Le pietre miliari della fusione nucleare del reattore Common Fusion canadese e del reattore EAST cinese hanno causato il brusio su questa fonte di energia pulita e potenzialmente illimitata sta diventando una realtà in mezzo alla crescente domanda di energia da parte dell’intelligenza artificiale e dell’elettrificazione. Nel frattempo, nuove startup legate alla fusione stanno spuntando in tutto il mondo e hanno attirato miliardi di investimenti privati.
Ecco uno sguardo più da vicino alla fusione nucleare e dove il suo sviluppo è in Canada e nel mondo.
Cos’è la fusione nucleare?
La fusione nucleare è stata studiata per decenni come un modo per produrre energia pulita, sicura e illimitata da una fonte abbondante.
La fusione avviene quando i nuclei al centro di due atomi si combinano in un unico nucleo, formando un elemento più pesante e rilasciando un’enorme quantità di energia. La combinazione dei nuclei di idrogeno nell’elio alimenta il nostro sole. La stessa reazione può essere utilizzata nei reattori sulla Terra.
L’idrogeno, il carburante per quella reazione, è ampiamente disponibile nell’acqua sulla Terra. E a differenza delle reazioni nei reattori nucleari tradizionali, che dividono gli atomi di elementi radioattivi come l’uranio, le reazioni di fusione non generano scorie radioattive. Ma i reattori commerciali a fusione nucleare non sono ancora disponibili.
Il conduttore di Quirks & Quarks della CBC spiega il processo per ottenere energia pulita dalla fusione nucleare e indica progetti canadesi e francesi che sono in corso.
Perché la fusione nucleare è nelle notizie ultimamente?
Il reattore a fusione cinese EAST (Experimental Superior Superconducting Tokamak) ha recentemente raggiunto un importante traguardo. I reattori a fusione devono mantenere l’idrogeno estremamente caldo e condensato, sotto forma di plasma, come si trova nel sole. L’Accademia cinese delle scienze ha annunciato all’inizio di questo mese che EAST aveva mantenuto il plasma stabile a densità oltre un limite precedente. Ciò potrebbe consentire in futuro la produzione di reattori a fusione commerciale più piccoli ed economici. Rapporti sulla natura.
Robert Fedosejev, professore dell’Università di Alberta che è stato coinvolto nella ricerca sulla fusione laser per più di 50 anni, ha affermato che questi risultati erano stati previsti anni fa, anche se realizzarli effettivamente è “un passo avanti”.
UN Annuncio di novembre 2024 anche dalla Common Fusion, con sede a Richmond, BC riemerso nelle notizie questo mese, che viene descritto come un “file mondiale” nella produzione di neutroni – sottoprodotti che mostrano quanta fusione è avvenuta.
Fedosejev ha affermato che il file si applica solo alla tecnologia della Common Fusion: alcuni reattori a fusione finanziati dal governo hanno effettuato ordini di grandezza maggiori di fusione con altre tecnologie. Tuttavia, ha aggiunto, il Generale Fusion è “più avanti degli altri [fusion] startup che non hanno prodotto affatto neutroni.”
Creare le condizioni del sole sulla Terra è stata una sfida globale lunga decenni, ma se riuscissimo a risolverla, potrebbe significare energia pulita illimitata. Johanna Wagstaffe visita un’azienda canadese che scommette su un nuovo approccio audace per arrivare prima a raggiungere questo obiettivo.
Entrambi i recenti sviluppi sono importanti, ma incrementali, ha affermato Blair Bromley, ex copresidente della Divisione Scienza e Tecnologia dell’Energia di Fusione e degli Acceleratori della Canadian Nuclear Society.
In altre notizie sulla fusione canadese, un nuovo Centro per l’energia da fusione in Ontario è stato annunciato meno di due mesi fa. Sarà costituito con 33 milioni di dollari dal governo federale e dalla Crown Company Atomic Vitality of Canada Ltd., 19,5 milioni di dollari dal governo dell’Ontario e dalla Crown Company Ontario Energy Technology e 39 milioni di dollari dalla startup di fusione Stellarex Group Ltd. Stellarex dice la missione del centro includerebbe la progettazione, la costruzione e il funzionamento di un reattore dimostrativoma non ha offerto alcuna cronologia.
Perché ultimamente c’è interesse globale per la fusione?
Andrew Holland è amministratore delegato della Fusion Trade Affiliation (FIA), un’organizzazione globale che afferma di rappresentare tutte le principali società non-public di fusione del mondo al di fuori della Cina.
Holland ha affermato che gli investitori di tutto il mondo stanno pensando al cambiamento climatico e alla sicurezza energetica in un contesto di crescente domanda di energia da knowledge heart e intelligenza artificiale: “Idealmente, abbiamo bisogno di molta più energia priva di emissioni di carbonio, sempre attiva e sempre disponibile. La fusione può risolvere questo problema”.
Nel frattempo, “la scienza è progredita al punto in cui… le aziende sono fiduciose che la prossima macchina che costruiranno funzionerà”, ha affermato.
Il gruppo industriale è stato fondato nel 2021 con 24 aziende affiliate. Negli ultimi cinque anni, il numero di società di fusione è più che raddoppiato, arrivando a 53, e oltre 10 miliardi di dollari sono stati investiti in start-up non-public nel settore della fusione.
Gli investitori includono le aziende tecnologiche Microsoft e Google, i miliardari Invoice Gates e Jeff Bezos e la compagnia petrolifera Chevron.
La FIA afferma che la maggioranza dei suoi membri si aspetta di vedere la fusione produrre elettricità per la rete negli anni ’30.
Sembra ottimistico. Quanto siamo vicini, in realtà?
Una sfida per la fusione è stata l’enorme quantità di energia necessaria anche per avviare la reazione.
Tre anni fa, una reazione di fusione presso il Nationwide Ignition Facility del Lawrence Livermore Nationwide Laboratory negli Stati Uniti generato leggermente più energia di quella immessa. Quella fu la prima volta (e finora l’unica volta) che una reazione di fusione produsse energia netta.
Fedosejev ha detto che “ha davvero aumentato la consapevolezza e, immagino, l’ottimismo”.
Gli scienziati statunitensi affermano di aver prodotto una reazione di fusione che crea un guadagno netto di energia, un importante passo avanti nella ricerca decennale per creare energia verde illimitata ed economica attraverso la fusione nucleare. Tuttavia, potrebbero passare ancora anni prima che questa scienza venga utilizzata per generare energia sostenibile.
Ma estrarre un po’ più di energia di quella immessa non è sufficiente. Il rapporto deve essere molto più elevato in una centrale elettrica.
ITER (Worldwide Thermonuclear Experimental Reactor), un enorme reattore a fusione costruito in Francia con la collaborazione di Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti per un costo stimato di 13 miliardi di euro (21 miliardi di dollari canadesi) punta a raggiungere questo obiettivo. Utilizzerà 50 megawatt di elettricità per generare 500 megawatt di energia da fusione, circa 10 volte meglio di LLNLe sufficiente advert alimentare circa 250.000 case – e sarà operativo alla nice degli anni ’30.
Fedosejev ha detto che gli scienziati sono abbastanza fiduciosi che un reattore a fusione così grande sarà in grado di farlo.
Video dall’interno di un reattore in cui gli scienziati europei stabiliscono un file mondiale per la produzione di energia da fusione. Anche se a molti anni di distanza, il processo ha il potenziale per creare energia senza inquinamento, scorie radioattive o gasoline serra.
Ma restano altre sfide prima di avere centrali elettriche a fusione operative.
Il caldo estremo e le radiazioni prodotte dalle reazioni di fusione danneggiano il reattore, limitandone la vita operativa a circa “meno di un’ora di funzionamento totale”, ha detto Fedosejev, anche se sarebbe suddiviso in più di una dozzina di cicli di poche centinaia di secondi. EL’estensione richiederà un po’ di ingegneria e soluzioni come nuovi materiali.
Il ruolo del Canada nell’alimentare la fusione
In piùn alle sfide con l’output, no è stato ancora creato un sistema di alimentazione autosufficiente.
Gli odierni reattori a fusione si basano sulla combinazione di due diversi tipi di idrogeno chiamati deuterio e trizio.
Il deuterio si trova naturalmente nell’acqua, ma il trizio viene prodotto utilizzando neutroni e litio. In futuro, gli ingegneri mirano a creare un sistema che alimenti i neutroni prodotti dalle reazioni di fusione in un contenitore “autofertilizzante” di litio che genererà più trizio, ma che non esiste ancora.
Nel frattempo, il trizio deve essere prodotto altrove e immesso nel reattore.
La maggior parte del trizio commerciale mondiale è attualmente prodotto dai reattori nucleari CANDU dell’Ontario.
Forniture canadesi trizio e apparecchiature e tecnologie correlate al trizio a ITER e fornirà trizio al Autorità per l’energia atomica del Regno Unito per la fusione nucleare.
I costi devono diminuire
Sebbene reattori giganti come ITER possano essere in grado di generare energia da fusione, sono estremamente costosi. La domanda ora è se i reattori a fusione commerciale possano diventare economicamente competitivi con altre fonti di elettricità a zero emissioni di carbonio, ha affermato Bromley.. La fusione mira a competere con fonti di “carico di base” più proceed, come il nucleare tradizionale e l’idroelettrico. Nel frattempo, il solare e l’eolico sono già più economici dei combustibili fossili.
Ecco perché le startup nel settore della fusione stanno cercando di trovare modi per realizzare reattori più piccoli ed economici utilizzando nuove tecnologie come i magneti superconduttori advert alta temperatura.
Bromley sostiene che la scienza è arrivata al punto in cui l’industria privata può lavorare in parallelo con i governi su molte delle sfide pratiche tecnologiche e ingegneristiche.
“Molte persone nel settore privato hanno pensato, sapete, che questo è un problema, che è un’opportunità per trarre profitto e per affrontare un problema di necessità mondiale”, ha detto.
Holland afferma di ritenere che ora siamo abbastanza vicini ai reattori a fusione che l’industria ha bisogno di iniziare a creare catene di approvvigionamento e che i governi devono iniziare a mettere in atto politiche e regolamenti pubblici per sostenerli.
“Dobbiamo iniziare a far sì che le persone siano consapevoli di ciò che sta accadendo”, ha detto. “Dobbiamo assicurarci che le persone sappiano e capiscano quanto sia entusiasmante, in modo che vogliano davvero che questa cosa venga costruita nelle loro comunità.”
