamente matura al punto di poter essere impiegata a livello industriale, si aprirà uno scenario inedito in cui, finalmente, si garantirà la fornitura estesa di energia pulita, sicura e sostenibile. L'energia prodotta dal processo di fusione infatti è virtualmente infinita, sicura e a zero emissioni di gas inquinanti. Basti pensare che un grammo di combustibile per la fusione contiene l'energia equivalente a quella di oltre 60 barili di petrolio, senza che questo comporti il rilascio di gas serra.

Inoltre, una volta in produzione, gli impianti avranno dimensioni paragonabili a quelle di una normale centrale a gas, con turbine standard, allacciata a un'infrastruttura elettrica e senza particolari complessità infrastrutturali. La differenza la fa solo il combustibile: una quantità pari a una bottiglietta da mezzo litro basterà ad alimentare per un anno una centrale da 150-200 Mw.

Ecco perché la strada verso questa tecnologia rivoluzionaria è lunga, ma percorrerla significa puntare verso un futuro sostenibile.