{"id":1350711,"date":"2021-04-29T00:34:09","date_gmt":"2021-04-28T23:34:09","guid":{"rendered":"https:\/\/www.pressenza.com\/?p=1350711"},"modified":"2021-04-29T00:38:40","modified_gmt":"2021-04-28T23:38:40","slug":"fusione-nucleare-non-solo-ricerca","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.pressenza.com\/it\/2021\/04\/fusione-nucleare-non-solo-ricerca\/","title":{"rendered":"Fusione nucleare: non solo ricerca"},"content":{"rendered":"<p><em>L\u2019ENEA- Dipartimento Fusione e tecnologie per la Sicurezza Nucleare,\u00a0 sintetizza le ragioni, le opportunit\u00e0 e le prospettive della partecipazione italiana al progetto internazionale per lo sviluppo dell\u2019energia da fusione e per la costruzione del primo reattore a fusione sperimentale.<\/em><\/p>\n<p>Il costante aumento dei consumi di energia elettrica nel mondo \u00e8 destinato ad una brusca impennata, a causa della diffusione dell\u2019uso della elettrificazione nella mobilit\u00e0, all\u2019aumento della popolazione globale, al sempre maggiore uso del condizionamento degli ambienti e dei sistemi elettronici.<\/p>\n<div class=\"wp-caption alignleft\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/astrolabio.amicidellaterra.it\/sites\/default\/files\/190_fusione_1.jpg\" alt=\"\" width=\"490\" height=\"230\" \/><p class=\"wp-caption-text\">Fig. 1 \u2013 Stime di produzione e uso di energia elettrica nel periodo 2018-2050: \u00e8 prevista una crescita del 79% dei consumi di elettricit\u00e0 fra il 2018 ed il 2050. La crescita riguarder\u00e0 sia i paesi avanzati (OECD) che quelli in via di sviluppo (non-OECD) e tutti i settori.<\/p><\/div>\n<p>Uno degli obiettivi strategici del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) \u00e8 rappresentato dalla transizione energetica e, una parte consistente delle risorse disponibili andr\u00e0 ai progetti e agli interventi per realizzarla. Il Piano, in linea con il Green Deal lanciato dall\u2019Unione Europea alla fine del 2019 con la volont\u00e0 di raggiungere la neutralit\u00e0 climatica in Europa entro il 2050, dovr\u00e0 finanziare iniziative finalizzate al miglioramento dell\u2019efficienza energetica e all\u2019incremento della produzione da fonti rinnovabili.<\/p>\n<p><strong>\u00c8 possibile raggiungere gli obiettivi di neutralit\u00e0 climatica nei tempi previsti?<\/strong><\/p>\n<p>In base alle previsioni della EIA, (cfr. figura 2), la crescita nell\u2019uso delle energie rinnovabili, a livello mondiale, non sar\u00e0 in grado, nel periodo 2018-2050, neanche di compensare l\u2019aumento dei consumi. Pertanto, sono previsti in crescita anche i consumi di petrolio, gas naturale (+40% nel periodo di riferimento) e addirittura il carbone.<\/p>\n<p>Data la situazione \u00e8 innegabile che, al fianco delle politiche di risparmio, certamente utili, ma quantitativamente poco influenti, occorre perseguire un continuo sostegno alla ricerca, sia di base che applicata, e in tutti i settori nei quali si possa \u2018scorgere un barlume di speranza\u2019 nel dare un contributo ad una produzione di energia carbon-free.<\/p>\n<div class=\"wp-caption alignleft\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/astrolabio.amicidellaterra.it\/sites\/default\/files\/190_fusione_2.jpg\" alt=\"\" width=\"490\" height=\"232\" \/><p class=\"wp-caption-text\">Fig. 2 \u2013 Stima del consumo di energia nel periodo 2018-2050: La crescita di maggior rilievo \u00e8 prevista per le energie rinnovabili. Al contempo, per\u00f2, anche l\u2019uso di combustibili fossili (petrolio, gas naturale e carbone) \u00e8 previsto crescere compensando l\u2019aumento delle rinnovabili.<\/p><\/div>\n<p>Nella prospettiva di una rapida decarbonizzazione delle fonti energetiche, il <strong>nucleare\u00a0da fissione continuer\u00e0 a giocare il suo ruolo <\/strong>a livello mondiale per fornire, in presenza di fonti rinnovabili intermittenti, il carico di base e mitigare i rischi dovuti ai cambiamenti climatici. In particolare, in Asia, decine di nuove centrali nucleari sono attualmente in costruzione e rimarranno operative per alcune decenni. Contemporaneamente, i Paesi pi\u00f9 sviluppati, Europa compresa, focalizzano la ricerca su un nucleare nuovo, come la fusione, per rendere il mix energetico pienamente sostenibile nel tempo.<\/p>\n<p>In questa prospettiva, i Paesi economicamente avanzati investono nello sviluppo dell\u2019energia da fusione e stanno collaborando alla costruzione del primo reattore a fusione sperimentale. Tenuto conto dello sviluppo raggiunto dalle tecnologie in questo campo e supponendo che il livello attuale degli investimenti si mantenga nel tempo, si prevede la produzione di energia elettrica da fusione a partire dalla met\u00e0 del secolo.<\/p>\n<p>L&#8217;interesse per l\u2019energia da fusione \u00e8 giustificato dai vantaggi che essa presenta:<\/p>\n<ul>\n<li>\u00e8 virtualmente illimitata e diffusa &#8211; nell&#8217;acqua di mare c&#8217;\u00e8 abbastanza combustibile (deuterio e litio) per mandare avanti la Terra con gli attuali consumi per alcune decine di milioni di anni;<\/li>\n<li>la disponibilit\u00e0 del combustibile, essendo uniformemente distribuito ed utilizzabile da tutti i popoli del mondo, non genera tensioni geopolitiche;<\/li>\n<li>la reazione su cui si basa non produce gas serra;<\/li>\n<li>\u00e8 intrinsecamente sicura;<\/li>\n<li>\u00e8 rispettosa dell&#8217;ambiente &#8211; la reazione di fusione non produce scorie radioattive. Nel corso delle operazioni diventano radioattive le pareti della camera di reazione ma con un&#8217;opportuna scelta dei materiali la radioattivit\u00e0 decade in alcune decine di anni.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Un reattore a fusione produce molta pi\u00f9 energia per unit\u00e0 di massa di combustibile di qualunque reazione chimica come il bruciamento di benzina, gas o carbone. Ad esempio, una centrale a carbone da 1GW consuma 2.7 milioni di tonnellate di combustibile\/anno, mentre una centrale a fusione di pari potenza si stima consumer\u00e0 250 kg di combustibile\/anno. All\u2019interno del reattore saranno presenti pochi grammi di combustibile in ogni momento, caratteristica che render\u00e0 questi reattori particolarmente sicuri.<\/p>\n<p>E questo significa evitare oleodotti, navi cisterna, treni colmi di carbone, o di gas, rigassificatori, piattaforme petrolifere, e deturpazioni del panorama con distese sconfinate di torri eoliche o di pannelli fotovoltaici.<\/p>\n<p>Ma soprattutto quasi tutti i conflitti dell\u2019ultimo secolo sono stati causati dal controllo delle fonti energetiche, distribuite in modo disuniforme sul pianeta. Avere la possibilit\u00e0 di un combustibile diffuso uniformemente e accessibile a tutti sarebbe un notevole progresso verso l\u2019allentamento di molte tensioni geopolitiche<\/p>\n<p><strong>A che punto siamo?<\/strong><\/p>\n<p>Per ottenere reazioni di fusione occorre riscaldare i reagenti (due isotopi dell&#8217;idrogeno, deuterio e trizio, quest&#8217;ultimo prodotto a partire dal litio) a temperature di circa 100 milioni di gradi &#8211; superiori persino a quelle che si incontrano nei nuclei delle stelle. A temperature cos\u00ec elevate la miscela di reagenti si trova nella forma di gas ionizzato (plasma) e deve essere confinata mediante intensi campi magnetici. Cos\u00ec come il plasma nelle stelle, anche quelli di laboratorio sono sistemi complessi. Essi esibiscono una variet\u00e0 di fenomeni turbolenti ed instabilit\u00e0 che tendono a deteriorare il loro confinamento. I plasmi di laboratorio sono stati &#8220;addomesticati&#8221; a poco a poco grazie ad un imponente sforzo scientifico di tipo sperimentale e teorico.<\/p>\n<p>Negli esperimenti attualmente in funzione sono gi\u00e0 raggiunti valori di densit\u00e0 e temperatura del plasma simili a quelli richiesti in un reattore a fusione. Tuttavia, la potenza iniettata nella camera di reazione per raggiungere queste condizioni \u00e8 stata finora sempre superiore a quella rilasciata dalle reazioni di fusione, con un record di 16MW di potenza di fusione ottenuto sulla facility europea JET a fronte di 25MW di potenza iniettata.<\/p>\n<p>Il primo esperimento in cui la potenza di fusione dovrebbe superare ampiamente quella iniettata nella camera sar\u00e0 ITER [1], in costruzione a Cadarache in Francia.<\/p>\n<div class=\"wp-caption alignleft\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/astrolabio.amicidellaterra.it\/sites\/default\/files\/190_fusione_3.jpg\" alt=\"\" width=\"490\" height=\"490\" \/><p class=\"wp-caption-text\">Fig. 3 &#8211; Il reattore a fusione sperimentale ITER<\/p><\/div>\n<p>ITER \u00e8 realizzato nell\u2019ambito di una collaborazione tra le sette maggiori potenze economiche (Unione Europea, Cina, India, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti) che rappresentano il 50% della popolazione e l&#8217;85% del PIL globale. Tutti questi paesi hanno programmi di ricerca avanzati sulla fusione motivati, in alcuni casi, dalla urgente necessit\u00e0 di accesso a nuove fonti di energia.<\/p>\n<p>L&#8217;Unione Europea ha da sempre la leadership mondiale delle ricerche in questo campo e sta sostenendo circa la met\u00e0 dei costi di costruzione di ITER con l&#8217;obiettivo di avere il massimo ritorno scientifico da questo investimento e progredire nei tempi pi\u00f9 brevi possibili verso un reattore dimostrativo DEMO. ITER ha di recente completato circa il 70% della costruzione ed \u00e8 previsto entrare in funzione nel corso di questo decennio.<\/p>\n<p>ITER rappresenta un&#8217;estrapolazione rispetto agli esperimenti attuali sufficientemente piccola da renderci confidenti nel raggiungimento degli obiettivi ma significativa per la dimostrazione delle potenzialit\u00e0 dell&#8217;energia da fusione. ITER produrr\u00e0 500MW di potenza termica di fusione a fronte di 50MW di potenza iniettata nella camera di reazione &#8211; un fattore di amplificazione della potenza pari a 10 &#8211; per impulsi della durata di alcune centinaia di secondi fino a circa un&#8217;ora.<\/p>\n<p><strong>Quali sono le sfide?<\/strong><\/p>\n<p>La costruzione di ITER ha permesso di misurarsi con le principali sfide di ingegneria della costruzione di un reattore a fusione:<\/p>\n<ul>\n<li>Magneti superconduttori di grandi dimensioni e elevate prestazioni<\/li>\n<li>Camere da vuoto di oltre 11 metri di altezza e 19 metri di diametro, con tolleranze di costruzione di pochi millimetri.<\/li>\n<li>Sistemi di generazione di onde elettromagnetiche di alta potenza e fasci di atomi neutri di elevata energia ed elevata corrente.<\/li>\n<li>Componenti affacciate al plasma che devono sopportare elevati tassi di erosione ed elevati carichi termici.<\/li>\n<li>Manutenzione remotizzata delle componenti dentro la camera<\/li>\n<li>Sistemi di estrazione, stoccaggio e manipolazione di elevate quantit\u00e0 di trizio<\/li>\n<li>Sistemi di misura delle propriet\u00e0 fisiche del plasma effettuate in un ambiente altamente radiogeno.<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>La costruzione di ITER ha rappresentato un\u2019opera di estrema complessit\u00e0, svolta in completa sinergia fra scienziati e ingegneri di numerose nazionalit\u00e0, etnie, religioni e lingue, contribuendo alla coesione fra i popoli, oltre che un&#8217;occasione importante di innovazione in molti settori ad alta tecnologia.<\/strong><\/p>\n<p>Le sfide poste dalla costruzione di ITER sono state affrontate e superate grazie a un dettagliato programma di ricerca e sviluppo che ha coinvolto <strong>l&#8217;industria europea e ha visto l&#8217;industria italiana in prima linea, aggiudicandosi circa 1.3B\u20ac, oltre il 50%<\/strong> del valore delle commesse se si escludono gli edifici e le infrastrutture. L&#8217;Italia \u00e8 quindi nella posizione migliore per sfruttare il ritorno di <em>know-how<\/em> industriale dalla costruzione di ITER.<\/p>\n<p>D\u2019altro canto, le <strong>ricadute in settori diversi<\/strong> da quello dell\u2019energia sono un chiaro esempio di \u201ceffetti collaterali\u201d benefici degli sforzi affrontati nella ricerca fusionistica: i treni Maglev, resi possibili dai progressi nel campo della superconduttivit\u00e0, sono forse il caso pi\u00f9 eclatante, ma ve ne sono molti altri che costituiscono un valore aggiunto inestimabile.<\/p>\n<p><strong>Cosa resta da fare?<\/strong><\/p>\n<p>La via verso la costruzione del reattore dimostrativo DEMO prevede, in parallelo ad ITER, di procedere prioritariamente a:<\/p>\n<ul>\n<li>sviluppare e qualificare nuovi materiali capaci di mantenere le proprie caratteristiche termo-meccaniche anche sotto l&#8217;effetto del danneggiamento da parte dei neutroni prodotti nelle reazioni di fusione;<\/li>\n<li>perfezionare le tecnologie per la generazione del trizio &#8211; prodotto all&#8217;interno del reattore a partire dal litio;<\/li>\n<li>consolidare il quadro di conoscenze dei meccanismi di base della fisica del plasma in condizioni reattoristiche.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Per completare in tempo utile tutti gli sviluppi che consentano, nel momento in cui ITER consegua l\u2019obiettivo di un guadagno in energia pari a 10, l&#8217;inizio della costruzione di DEMO, l&#8217;Unione Europea ha sviluppato una Roadmap [2] che conduce verso la generazione di elettricit\u00e0 da fusione. \u00a0DEMO, oltre a produrre una potenza termica in quantit\u00e0 molto superiore a quella di ITER, dovr\u00e0 dimostrare la generazione netta di energia elettrica e l&#8217;autosufficienza nella produzione di trizio. DEMO inoltre dovr\u00e0 dimostrare che \u00e8 possibile costruire un reattore a fusione con costi di investimento compatibili con la sostenibilit\u00e0 economica della fusione.<\/p>\n<p>Il successo di questo programma dipende dalla capacit\u00e0 di superare una serie di sfide scientifiche e tecnologiche. Tra queste quella forse pi\u00f9 importante \u00e8 la capacit\u00e0 di smaltire il calore generato dalle reazioni di fusione e utilizzato per mantenere il plasma alla temperatura di 100 milioni di gradi. La soluzione individuata prevede di convogliare tale flusso di calore su un componente dedicato, detto divertore, composto da piastre raffreddate attivamente sulle quali i carichi termici possono raggiungere valori di alcune decine di MW\/m<sup>2<\/sup>, dello stesso ordine del flusso di calore che si ha sulla superficie del sole! ITER utilizzer\u00e0 la configurazione di divertore oggi pi\u00f9 studiata, ma questa configurazione potrebbe non essere estrapolabile a DEMO.<\/p>\n<div class=\"wp-caption alignleft\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/astrolabio.amicidellaterra.it\/sites\/default\/files\/190_fusione_5.jpg\" alt=\"\" width=\"490\" height=\"480\" \/><p class=\"wp-caption-text\">Fig.4 &#8211; Prototipo scala 1:1 del bersaglio verticale del divertore di ITER realizzato da ENEA a Frascati (per Ansaldo Nucleare) e provato con successo alle condizioni di lavoro all\u2019interno del reattore.<\/p><\/div>\n<p>Per studiare configurazioni alternative di divertore, la Roadmap all&#8217;elettricit\u00e0 da fusione ha proposto la realizzazione di una nuova macchina con lo scopo di trovare una soluzione estrapolabile a DEMO, chiamata Divertor Tokamak Test (DTT) facility [3]. L&#8217;Italia si \u00e8 impegnata, d&#8217;accordo con i partner europei, a costruire questa facility per un investimento totale di circa 600 M\u20ac. DTT rappresenta una grossa opportunit\u00e0 di crescita per il sistema ricerca italiano e sfrutter\u00e0 al meglio le competenze conseguite dall&#8217;industria e dai laboratori di ricerca italiani durante la realizzazione ed utilizzo delle macchine Tokamak dei laboratori Enea di Frascati, FT e FTU, e nella partecipazione alla realizzazione di ITER.<\/p>\n<p><strong>Perch\u00e9 insistere nel voler imbrigliare un sole (o molti) sulla terra?<\/strong><\/p>\n<p>Il sole \u00e8 gi\u00e0 la fonte energetica che, in modo diretto o indiretto, garantisce la quasi totalit\u00e0 delle fonti rinnovabili: energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica e da biomasse devono tutte al sole la propria generazione. Una risposta romantica potrebbe stare nel fatto che riuscendo a costruire un sole sintetico e a mantenerlo \u201cin vita\u201d in un reattore a fusione avremmo in qualche modo \u201cdomato\u201d il motore del sistema energetico naturale del pianeta.<\/p>\n<p><strong>Pi\u00f9 pragmaticamente si pu\u00f2 affermare che tutti gli studi sulla penetrazione dell\u2019energia da fusione mostrano che essa pu\u00f2 vantaggiosamente contribuire alla produzione di elettricit\u00e0 verso la fine del secolo fornendo il carico di base in un mix energetico a forte presenza di fonti intermittenti,<\/strong> anche con sostanziale disponibilit\u00e0 di energy storage. Il successo di tale penetrazione dipender\u00e0, da un lato, dalla economicit\u00e0 dell\u2019energia prodotta ovvero dalle soluzioni tecnologiche adottate. D\u2019altro lato, essa dipender\u00e0 in buona misura anche dalla determinazione con la quale la societ\u00e0 vorr\u00e0 perseguire l\u2019obiettivo della decarbonizzazione.<\/p>\n<p>Inoltre, il capitale umano, scientifico ed economico del sistema-Paese impone all\u2019Italia di partecipare da protagonista a questa partita:\u00a0ne va della competitivit\u00e0 nelle sfide energetiche del futuro.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<div class=\"field-label-inline-first\"><strong><em>di Paola Batistoni, Marco Ciotti (dirigenti di ricerca ENEA), Alessandro Dodaro (Direttore del Dipartimento Fusione e tecnologie per la Sicurezza Nucleare dell\u2019ENEA)<\/em><\/strong><\/div>\n<p>Articolo <a href=\"http:\/\/astrolabio.amicidellaterra.it\/node\/2352\">pubblicato su L&#8217;Astrolabio &#8211; Amici della Terra<\/a><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><strong>NOTE\u00a0<\/strong><\/p>\n<p><strong>[1]<\/strong>\u00a0 <a href=\"http:\/\/www.iter.org\/\">www.iter.org<\/a><\/p>\n<p><strong>[2]<\/strong>\u00a0European Research Roadmap to the Realisation of Fusion Energy,\u00a0<a href=\"http:\/\/www.euro-fusion.org\/eurofusion\/roadmap\/\">www.euro-fusion.org\/eurofusion\/roadmap\/<\/a><\/p>\n<p><strong>[3]<\/strong>\u00a0DTT &#8211; Divertor Tokamak Test facility \u2013 Interim Design Report (\u201cGreen Book\u201d) (<a href=\"https:\/\/www.dtt-project.enea.it\/downloads\/DTT_IDR_2019_WEB.pdf\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/www.dtt-project.enea.it\/downloads\/DTT_IDR_2019_WEB.pdf<\/a>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>L\u2019ENEA- Dipartimento Fusione e tecnologie per la Sicurezza Nucleare,\u00a0 sintetizza le ragioni, le opportunit\u00e0 e le prospettive della partecipazione italiana al progetto internazionale per lo sviluppo dell\u2019energia da fusione e per la costruzione del primo reattore a fusione sperimentale. 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