Alimentata da miliardari dollari, la fusione nucleare entra in una nuova era

Dopo aver raccolto oltre 3 miliardi di dollari nel 2021 da artisti del calibro di Bill Gates e Jeff Bezos, gli sviluppatori della fusione insistono sul fatto che questa fonte di energia a zero emissioni di carbonio potrebbe essere una realtà entro un decennio.

È chiaro che la fusione nucleare può funzionare su larga scala: basta guardare le stelle. Per 70 anni i fisici hanno sognato di imbottigliare quella potenza stellare sotto forma di reattori a fusione che alimenterebbero la rete elettrica con le stesse reazioni illimitate ea zero emissioni di carbonio che fanno risplendere il sole. Questo Santo Graal è stato a lungo pubblicizzato come a soli 20 o 30 anni di distanza, ma i fan della fusione si sono rifiutati di rinunciare alla fede. E per una buona ragione. La fusione (schiacciando insieme atomi di idrogeno in elio) promette energia elettrica illimitata a zero emissioni di carbonio con zero rischi di fusione e praticamente nessuno dei rifiuti radioattivi associati alle centrali nucleari esistenti che funzionano a fissione (la scissione degli atomi di uranio in elementi più piccoli). 

Il sogno ha ispirato Ajay Royan, cofondatore di Mithril Capital (con il miliardario Peter Thiel), che nel 2013 ha investito per la prima volta $ 2 milioni nella Helion Energy di Redmond, Washington, in modo che potesse costruire un prototipo di macchina a "potenza a impulsi ripetitivi". Da allora Mithril ha investito in Helion, incluso il suo recente round da $ 500 milioni (valutando la società a $ 3 miliardi) - con la promessa di $ 1.7 miliardi in più se il settimo prototipo dell'azienda funziona come sperato. Il round di Helion è stato condotto da Sam Altman di Y Combinator. 

L'anno del 2021 è stato un anno importante sia per i finanziamenti che per le previsioni sulla fusione, poiché gli sviluppatori hanno raccolto oltre $ 3 miliardi per finanziare il loro prossimo round di macchine, con alcune che ora promettono una fusione commercialmente fattibile in soli cinque anni. Royan è felice di vedere la fusione ottenere più attenzione; "Certo il 2021 potrebbe essere un punto di svolta per la fusione secondo Google Analytics, ma il vero punto di svolta è avvenuto un decennio fa, quando l'elettronica di potenza ha superato una soglia". 

Il CEO David Kirtley spiega che il lavoro iniziale di ricerca e sviluppo dietro Helion è stato svolto nei laboratori federali, da cui Helion è stata creata nel 2013. Liberata dalla burocrazia federale di ricerca e sviluppo, da allora Helion ha costruito nuovi prototipi uno dopo l'altro. “La mentalità da startup non è piacevole da avere, è un requisito. e su cosa ci siamo concentrati fin dall'inizio", afferma Kirtley.

Nel 2020 Helion ha completato il suo sesto prototipo di reattore, soprannominato Trenta. Ora sta costruendo un settimo, Polaris, mentre sta già progettando l'ottavo, Antares, che Kirtley intende essere la prima macchina a fusione a produrre più energia di quanta ne assorbe. Oltre alla rapida iterazione, Helion beneficia dell'esperienza locale. Sta costruendo la macchina Polaris a Everett, nello stato di Washington, vicino alle più grandi fabbriche Boeing, dove possono attingere a un accogliente ecosistema di ingegneri a contratto e produttori di precisione. Kirtley dice che passano le mattine ad armeggiare, aggiornare i sistemi e accendere i condensatori. “Ogni pomeriggio alle 3 iniziamo a fare fusion.”

Per comprendere l'approccio di Helion, considera prima la repulsione magnetica che si verifica quando si tenta di forzare insieme i poli positivi di due magneti a barra. È il principio che consente la tecnologia "mag-lev" come i famosi treni proiettili giapponesi, che utilizzano la repulsione magnetica per galleggiare su un cuscino d'aria. 

I ricercatori sulla fusione per decenni hanno cercato di ideare gli elettromagneti più potenti del mondo, con i quali progettano camere di reazione con campi magnetici così forti da poter contenere e comprimere un flusso iniettato di protoni carichi positivamente in una sfera di plasma così calda da fondersi in elio. 

Nel nuovo sistema di Helion, l'energia rilasciata nelle reazioni di fusione spinge continuamente fuori contro il suo campo di contenimento magnetico, che respinge - causando oscillazioni ("come un pistone", dice Kirtley) che generano una corrente elettrica, che Helion cattura direttamente dal reattore . (Per ulteriori informazioni, leggi la legge di induzione di Faraday.) 

Royan di Mithril afferma che forse la più grande attrazione del metodo di generazione di elettricità diretta di Helion è la sua semplicità. Altri approcci alla fusione mirano a generare calore, per far bollire l'acqua e alimentare le turbine a vapore, che producono elettricità, come nelle centrali nucleari tradizionali. “Possiamo farlo senza turbine a vapore o torri di raffreddamento. Ci liberiamo della centrale elettrica". 

A dire il vero, Kirtley comprende lo scetticismo sulla fusione, specialmente riguardo al suo calendario aggressivo. Ha iniziato la sua carriera nel campo della fusione, ispirato dagli scienziati dei laboratori nazionali negli anni '1960 che hanno fatto grandi progressi nel contenimento magnetico (gareggiando con gli scienziati russi per ideare reattori a forma di ciambella chiamati tokamak) anche prima dell'invenzione dei transistor. Ma Kirtley ha perso la fiducia dopo aver determinato che i primi approcci non potevano evolversi abbastanza velocemente da fornire una soluzione commerciale, quindi è andato a lavorare sulla propulsione avanzata di un'astronave utilizzando getti di plasma controllati da elettromagneti. È tornato sul campo nel 2008 per aiutare a commercializzare la tecnologia di Helion. 

Nel tempo immagina la produzione di generatori a fusione in una fabbrica. Un sistema in scala da 50 mw, confezionato in tre unità delle dimensioni di un container, alimenterebbe 40,000 case. “Tra 10 anni avremo sicuramente elettricità commerciale in vendita.” 

Ciò mette Helion in corsa con Commonwealth Fusion Systems, con sede a Boston, uno spin-off del MIT, che ha raccolto $ 1.8 miliardi da investitori tra cui Bill Gates e George Soros. Il CEO Bob Mumgaard afferma che tra 6 anni avranno un reattore funzionante. Il suo ottimismo è sostenuto dal successo del test estivo del Commonwealth sui nuovi elettromagneti progettati con superconduttori realizzati con terre rare di ossido di bario e rame. 

Mumgaard afferma che questi magneti superpotenti consentiranno al Commonwealth di perfezionare il loro approccio di fusione un po' più tradizionale di costruire un reattore "tokamak" a forma di ciambella, che Mumgaard chiama una "grande bottiglia magnetica" dove potenti campi magnetici controllano sfere di plasma da 100 milioni di gradi - " roba da star". 

Ci sono circa 150 tokamak in tutto il mondo; il più grande è in costruzione in Francia per 30 miliardi di dollari da un consorzio internazionale chiamato ITER. La macchina da 20,000 tonnellate, delle dimensioni di un'arena da basket, dovrebbe essere completata entro il 2035. 

Ma Mumgaard intende che Commonwealth Fusion renda ITER obsoleto prima ancora che sia completato. Il suo vantaggio è nell'applicazione di superconduttori "ad alta temperatura" realizzati con ossido di rame e bario di terre rare (noto anche come ReBCO). 

I superconduttori spostano la corrente elettrica con una perdita praticamente nulla (molto più efficiente del rame, ad esempio). E sono la chiave per creare potenti elettromagneti. Il Commonwealth ha scoperto che realizzando i suoi magneti utilizzando uno speciale nastro all'ossido di rame e bario (come il nastro che si trova in una cassetta VHS) può ottenere campi magnetici più potenti di quelli previsti da ITER, ma a 1/20 della scala. 

Mentre i magneti primari di ITER (chiamati solenoidi) peseranno circa 400 tonnellate e raggiungeranno campi più forti di 12 tesla, il Commonwealth sta guardando a magneti da 15 tonnellate, ciascuno utilizzando 300 km di nastro a film sottile ReBCO, che genererà 20 tesla (per confronto, un la macchina per la risonanza magnetica fa 1.5 tesla). 

"Questo sblocca la macchina per la fusione", dice Mumgaard. Il CES ha testato i magneti la scorsa estate e l'ha dichiarata "prova" che la scienza della fusione era ormai virtualmente completa e che tutto ciò che restava da fare è costruire il reattore. "Comprendiamo bene il materiale e pensiamo di poterlo fare in tre anni", afferma Mumgaard. “Entro il 2030 vedremo la fusione sulla rete”. 

Il CES è pronto a costruire la sua macchina per la fusione su un sito di 47 acri in Massachusetts e sta già lavorando per procurarsi migliaia di chilometri di nastro ReBCO. La disponibilità della terra rara potrebbe diventare un fattore limitante nel lancio della fusione? No dice Mumgaard. “Un impianto a fusione avrà meno terre rare di una turbina eolica. Fusion non riguarda una risorsa che devi estrarre o pompare. Si tratta di una tecnologia". 

Dovrebbe esserci spazio per più di un vincitore della fusione. Altri leader includono General Fusion, con sede in Canada e sostenuto da Jeff Bezos, che quest'anno ha raccolto 130 milioni di dollari. Altri importanti miliardari nel gioco della fusione sono Neal e Linden Blue, proprietari della General Atomics con sede a San Diego, che per decenni ha gestito un tokamak di ricerca per conto del DOE e che quest'anno ha consegnato a ITER le viscere dei suoi elettromagneti tokamak - un solenoide centrale da 1,000 tonnellate. E c'è TAE Energy of California, che ha sperimentato $ 1 miliardo negli ultimi dieci anni e ha raccolto $ 130 milioni durante la pandemia.

La tecnologia della fusione potrebbe aver avuto inizio nei laboratori finanziati dal governo, ma la sua fruizione dovrà fare affidamento su finanziamenti privati. Amy Roma, partner di Hogan Lovells a Washington, DC, afferma che il disegno di legge ora nel limbo Build Back Better avrebbe incluso $ 875 milioni per il nucleare avanzato, ma per ora l'industria dovrà accontentarsi di un nuovo ufficio di dimostrazione di reattori avanzati sotto il Dipartimento dell'Energia, finanziato dalla recente legge sulle infrastrutture. Il nucleare a zero emissioni di carbonio trarrebbe anche vantaggio dal recente ordine esecutivo del presidente Biden che chiede che gli acquisti di energia del governo federale siano "a zero" entro il 2030. 

Il leggendario investitore tecnologico Steve Jurvetson, un sostenitore della fusione del Commonwealth che ha scritto il suo primo assegno per la ricerca sulla fusione 25 anni fa, è quasi stordito dal fatto che questo sogno a lungo rinviato possa presto diventare realtà. “Ci sono molti oppositori finché non è finita. Poi dicono che è ovvio". 

Royan di Mithril dice che sta già lavorando per adattare la sua struttura per considerare come sarà diverso il mondo quando la fusione sarà reale – “Pensa alle opportunità per la desalinizzazione dell'acqua e la produzione di fertilizzanti. Ciò altera fondamentalmente l'economia dell'acqua da un giorno all'altro, e quindi l'economia dell'agricoltura”. Fa tutto parte del percorso dell'umanità, dice, "continuare a dimostrare che Malthus era un idiota". 

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