Potresti aver sentito parlare della fusione fredda, l’idea che gli atomi possano essere fusi insieme senza utilizzare alcun calore significativo o altro tipo di energia e tuttavia produrre una grande quantità di energia. Questa pietra filosofale è stata l’oggetto della ricerca di molti alchimisti moderni, quindi lasceremo a loro.
La fusione a caldo, tuttavia, è reale. È ciò che accade all’interno del sole e di altre stelle. Nuclei di atomi si schiantano l’uno contro l’altro a grande velocità, con conseguente fusione e molta più energia rilasciata., La ricerca e lo sviluppo nell’energia di fusione stanno cercando di creare reazioni simili qui sulla Terra a oltre 100 milioni di gradi Celsius.
L’opposto della fissione nucleare
L’energia di fusione, in un certo senso, è l’opposto di ciò che convenzionalmente chiamiamo energia nucleare – sebbene l’energia di fusione si occupi anche del nucleo degli atomi. Nelle attuali centrali nucleari, l’energia proviene dalla scissione dell’atomo. La fusione, come suggerisce il nome, produce energia non separando gli atomi, ma fondendoli insieme.
La vera differenza deriva dal tipo di elementi coinvolti in questi processi., Ciò che conosciamo come energia nucleare richiede elementi con atomi grandi e pesanti come uranio o plutonio che possono essere suddivisi in atomi più piccoli. Tuttavia, l’uranio, il plutonio e i loro prodotti di fissione sono radioattivi, il che significa che quando decadono emettono radiazioni ionizzanti, che in determinate circostanze potrebbero essere pericolose per l’uomo.
L’energia di fusione si basa invece sulla combinazione di due atomi leggeri, solitamente idrogeno. Quando due atomi di idrogeno si fondono, creano elio., Quindi non solo l’energia di fusione si basa sull’elemento più abbondante dell’universo, ma il suo sottoprodotto può essere facilmente utilizzato per scopi medici o per far saltare in aria palloncini.
Prova a spingere due magneti insieme
Come si fondono due atomi? La sfida deriva dal fatto che il nucleo di un atomo contiene protoni caricati positivamente e neutroni neutri, come sicuramente ricorderai dalla tua classe di fisica. Pertanto, il nucleo di un atomo porterà sempre una carica positiva. Cercare di combinarlo con un altro con una carica positiva è come cercare di spingere due magneti l’uno verso l’altro., Resisteranno. Questo è il motivo per cui l’energia di fusione utilizza gli atomi più leggeri possibili. Ma è ancora molto difficile.
All’interno del sole, la fusione avviene perché l’immensa gravità attira gli atomi insieme, creando densità estrema e calore enorme, che fa scontrare gli atomi l’uno con l’altro a grande velocità. La forza di gravità è molto più debole sulla Terra, a causa delle dimensioni relativamente piccole di questo pianeta, e la temperatura – nonostante il riscaldamento globale – non è in nessun posto vicino al calore del sole. Quindi, come possiamo creare condizioni simili qui per la fusione?,
Più caldo del sole
La risposta è abbastanza ovvia. Per compensare la nostra gravità inferiore, devi semplicemente creare una temperatura più calda del sole. Da sei a dieci volte più caldo, fino a 150 milioni di gradi Celsius. Qui sulla Terra questo tremendo calore creerà le condizioni per consentire agli atomi di idrogeno di scontrarsi l’uno con l’altro, con conseguente fusione e generazione di ancora più energia. Sembra facile? Ci sono alcuni dettagli che devono essere risolti.
Primo numero: dove potresti creare una tale temperatura, in modo che la sostanza riscaldata non distrugga tutto ciò che tocca?, Ancora una volta, la soluzione è semplice: non permettere che entri in contatto con nulla. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati russi a metà del 20 ° secolo hanno sviluppato il tokamak, una camera a forma di ciambella vuota, circondata da potenti magneti.
All’interno di questa camera, il gas idrogeno viene riscaldato ad una temperatura estremamente elevata e trasformato in uno stato di plasma. Lo stato del plasma è uno dei quattro stati fondamentali della materia, in cui la sostanza gassosa diventa ionizzata – perché gli elettroni che orbitano attorno ai nuclei atomici vengono spogliati., La materia ionizzata è elettricamente conduttiva e quindi i campi magnetici possono dominare il comportamento della materia. Ecco dove entrano i magneti. I magneti possono impedire a questa sostanza elettricamente conduttiva di avvicinarsi alle pareti del tokamak, librandosi sopra di esso. All’interno del plasma, le condizioni sono adatte affinché gli atomi si scontrino l’uno con l’altro e si fondano, rilasciando energia.,
Il più grande reattore sperimentale a fusione nucleare tokamak del mondo – chiamato ITER – è in costruzione in Francia, per dimostrare la fattibilità della fusione termonucleare come fonte di energia su larga scala e senza carbonio. ITER è un megaprogetto internazionale di ricerca e ingegneria che coinvolge Unione Europea, Cina, India, Giappone, Corea del Sud, Russia e Stati Uniti. In caso di successo, l’impianto trasformerà 50 MW di potenza inserita nel sistema – per riscaldare inizialmente il plasma – in potenza di fusione di 500 MW.,>
Un sacco di ciambella
Il reattore ITER sarà enorme:
- il tokamak ITER sarà pesante come il tre Torri Eiffel;
- la struttura di 1 000 tonnellate elettromagnete nel centro della macchina deve essere forte abbastanza per contenere una forza equivalente a due volte la spinta dello Space Shuttle al decollo (60 meganewtons, o di più di 6 000 tonnellate di forza);
- ci saranno 18 D-a forma di elettromagneti intorno alla ciambella tokamak camera, ciascuno di essi 17 metri di altezza e 9 metri di larghezza, peso 310 tonnellate, il peso approssimativo di un pieno carico Boeing 747-300 velivolo.,
Ma come potremmo ottenere quell’enorme energia dalla ciambella e incanalarla in modo sicuro nelle nostre case come elettricità? Questo viene fatto attraverso la parete della camera principale e una regione chiamata divertore, posizionata nella parte inferiore del tokamak. Il deviatore controlla lo scarico di calore, gas di scarico e impurità dal reattore e resiste ai più alti carichi termici superficiali. La superficie del divertore è coperta dal tungsteno, il metallo con il più alto punto di fusione (3422°C).,
Nel 2019, con il sostegno del Fondo Europeo per gli Investimenti Strategici, la Banca Europea per gli investimenti ha firmato un prestito di €250 milioni all’agenzia di ricerca italiana ENEA per contribuire alla costruzione del divertor e del tokamak test facility. L’impianto testerà varie alternative per esaurire l’enorme quantità di calore che fluisce nel componente divertore di un reattore a fusione nucleare.
Una turbina a vapore glorificata
I ricercatori continuano a cercare alternative, ma allo stato attuale l’intero processo di transizione del calore all’energia elettrica diventa piuttosto vecchio stile., Il calore ricevuto dalla parete rivolta al plasma e dal divertore verrà utilizzato per trasformare l’acqua in vapore, che guiderà una turbina a vapore. La turbina è collegata a un generatore che produce l’elettricità da alimentare in una rete.
“I progressi scientifici verso l’energia da fusione non sono suscettibili di verificarsi come la mela che cade sulla testa di Newton”, afferma Istvan Szabo, ingegnere senior nella divisione per la sicurezza energetica della Banca europea per gli investimenti. “Hai bisogno di molte più risorse.,”
Szabo ammette che è possibile che domani qualcuno si presenti con una soluzione completamente diversa per sfruttare l’energia di fusione, o una risposta diversa alla necessità di energia sostenibile per alimentarci nel futuro. “Ci sono altre idee per comprimere la materia e fondere gli atomi. Ad esempio per utilizzare laser o compressione meccanica. E forse qualcuno un giorno risolverà la fusione fredda”, dice Szabo. “Ma testarli richiederà risorse immense. La fusione termonucleare è la più avanzata nella fase di ricerca e sviluppo. Offre più speranza.,”
Investimenti per alimentare l’energia
Quindi stiamo diventando più caldi con la ricerca dell’energia da fusione, ma l’energia da fusione è solo uno dei numerosi progetti energetici innovativi che la BEI sta finanziando.
La BEI ha investito oltre 30 milioni di euro in azioni junior e senior del fondo Responsability Access to Clean Power. Il fondo dovrebbe finanziare aziende che offrono lanterne solari pay-as-you-go e altri sistemi di energia solare off-grid per case e aziende, per lo più in Africa sub-sahariana e sud-est asiatico., Questi sistemi consentono alle famiglie a basso reddito, ad esempio, di gestire piccoli frigoriferi e altri elettrodomestici. Essi possono pagare per il sistema di energia solare in piccole rate, mentre il fondo finanzia il fornitore per il costo iniziale di acquisto del sistema.
A causa dell’alto rischio degli investimenti, il fondo ha diversi strati di azioni. Il livello più rischioso è il livello di quota junior in cui la BEI ha investito. L’acquisto delle azioni junior riduce così il rischio del fondo per gli altri investitori che acquistano azioni senior., In questo modo, la partecipazione della BEI attira al fondo un notevole capitale privato. Nel corso della vita del fondo, si prevede che l’energia pulita venga fornita a più di 150 milioni di persone.
La BEI ha inoltre investito 50 milioni di euro, nell’ambito di InnovFin, finanziato dalla Commissione europea, in un fondo azionario destinato a innovazioni che potrebbero ridurre significativamente le emissioni di gas a effetto serra. Altri investitori in questo fondo, chiamato Breakthrough Energy Ventures Europe, includono Bill Gates e una serie di altri individui ultra-high net worth.,
La connessione tra questi vari progetti: stanno rendendo il futuro più favorevole al clima.
