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
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
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’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.___________________________________
Per saperne di più
Sul progetto Iter
www.iter.orgSulla 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
