Perché l’annuncio degli USA sulla fusione nucleare è davvero una svolta epocale
Durante una conferenza stampa tenutasi alle 16:00 (ora italiana) di martedì 13 dicembre il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha fatto un annuncio di portata storica: per la prima volta in un esperimento di fusione nucleare gli scienziati sono riusciti a produrre più energia (3,15 megajoule) di quanta ne è stata impiegata per ottenerla (2,05 megajoule), con un guadagno netto pari a 1,5. Il test condotto presso la National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory è considerato una svolta epocale poiché la fusione nucleare permette di produrre un quantitativo praticamente illimitato di energia pulita. Si ottiene attraverso il processo opposto della fissione nucleare, ovvero libera energia fondendo i nuclei anziché rompendoli, inoltre produce una piccola quantità di scorie radioattive e di breve durata, a differenza della fissione che ne produce in grande quantità, pericolosissime e molto persistenti. Il processo è anche “amico dell'ambiente”, poiché non determina emissioni di carbonio. Ecco quali sono i pro e i contro dell'energia nucleare da fusione e quale ruolo può svolgere nel contrasto ai cambiamenti climatici.
I risultati dell’esperimento condotto negli Usa sulla fusione nucleare
Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory hanno ottenuto lo storico guadagno netto di energia lo scorso lunedì 5 dicembre, attraverso una tecnica chiamata “fusione a confinamento inerziale” (IFE) basata su 192 potentissimi fasci laser. In parole molto semplici, i ricercatori hanno bombardato con il National Ignition Facility o NIF – il più grande ed energetico sistema laser al mondo – una piccola capsula d'oro grande come un granello di pepe contenente isotopi di idrogeno (deuterio e trizio) allo stato solido. I laser hanno la capacità di scaldare l'agglomerato a 100 milioni di gradi Celsius e comprimerlo a una pressione 100 miliardi di volte superiore a quella dell'atmosfera terrestre. Questo processo determina l'implosione della capsula e spinge i nuclei degli atomi leggeri a fondersi e liberare un'enorme quantità di energia, mentre nascono nuclei pesanti. È lo stesso identico processo che avviene nel cuore delle stelle, che attraverso la fusione degli atomi di idrogeno, ad esempio, dà vita all'elio. Un atomo di elio pesa meno della somma dei due di idrogeno; lo scarto della massa è proprio la componente della reazione di fusione che viene liberata come preziosa energia. Tantissima e pulita. È ciò che ci racconta la celebre equazione E = mc2 di Albert Einstein, che mette in relazione l'energia di un corpo, la sua massa e la costante della velocità della luce.
Perché la scoperta negli Usa è tanto importante?
Grazie a questo straordinario esperimento di fusione a confinamento inerziale, figlio di decenni di studi, tentativi e fallimenti, gli scienziati statunitensi hanno generato meno di 1 kWh di energia, con un guadagno netto di circa 1,5. Potrebbe sembrare molto poco, vista la “potenza di fuoco” impiegata, ma dal punto di vista squisitamente scientifico è una vera e propria pietra miliare. Potremmo paragonare il risultato alla discesa di Neil Armstrong sulla regolite lunare: “Un piccolo passo per un uomo, ma un balzo gigantesco per l'umanità”. La fusione nucleare è infatti considerata il Sacro Graal della produzione energetica, in grado di liberarci di molti dei problemi legati all'uso dei combustibili fossili e dell'energia nucleare classica (a fissione). L'energia pulita derivata da questo processo è infatti praticamente illimitata e potrebbe risolvere ovunque le difficoltà di approvvigionamento, anche nei Paesi che oggi hanno maggiori difficoltà a produrla. Del resto la reazione si basa su elementi abbondanti, semplici da reperire, stoccare e gestire, che una volta utilizzati danno vita a prodotti di scarto principalmente non dannosi per l'ambiente. In altri termini, tantissima energia verde a impatto quasi zero: un sogno inseguito per circa 70 anni. Solo oggi si è riusciti a controllare il processo della fusione nucleare (anche se per una frazione di secondo) e al contempo liberare più energia di quella immessa nel sistema. È indubbiamente un punto di svolta per l'umanità, ma solo in ottica (molto) futura. Purtroppo, infatti, siamo ancora nell'ambito prettamente sperimentale e ci vorranno decenni per arrivare alle applicazioni commerciali, cioè alla costruzione di centrali a fusione nucleare vere e proprie (che non saranno a costo zero nemmeno per l'ambiente, e noi non abbiamo più tempo per salvarci dalla catastrofe climatica). Inoltre l'energia spesa per condurre l'esperimento negli USA è stata moltissima (300 MJ), dunque c'è tanto da lavorare anche su questo fronte.
Qual è la differenza tra fissione e fusione nucleare?
Come specificato, la fusione nucleare è praticamente l'opposto della fissione nucleare. La prima, spiega la dottoressa Alessia Santucci dell'ENEA, si basa sulla fusione di due o più nuclei leggeri per dar vita a nuclei più pesanti, come ad esempio due di idrogeno – o suoi isotopi – per generarne uno di elio. Mentre nella fissione nucleare i nuclei degli elementi chimici più pesanti – come ad esempio l'uranio – vengono divisi per dar vita a nuclei più leggeri. Sia la fusione che la fissione nucleare possono essere impiegate per scopi bellici – le famigerate bombe atomiche – in cui il rilascio di energia avviene in modo incontrollato. Nelle centrali a fissione nucleare tradizionali e in quelle a fusione del futuro i processi di divisione o unione dei nuclei sono strettamente controllati per donarci preziosa energia.
I vantaggi della fusione nucleare rispetto alla fissione
La fusione nucleare si basa innanzitutto su elementi chimici decisamente più semplici da trovare – l'idrogeno è il più abbondante nell'Universo – e soprattutto da gestire. Basta solo citare i nomi degli elementi alla base della fissione nucleare, come uranio e plutonio, per rendersi conto che si tratta di qualcosa di molto più complesso e pericoloso da conservare, controllare e manipolare. Le conseguenze degli incidenti alle centrali nucleari di Cernobyl e Fukushima – gli unici due di livello 7 della storia – stanno lì a ricordarcelo, così come le minacce alla centrale nucleare di Zaporizhzhia a causa della guerra in Ucraina. Con la fusione nucleare non sussistono questi significativi problemi di sicurezza, inoltre non si producono le scorie radioattive alla base della fissione nucleare. Dopo la divisione di un atomo pesante come l'uranio, infatti, vengono prodotti nuclei più piccoli con diversi neutroni, che sono radioattivi poiché decadono (rilasciano radiazioni) fino al raggiungimento di un punto di equilibrio. È un processo che può richiedere un periodo di tempo lunghissimo e, com'è ampiamente noto, esso risulta estremamente dannoso per l'ambiente e la salute, catalizzando ad esempio il rischio di cancro. Con la fusione nucleare si otterrebbero enormi benefici anche da questo punto di vista.
La fusione nucleare può contrastare il cambiamento climatico?
Un altro vantaggio significativo della fusione nucleare risiede nel fatto che il processo non libera CO2 (anidride carbonica), il principale dei gas a effetto serra, motore dei cambiamenti climatici che rappresentano la principale minaccia esistenziale all'umanità. In un momento storico in cui il taglio alle emissioni di carbonio è ritenuto fondamentale per salvarci dalle conseguenze più drammatiche del riscaldamento globale, le centrali a fusione nucleare ci avrebbero risolto tantissimi problemi dal punto di vista ambientale ed energetico. Tuttavia siamo ben lungi dalla realizzazione di queste centrali, avendo appena compiuto solo un piccolissimo passo verso di esse. Inoltre la loro costruzione richiederebbe comunque un ingente quantitativo di risorse in termini di consumi energetici e materiali, che non farebbero altro che spingerci verso la catastrofe climatica. Al momento, dunque, per contrastare i cambiamenti climatici dobbiamo fare pieno affidamento sulle fonti rinnovabili e sull'abbandono dei combustibili fossili, senza legare le nostre speranze a un progetto sì virtuoso, ma che è appena germogliato. L'orologio dell'apocalisse climatica continua a ticchettare sempre più rapidamente e non c'è più tempo da perdere.
