Il futuro dell'energia pulita e illimitata

Principali takeaways

• Il 5 dicembre, gli scienziati statunitensi del National Ignition Facility in California hanno generato più energia da una reazione di fusione nucleare di quanta ne hanno immessa
• Il risultato sperimentale è una massiccia svolta dell'energia nucleare in una ricerca lunga un secolo per sbloccare il potere del sole sulla terra
• Con più ricerca e investimenti finanziari, i ricercatori ritengono che siamo entro quattro decenni dalla produzione di energia pulita e illimitata al 100%.

"Lunedì 5 dicembre 2022 è stato un giorno importante per la scienza".

Questo eufemismo è stato pronunciato da Jill Hruby, sottosegretario alla National Nuclear Security Administration (NNSA), in una conferenza stampa del 13 dicembre.

L'argomento: una svolta nell'energia nucleare presso il National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in California.

Il Dr. Arata Prabhakar, direttore delle politiche dell'Ufficio per la scienza e la tecnologia della Casa Bianca, ha annunciato il risultato come una "pietra miliare scientifica" e una "meraviglia ingegneristica oltre ogni immaginazione".

"Questa dualità di avanzamento della ricerca, costruzione di sistemi ingegneristici complessi, entrambe le parti che imparano l'una dall'altra, è così che facciamo cose davvero grandi e difficili, e questo è solo un bellissimo esempio", ha aggiunto.

Il guadagno netto di energia dalla reazione di fusione è il primo nella storia umana. Mentre ulteriori ricerche (a lotto più ricerca) per rendere la tecnologia replicabile, scalabile e più efficiente, è un passo essenziale nel percorso verso l'energia pulita.

E per gli investitori, ciò rappresenta decenni di opportunità mature per essere colte.

Cos'è la fusione nucleare?

La fusione nucleare comporta la combinazione di atomi in un singolo atomo più grande. Il processo genera enormi quantità di energia ed è la reazione centrale che guida il nostro sole.

La fusione nucleare differisce dalla fissione nucleare, il processo utilizzato nelle centrali nucleari. La fissione divide gli atomi, piuttosto che combinarli, generando pericolose scorie radioattive nel processo.

Al contrario, la fusione nucleare è di gran lunga più efficiente, non genera quasi nessun tipo di scorie e scarica atomi di idrogeno prontamente disponibili nell'acqua di mare, piuttosto che materiali radioattivi sepolti nel terreno. Ciò lo rende il candidato ideale per alimentare qualsiasi cosa, dalle case agli impianti di produzione... se potesse essere ridimensionato.

Da quando la fusione è stata scoperta un secolo fa, gli scienziati hanno corso per sbloccare e replicare i meccanismi in un laboratorio. Ma l'esecuzione di una reazione di fusione che richiede meno energia di quanta ne emetta, un processo chiamato accensione, è sfuggita agli scienziati...

Fino ad ora.

La svolta dell'energia nucleare in poche parole

La svolta dell'energia nucleare di dicembre si è verificata presso il National Ignition Facility, che utilizza un processo chiamato "fusione inerziale termonucleare".

In sostanza, il complesso laser da 3.5 miliardi di dollari spara 192 laser su una minuscola capsula. La capsula contiene due isotopi di idrogeno che, se bombardati di energia, vaporizzano quasi immediatamente. Il processo di fusione rilascia enormi quantità di energia.

In passato, l'energia immessa dai laser superava di gran lunga l'energia emessa dalla reazione di fusione. Ma il 5 dicembre, i ricercatori hanno provato qualcosa di nuovo.

Il guscio attorno alla capsula che hanno usato era più spesso rispetto agli esperimenti passati, il che significa che i piccoli difetti influiscono meno sull'esperimento. Questo semplice – e incredibilmente replicabile – cambiamento ha permesso che accadesse qualcosa di incredibile.

Il dottor Marvin Adams, vice amministratore per i programmi di difesa dell'NNSA, ha descritto il processo durante la conferenza stampa di martedì. Ha notato che il processo è iniziato con un cilindro sferico contenente una piccola capsula, "circa la metà del diametro di un BB".

“192 raggi laser sono entrati dalle due estremità del cilindro”, ha detto, “e hanno colpito la parete interna…. I raggi X dalla parete hanno colpito la capsula sferica. Il carburante di fusione nella capsula è stato spremuto, sono iniziate le reazioni di fusione. Tutto questo era già successo, 100 volte prima. Ma la scorsa settimana, per la prima volta, hanno progettato questo esperimento in modo che il combustibile di fusione rimanesse abbastanza caldo, abbastanza denso e abbastanza rotondo abbastanza a lungo da accendersi. E ha prodotto più energie di quelle che i laser avevano depositato. Circa 2 megajoule in entrata, circa 3 megajoule in uscita. Un guadagno di 1.5.”

L'importanza di questa svolta

Un guadagno di 1.5 suona piccolo e, in termini energetici, lo è. Ma non è la dimensione della reazione che conta, è che è successo affatto.

La scoperta della fusione nucleare del 5 dicembre è stata il culmine di un secolo di ricerca, finanziamenti e fallimenti. Sebbene ci siano molti passaggi tra oggi e la fattibilità commerciale, senza questo passaggio, la fusione come fonte di energia era poco più di un espediente fantascientifico. Oggi è una realtà.

E il potenziale a lungo termine di un futuro ricco di fusione è semplicemente sbalorditivo. A differenza del carbone e dei combustibili fossili, le reazioni di fusione non generano emissioni di CO2 o altri sottoprodotti. E poiché funziona a idrogeno, l'elemento più abbondante nell'universo, il suo potenziale di produzione è virtualmente illimitato.

Con così tanta energia, non solo ridurremo la nostra impronta di emissioni, ma potremmo invertirla.

La potenza illimitata renderebbe possibile far progredire tutti i tipi di tecnologie in modo più rapido, economico e pulito, dalle soluzioni per il cambiamento climatico a laptop migliori.

L'energia da fusione potrebbe alleviare i blackout energetici, alimentare gli impianti di trattamento delle acque e aiutarci a scoprire modi migliori per riciclare e smaltire i rifiuti.

Le nuove tecnologie potrebbero estrarre CO2 dall'atmosfera su larga scala, mitigando i cambiamenti climatici e riducendo le vittime umane indotte dall'inquinamento.

La tecnologia delle batterie potrebbe progredire, consentendo l'adozione di massa della produzione e dello stoccaggio di energia pulita per case, veicoli e altro ancora.

Su vasta scala a lungo termine, l'energia di fusione potrebbe eliminare le emissioni dell'umanità, consentendo un pianeta più pulito, più verde e più sano, per non parlare di una vita elevata per tutta l'umanità.

Se suona un po' idealistico, non ti sbagli. Ma ancora una volta, la prospettiva dell'energia da fusione era idealistica 50 anni fa. Questo mese, gli scienziati hanno dimostrato che la fusione è possibile. Perché non possono realizzarsi anche gli altri benefici a lungo termine?

Cosa significa questo per gli investitori?

Ma prima che il futuro della fusione diventi realtà, lo spazio energetico richiede più ricerca e innovazione, molto.

Il tempo e la tecnologia sono fondamentali

La conferenza stampa ha rivelato che l'array laser che ha alimentato la svolta dell'energia nucleare si basa su una tecnologia vecchia di 40 anni. Non solo i laser moderni sono più potenti, ma sono anche più efficienti, il che significa che maggiori guadagni di energia di fusione sono proprio dietro l'angolo.

Il direttore di LLNL, il dottor Kim Budil, è stato attento a ricordare a giornalisti e investitori che la fusione non è tra quattro settimane o addirittura quattro anni. Il processo richiederà tempo.

"Ci sono ostacoli molto significativi, non solo nella scienza, ma anche nella tecnologia", ha detto. “Questa è una capsula accesa una volta, e per realizzare energia da fusione commerciale, devi fare molte cose. Devi essere in grado di produrre molti, molti eventi di accensione a fusione al minuto e devi disporre di un robusto sistema di driver per consentirlo.

Tuttavia, è anche ottimista sul fatto che un futuro alimentato dalla fusione sia a portata di mano.

"[Probabilmente non sono tra cinque decenni [di distanza], che è quello che dicevamo", ha aggiunto. “Penso che si stia spostando in primo piano. Con pochi decenni di ricerca e investimenti... potrebbe metterci in grado di costruire centrali elettriche".

Gli investimenti finanziari possono accelerare la commercializzazione

L'LLNL ha fatto affidamento in gran parte su sovvenzioni e finanziamenti pubblici per trasformare in realtà la svolta dell'energia nucleare. Ma il segretario all'Energia degli Stati Uniti, Jennifer Granholm, ritiene che sia necessaria la ricerca pubblica e privata per realizzare la fusione.

"Sappiamo che c'è stato un enorme interesse tra la comunità dei finanziatori privati... e lo incoraggiamo", ha detto alla conferenza stampa di martedì. "Questo dimostra che si può fare, che è sempre stata una domanda: puoi arrivarci?"

"Quella soglia che viene superata consente [agli scienziati] di iniziare a lavorare su laser migliori, laser più efficienti, su capsule di contenimento migliori, ecc., [Queste sono] le cose necessarie per consentire che venga modularizzato e portato su scala commerciale".

Fortunatamente, il settore privato sta saltando a bordo. Kim Budil ha osservato che molte aziende private stanno esplorando la produzione di fusione inerziale insieme a sua cugina, la fusione magnetica. (La fusione magnetica utilizza un tokamak, un dispositivo a forma di ciambella che utilizza potenti magneti per confinare il plasma in una forma particolare.)

Budil ritiene che, tra la fusione magnetica "un po' avanti" e la svolta dell'accensione di questo mese, avere il nostro attuale "portafoglio di approcci tecnologici sia davvero un ottimo posto dove stare".

Ha aggiunto: "Queste comunità si nutriranno a vicenda, impareremo, continueremo a far avanzare il campo e molte tecnologie cresceranno da entrambi i campi oltre a un percorso verso una centrale elettrica a fusione".

Sfruttare la svolta della fusione nucleare

Durante la conferenza stampa, Arata Prabhakar ha condiviso un momento di riflessione con il pubblico.

"Ho anche riflettuto su quanto può essere lungo il viaggio dal sapere al fare", ha detto. “Perché è passato un secolo da quando abbiamo capito che era la fusione [che alimenta le stelle]. E in quel secolo, ci sono voluti così tanti progressi diversi che alla fine si sono uniti al punto da poter replicare quell'attività di fusione in questo modo controllabile in un laboratorio.

Il tempo, anche su scala decennale, è un concetto familiare agli investitori. Il tempo è necessario per fare soldi, investire denaro e vedere i risultati di quegli investimenti.

Se la fusione nucleare può essere portata su scala commerciale, rappresenta un'energia illimitata per l'umanità e un enorme potenziale di guadagno per gli investitori che sono rimasti.

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E come ha detto martedì il direttore di LLNL Kim Budil, "Le sfide scientifiche e tecnologiche sulla strada per l'energia da fusione sono scoraggianti, ma rendere possibile l'apparentemente impossibile è quando siamo al nostro meglio".

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