National Lab sblocca la fusione nucleare: vera svolta, atto di novità o entrambi?

NLa fusione nucleare è stata a lungo il Santo Graal dell'energia veramente pulita. La frantumazione degli atomi di idrogeno promette elettricità illimitata con zero emissioni di carbonio, un minimo di scorie radioattive e zero possibilità di fusione catastrofica. Ma per mezzo secolo gli scienziati della fusione sono stati limitati dalla potenza dei loro laser e dalla forza dei loro campi magnetici - mai prima d'ora hanno capito come estrarre più energia dalla loro distruzione atomica di quanta ne abbiano immessa. Fino ad ora.

Oggi gli scienziati del Impianto di accensione nazionale alla Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in California rivelerà che all'inizio di dicembre, per la prima volta, sono riusciti a ottenere un guadagno di energia superiore a 1, ovvero più energia è stata emessa dalle reazioni all'interno della loro capsula di carburante al deuterio-trizio (2,000 megajoule) di quanto era contenuto nel 192 laser con cui l'hanno fatto esplodere.

È un grosso problema, vale la pena celebrarlo, ma in qualche modo una conclusione scontata, afferma Debra Callahan, un fisico del plasma che ha recentemente lasciato il team di fusione LLNL per diventare direttore scientifico all'avvio Energia focalizzata, che sta già lavorando per commercializzare l'approccio.

Callahan sapeva che LLNL avrebbe ottenuto un guadagno netto di energia dopo che l'anno scorso avevano raggiunto una produzione di energia del 72% dei loro input di energia laser. “Non è una sorpresa per me. dato che percorso di risultati che stavamo vedendo, stava per succedere", dice. Avevano solo bisogno di un po' più di potenza del laser. Quindi, come funziona? Immagina un piccolo cilindro cavo fatto d'oro che sta nel palmo della tua mano. Si chiama il hohlraum. All'interno dell'hohlraum si trova una minuscola capsula di combustibile all'interno della quale si trovano atomi di deuterio e trizio.

Usano l'oro perché trattiene i raggi X che vengono prodotti quando fanno esplodere le due estremità dell'hohlraum con 173 dei laser più potenti del mondo. Callahan dice: "È come un forno a raggi X", che comprime il combustibile così tanto che implode e accende la fusione tra gli atomi al centro della capsula. La fusione poi si propaga in un'onda dal centro, emettendo un calore prodigioso. Tutto questo avviene in un miliardesimo di secondo.

Perché Callahan ha lasciato LLNL quando erano sull'orlo del successo? Perché, dice, il National Ignition Facility non è una macchina a fusione. L'hohlraum è ottimo per dimostrare l'accensione, ma non è necessariamente abbastanza efficiente per progettare la fusione pulsata continua perché così tanta energia laser residua viene persa riscaldando l'oro piuttosto che l'idrogeno. Quindi a Focused Energy (supportato da Laboratorio Prime Movers ed New Enterprise Associates) il loro piano è quello di scartare l'hohlraum e utilizzare invece un approccio di "guida diretta" - facendo esplodere i laser direttamente su una capsula di carburante (vedi schema).

Non hanno ancora dimostrato che funziona, ma Callahan è fiducioso che in un paio d'anni il loro progetto pilota raggiungerà un guadagno di energia 10 volte superiore. A ciò seguirà un secondo impianto che raggiungerà un guadagno di 30 volte, seguito da quello che alla fine degli anni '2030 sarebbe stato il loro primo generatore commerciale, con la speranza di ottenere un guadagno di energia di 100 volte e far esplodere 10 capsule di carburante ogni secondo.

Ma qui si poneva una sfida particolare. A 10 al secondo, la loro macchina userebbe quasi 900,000 capsule al giorno. Non è come spalare carbone in una fornace; ogni capsula dovrebbe essere prodotta secondo standard rigorosi e iniettata nella macchina con un tempismo perfetto.

***

È realistico? Alcuni concorrenti della fusione non la pensano così. General Fusion è una società di fusione con sede a Vancouver, in Canada, che ieri ha annunciato la propria pietra miliare. Il suo approccio è chiamato fusione target magnetizzata e prevede una macchina in cui iniettano una sfera di plasma di idrogeno nella macchina e utilizzano potenti magneti per trattenerla durante la compressione con pistoni meccanici anziché laser. Il CEO Greg Twinney prevede che l'impianto pilota che General Fusion sta costruendo nel Regno Unito dimostrerà la fusione nel 2027, con un progetto commerciale pronto all'inizio degli anni '2030. "Quando vediamo notizie come questa non siamo sorpresi", dice. Ma l'approccio di LLNL non può essere estrapolato in un impianto di fusione funzionante, che è quello che General Fusion (sostenuta da 300 milioni di dollari da Jeff Bezos, ShopifySHOP
Il CEO Tobias Lutke e Temasek, tra gli altri) si sono proposti di fare fin dall'inizio. "Tutto ciò che facciamo è focalizzato su una centrale elettrica commerciale", afferma. "Se funziona in un esperimento scientifico ma non è commerciale, non ci interessa."

La notizia di LLNL ha generato una risposta simile da parte del CEO David Kirtley della startup fusion con sede a Seattle Elio, sostenuto da 600 milioni di dollari dai magnati della tecnologia Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman e Jeff Skoll. "Siamo entusiasti che abbiano raggiunto i loro traguardi scientifici per la loro macchina", afferma Kirtley. Ma non si sente minacciato da "un dispositivo di ricerca non progettato per produrre elettricità". Al contrario, il funzionamento della macchina di fusione lunga 60 piedi di Helion prevede l'iniezione di sfere di plasma a ciascuna estremità, che si frantumano insieme in una reazione di 100 milioni di gradi controllata da intensi campi magnetici. Nel nuovo sistema di Helion, l'energia rilasciata nelle reazioni di fusione spinge continuamente contro il suo campo di contenimento magnetico, che spinge indietro provocando oscillazioni "come un pistone", dice Kirtley, che generano una corrente elettrica, che Helion cattura direttamente dal reattore. (Per saperne di più, leggi su La legge dell'induzione di Faraday.)

Helion sta costruendo il suo settimo prototipo e progettando il suo ottavo, che Kirtley spera sarà il primo generatore di fusione commerciale, possibilmente connesso alla rete elettrica entro la fine di questo decennio, se tutto va bene. Dice che i regolatori nucleari federali sembrano pronti a sottoporre la loro macchina alle stesse regole degli acceleratori di particelle e al tipo di macchine per l'imaging utilizzate negli ospedali.

E ci sono molte altre aziende che perseguono l'approccio più consolidato alla fusione: il tokamak concetto, in cui sfere di plasma vengono iniettate in una camera del reattore a forma di ciambella cava, controllata da potenti campi magnetici. Fusione del Commonwealth, uno spin-off del MIT, sta cercando di perfezionare il tokamak utilizzando materiali superconduttori ad altissima temperatura che secondo il CEO Bob Mumgaard consentiranno loro di avere un dispositivo di fusione funzionante entro la fine del decennio. Lo stesso vale per la General Atomics con sede a San Diego (la più nota per aver inventato il drone Predator), che da decenni gestisce un tokamak per il Dipartimento dell'Energia e sta progettando una nuova macchina. GA ha anche costruito probabilmente il magnete più potente del mondo, chiamato il solenoide centrale, per il più grande progetto di fusione al mondo di tutti, il ITER da 30 miliardi di dollari in costruzione in Francia. Se le altre startup di fusione avranno la loro strada, ITER sarà obsoleto prima ancora che sia completato nel prossimo decennio. Diffondendo le sue scommesse, GA (di proprietà del miliardario Neal Blue) ha una partnership con il Savannah River National Lab per produrre pellet di combustibile per macchine di fusione basate su laser come LLNR e Focused Energy.

Con chiunque tu parli nel campo della fusione, le loro critiche ai reattori nucleari a fissione di lunga data sono le stesse. Le reazioni di fissione (in cui grandi atomi di uranio arricchito vengono spezzati) producono scorie radioattive tra cui plutonio e attinidi pericolosi che possono essere trasformati in armi. A differenza della fusione, che è difficile da avviare e facile da fermare, le reazioni di fissione sono facili da avviare e difficili da fermare, introducendo il rischio di crolli catastrofici. Design più recenti, come il Westing House AP1000 Il reattore a fissione, in costruzione sia negli Stati Uniti che in Cina, presenta misure di sicurezza passive ed è virtualmente a prova di fusione.

***

Alcuni imprenditori atomici pensano che la fissione sia sufficiente. Bret Kugelmass, fondatore e CEO di Ultima Energia, avviato cinque anni fa per ideare il reattore nucleare più efficiente ed economico del mondo. Prima di stabilire il suo approccio, Kugelmass, che ora ha 36 anni, ha intervistato centinaia di esperti dell'industria nucleare (e ha messo i discorsi sul suo Podcast I titani del nucleare) per raccogliere la saggezza collettiva del settore. Sebbene abbia fiducia nel futuro a lungo termine della fusione, Kugelmass ha stabilito che la migliore scommessa al mondo per la transizione dai combustibili fossili consiste nella costruzione di reattori a fissione modulari nel modo più semplice, economico e sicuro possibile. Nella sua fabbrica vicino a Houston, Last Energy sta ora producendo i suoi primi piccoli reattori modulari ad acqua pressurizzata, che utilizzano componenti di serie, provenienti da catene di approvvigionamento nucleari esistenti, con una tecnologia che è stata perfezionata nel corso dei decenni ed è utilizzata in più di 300 reattori in tutto il mondo.

Last Energy ha già venduto 10 delle sue unità da 20 megawatt a un cliente in Polonia, altre due per la Romania e una manciata per la Gran Bretagna. Kugelmass afferma che la sua proprietà intellettuale non è nei componenti collaudati, ma nel come metterli tutti insieme. Finora ha raccolto $ 24 milioni guidati da Gigafondoe prevede che i primi reattori in Polonia entreranno in funzione nel 2025. Per finanziare le macchine, Last Energy stipula accordi di acquisto di energia a lungo termine promettendo ai clienti decenni di energia nucleare a zero emissioni di carbonio a prezzi inferiori a quelli di mercato. "Siamo riusciti a ritagliarci una nicchia desiderabile che nessuno cercava", afferma Kugelmass. "Abbiamo oscurato l'intera operazione."

Per quanto allettante possa essere la promessa della fusione, se Kugelmass ha la sua strada, le realtà competitive della fissione consolidata e affidabile potrebbero ancora relegare il suo nuovo cugino alla moda nella pattumiera degli eroici flop tecnologici: ricordate Betamax, Google Glass e New Coke?

ALTRO DA FORBESAlimentata da miliardari dollari, la fusione nucleare entra in una nuova eraBy Cristoforo HelmanALTRO DA FORBESIl nuovo nucleare: come un unicorno a energia da fusione da 600 milioni di dollari intende battere il solareBy Cristoforo HelmanALTRO DA FORBESI silenziosi miliardari dietro il drone predatore americano che ha ucciso l'iraniano SoleimaniBy Deniz Cam