FISICA/MENTE

 

ENERGIA E AMBIENTE   Da  www.lavoce.info  12-12-2006

L'Iter verso un futuro energetico sostenibile

Piero Martin
 

Il 21 novembre a Parigi i ministri di Unione Europea, Giappone, Stati Uniti, Russia, Cina, India e Corea del Sud hanno firmato l’accordo che istituisce l’organizzazione internazionale destinata a realizzare il progetto Iter, finalizzato alla produzione di energia dalla fusione di nuclei leggeri.

 

Energia e sviluppo sostenibile

 

L’intesa per la costruzione dell’esperimento Iter, firmata dai rappresentanti di più della metà della popolazione mondiale, è una pietra miliare nel percorso verso un futuro energetico sostenibile.
Sette realtà geopolitiche spesso divise e ostili su molti punti, si sono accordate per realizzare insieme una tra le più grandi e più difficili imprese scientifico-tecnologiche mai affrontate dall’uomo, con lo scopo di dare al pianeta una fonte di energia rinnovabile, sicura e che non produce gas serra. Un contributo, quindi, al diversificato ‘paniere energetico’ necessario per uno sviluppo sostenibile.
Uno sviluppo sostenibile significa essere in grado di soddisfare le necessità attuali senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare le proprie. Ciò richiede fonti energetiche accessibili ed equamente distribuite sul pianeta, di limitato impatto ambientale e capaci di soddisfare un fabbisogno mondiale in continua crescita, stimolata in particolare dalle richieste dei paesi in via di sviluppo e dalla necessità di porre fine a situazioni di povertà.
In quest’ottica il ricorso massiccio a fonti rinnovabili è indispensabile. In un’economia energetica dominata dai combustibili fossili, questo significa anche ricerca e nuove o migliorate tecnologie.
La posta in gioco è alta. Pensiamo ad esempio che secondo uno scenario dell’
International Panel on Climate Change nel prossimo secolo dovremmo arrivare a produrre almeno una quindicina di terawatt di energia carbon-free (corrispondenti a più del consumo odierno) per stabilizzare la concentrazione di gas serra.
Su come arrivarci ci sono ancora molte incertezze e divisioni in ambito tecnologico, ambientale, socio-economico. Per un verso o per l’altro, per tutte le fonti energetiche esistenti vi sono problemi aperti. Gli investimenti pubblici sulla ricerca energetica, dopo un picco tra la fine degli anni Settanta e l’inizio degli Ottanta, sono andati calando. Tutto ciò suggerisce una strategia di diversificazione del rischio, in cui gli sforzi siano ripartiti su un insieme ampio di opzioni energetiche e sulla promozione di una forte ricerca interdisciplinare.
Ecco perché si parla di ‘energy mix’. In ambito energetico è certamente molto rischioso non far niente, ma lo sarebbe anche puntare tutto su una o pochissime linee. Viceversa, una strategia ampia e flessibile, dovrebbe consentire di soddisfare la domanda sul breve-medio termine e allo stesso tempo di individuare strategie vincenti per il futuro.

 

La fusione

 

In questo quadro, la fusione rappresenta una delle grandi speranze per un futuro energetico sostenibile. La fusione è il processo che alimenta il sole e le stelle, e è quindi alla base della vita nel nostro pianeta. Utilizza come combustibile il deuterio, un isotopo dell’idrogeno, e il litio che sono disponibili ovunque sulla Terra e in quantità praticamente illimitate. Il deuterio si estrae facilmente dall’acqua di mare, mentre il litio è un metallo assai diffuso. Per fare un esempio, il litio contenuto nella batteria di un computer portatile sarebbe sufficiente, se utilizzato in un impianto a fusione, per produrre energia elettrica pari al consumo di una persona media in un paese industrializzato per circa trenta anni. La fusione è quindi senza dubbio una fonte rinnovabile.
La fusione si presta alla produzione intensiva e centralizzata di energia, e può quindi ben integrarsi in un’economia dell’idrogeno, dove quest’ultimo viene usato come vettore per l’immagazzinamento e il consumo. Per le sue proprietà, l’idrogeno potrebbe ad esempio essere un ottimo sostituto del petrolio per i trasporti, ma occorre trovare una maniera per produrlo senza emettere CO2 (cosa che purtroppo oggi ancora non accade), se vogliamo avere un beneficio globale. La fusione è un ottimo candidato.

La fusione ha un limitatissimo impatto ambientale: non comporta emissione di gas serra ed è quindi una fonte ‘CO2-free’. L’operazione di un reattore a fusione non richiede il trasporto di materiali radioattivi, non vi è rischio di reazioni a catena incontrollate in caso di incidente e non vi è produzione di scorie radioattive di lunga durata, come avviene invece nei reattori a fissione.
A differenze di un reattore a fissione, uno a fusione funziona infatti come un accendino: il combustibile che è iniettato nel sistema viene subito bruciato e in ogni istante ve ne è pochissimo all’interno della camera di scarica, circa 1 grammo per mille metri cubi di volume.

 

L’esperimento ITER, con una persona per apprezzare le dimensioni (figura presa dal sito www.iter.org, e pubblicata col permesso di ITER)

 

Qualora per qualsiasi motivo venga a mancare l’afflusso di combustibile, la reazione si spegne in pochi secondi.
Il consumo di combustibile di una centrale a fusione sarà molto basso: si stima che un impianto da 1 gigawatt richieda circa 100 chilogrammi di deuterio e 3 tonnellate di litio naturale per un anno d’operazione. Da paragonare al milione e mezzo di tonnellate di carbone richieste da una centrale tradizionale che produca la stessa quantità di energia e che, senza sequestro della anidride carbonica, produce circa 4 milioni di tonnellate di CO2.
La fusione si inserisce quindi a buon diritto in un futuro di energie completamente rinnovabili e il numero stesso e la collocazione geo-politica dei partner coinvolti nel progetto Iter è una garanzia di grande apertura e ampia condivisione dei risultati e degli sviluppi futuri. Rappresenta quindi una speranza e insieme un impegno: perché se la natura fin dagli albori dell’universo produce meravigliosi reattori a fusione quali le stelle, riprodurre il processo in maniera controllata sulla terra non è facile, sia da un punto di vista teorico che tecnologico.
Dalla fine degli anni Cinquanta scienziati in laboratori di tutto il mondo lavorano per comprendere la fisica della fusione e realizzare dispositivi per il suo sfruttamento energetico in maniera economicamente attraente. Le ricerche hanno compiuto negli anni progressi costanti, tanto da consentire l’ideazione e la progettazione dell’esperimento
Iter.

 

Un passo verso la produzione di energia da fusione su larga scala

 

Iter sarà infatti un reattore sperimentale, che verrà costruito a Cadrache, nel sud della Francia.
Il suo principale obiettivo è la dimostrazione della fattibilità scientifica e tecnica di un sistema di produzione di energia da fusione di nuclei leggeri con dimensioni comparabili a quelle di una centrale elettrica convenzionale. In altre parole, produrrà più energia di quella che consumerà e consentirà il collaudo e l’implementazione di avanzate tecnologie cruciali per un futuro impianto a fusione commerciale (il primo dovrebbe essere l’impianto DEMO, i cui studi concettuali sono già iniziati).
Il "cuore" di Iter (vedi figura) è in sostanza una grande ciambella con un volume di 840 metri cubi, nella quale "brucerà" il combustibile (gli isotopi dell’idrogeno) a una temperatura di oltre 100 milioni di gradi centigradi. Questo combustibile viene confinato da campi magnetici prodotti da bobine superconduttrici, i cui primi prototipi sono già stati realizzati e collaudati.
Si prevede di ottenere una potenza termica generata dalle reazioni di fusione di circa 500 megawatt per periodi ripetibili della durata di circa 10 minuti. In una seconda fase, si prevede di estendere ancor di più le prestazioni.
Iter permetterà quindi di aprire la strada verso la progettazione di impianti commerciali per la produzione di elettricità grazie alla fusione. Così, la ricerca sulla fusione contribuisce quindi all’’energy mix’ in modo concreto.
Il costo della costruzione di Iter, prevista in dieci anni, sarà di 5 miliardi di euro, cui si sommeranno altri 5 miliardi lungo la fase di operazione dell’esperimento, che si prevede durerà per venti anni.
Per mettere nella giusta prospettiva queste cifre, possiamo ricordare che la spesa mondiale giornaliera dei consumatori d’energia ammonta a circa dieci miliardi di dollari. Si tratta quindi del costo di un giorno di energia per un grande e concreto progetto per un futuro sostenibile, ma anche un investimento che in gran parte avrà comunque un ritorno a brevissimo termine.
La maggior parte dei costi di costruzione di Iter saranno infatti coperti dai paesi partner attraverso la fornitura di componenti dell’esperimento, il che significa anche una grande opportunità di sviluppo e di ricadute industriali – in particolare per
l’Europa, che ospiterà l’esperimento -, come l’esperienza dei grandi progetti scientifici (si pensi alle missioni lunari) ha già dimostrato.

L’esperienza dell’Italia sarà preziosa: con una lunga tradizione alle spalle e due grandi laboratori di fusione (il Consorzio Rfx a Padova e il Centro Enea a Frascati), il nostro paese avrà un ruolo importante nel progetto, investendo soprattutto nei giovani. L’università di Padova, ad esempio, con un master sulla fusione già da anni in funzione e un dottorato europeo in fase di avvio, rappresenta uno dei principali centri di formazione sulla fusione nel mondo.

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Per saperne di più

Sul progetto Iter www.iter.org
Sulla fusione in Europa:
www.efda.org
Sull’esperimento europeo Jet:
www.jet.efda.org
Sull’esperimento europeo Rfx a Padova:
www.igi.cnr.it
Sull’esperimento europeo Ftu a Frascati: http://ftu.frascati.enea.it


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