Reattore a fusione del MIT, il magnete funziona: una svolta verso l'energia pulita e inesauribile?

C'è molto fermento in questi giorni attorno ai reattori a fusione nucleare, grazie ai quali ottenere una grande quantità di energia virtualmente inesauribile, pulita e priva di carbonio per generare elettricità e contribuire in modo determinante alla transizione dai combustibili fossili.

Dopo lo stellarator Wendelstein 7-X e la sua capacità confinare un calore che raggiunge temperature due volte superiori a quelle del nucleo del Sole, a fare discutere è SPARC, un progetto che vede coinvolta Commonwealth Fusion Systems (CFS), uno spin-off del MIT di Boston, lo stesso ateneo e una serie di finanziatori, tra cui l'italiana Eni che è maggiore azionista.

Cos'è successo? Secondo quanto racconta il MIT, dopo un lavoro di tre anni, il 15 settembre, per la prima volta, "un grande elettromagnete superconduttore ad alta temperatura è stato portato a un'intensità di campo di 20 tesla, il più potente campo magnetico del suo genere mai creato sulla Terra".

"La fusione è sotto molti aspetti la fonte di energia pulita finale", ha dichiarato Maria Zuber, vicepresidente per la ricerca del MIT. "La quantità di energia disponibile è davvero rivoluzionaria". Il carburante usato per creare l'energia di fusione proviene dall'acqua e "la Terra è piena d'acqua: è una risorsa quasi illimitata. Dobbiamo solo capire come utilizzarlo".

Lo sviluppo di un magnete funzionante mette CFS sulla giusta strada per completare SPARC entro il 2025 e costruire il primo dispositivo di fusione al mondo in grado di creare e confinare un plasma che produce più energia di quanta ne consuma.

Come già scritto parlando dello stellarator W7-X, la fusione è il processo che alimenta il Sole e prevede la fusione di due piccoli atomi per crearne uno più grande, liberando quantità prodigiose di energia.

Il problema è che questo processo richiede temperature ben superiori a quelle sopportabili da qualsiasi materiale solido. Per portare "l'energia del Sole" sulla Terra è quindi "necessario sviluppare un modo per catturare e contenere qualcosa di così caldo, sospendendolo in un modo che non entri in contatto con qualcosa di solido", spiega il MIT.

La risposta a questo problema prende il nome di "campi magnetici", che formano una sorta di bottiglia invisibile per contenere il plasma. "Poiché le particelle hanno una carica elettrica, sono fortemente controllate dai campi magnetici e la configurazione più utilizzata per contenerle è un dispositivo a forma di ciambella chiamato tokamak. La maggior parte di questi dispositivi ha prodotto i propri campi magnetici usando elettromagneti convenzionali in rame, ma l'ultima e più grande versione in costruzione in Francia, chiamata ITER, utilizza i cosiddetti superconduttori a bassa temperatura", spiega il MIT.

Il magnete superconduttore ad alta temperatura di SPARC

Nel caso del progetto SPARC si vogliono impiegare superconduttori ad alta temperatura che permettono di avere un campo magnetico molto più forte in uno spazio più piccolo. "Questo progetto è stato reso possibile da un nuovo tipo di materiale superconduttore che è diventato disponibile in commercio alcuni anni fa".  

Questo materiale consente di ottenere un campo magnetico più elevato in un dispositivo più piccolo, pari alle prestazioni che si otterrebbero con un dispositivo 40 volte più grande in volume usando magneti superconduttori convenzionali a bassa temperatura. È proprio questa capacità, a fronte delle dimensioni, la caratteristica rivoluzionaria del progetto firmato MIT-CFS.

Il prodotto finale è un magnete che usa 267 km di nastro piatto superconduttore per formare 16 piastre, impilate insieme all'interno di una sorta di un "involucro" a forma di D. Questo magnete viene raffreddato a circa -253,15 °C, a quel punto diventa superconduttore e produce il potente campo magnetico.

Se da una parte tutto era, per così dire, già "apparecchiato", per dimostrare l'efficacia della tecnologia era necessario testare con successo il componente fondamentale di SPARC, il nuovo magnete. Arrivare a questo punto ha richiesto tre anni di lavoro. Una volta pronto, il nuovo magnete è stato messo gradualmente alla prova fino a raggiungere l'obiettivo di un campo magnetico pari a 20 tesla, la più alta intensità di campo mai ottenuta per un magnete a fusione superconduttore ad alta temperatura.

La dimostrazione, dopo con una serie di pubblicazioni che l'anno scorso aveva sancito la bontà del progetto a patto di avere un magnete funzionante, spalanca le porte ai prossimi passi che permetteranno di finalizzare entro il 2025 SPARC, il primo impianto sperimentale a produzione netta di energia. Successivamente – nel corso del prossimo decennio - si lavorerà per creare ARC, il primo impianto capace di immettere energia da fusione nella rete elettrica.

SPARC sarà realizzato assemblando in configurazione toroidale (una ciambella detta tokamak) un totale di 18 magneti dello stesso tipo di quello oggetto del test. In tal modo sarà possibile generare un campo magnetico di intensità e stabilità necessarie a contenere un plasma di isotopi di idrogeno a temperature dell'ordine di 100 milioni di gradi, condizioni necessarie per ottenere la fusione dei nuclei atomici con il conseguente rilascio di un'elevatissima quantità di energia.

Bobina di nastro superconduttore ad alta temperatura utilizzata nella nuova classe di magneti a fusione

"Il passo successivo è quello di ingrandirsi, per costruire una vera centrale elettrica", ha aggiunto Maria Zuber. "Ci sono ancora molte sfide da affrontare, non ultima quella di sviluppare un design che consenta un funzionamento affidabile e duraturo. E poiché l'obiettivo qui è la commercializzazione, un'altra grande sfida sarà economica. Come si progettano queste centrali elettriche in modo che sia conveniente costruirle e distribuirle?".

Euforia anche per l'amministratore delegato di Eni, Claudio Descalzi: "[…] Per Eni, la fusione a confinamento magnetico occupa un ruolo centrale nella ricerca tecnologica finalizzata al percorso di decarbonizzazione, in quanto potrà consentire all'umanità di disporre di grandi quantità di energia prodotta in modo sicuro, pulito e virtualmente inesauribile e senza alcuna emissione di gas serra, cambiando per sempre il paradigma della generazione di energia e contribuendo a una svolta epocale nella direzione del progresso umano e della qualità della vita. Il risultato straordinario ottenuto durante il test dimostra ancora una volta l'importanza strategica delle nostre partnership di ricerca nel settore energetico e consolida il nostro contributo allo sviluppo di tecnologie game changer".