Ai tempi in cui studiavo geologia alla scuola di specializzazione, il futuro a lungo termine dell'energia aveva un solo nome:fusione nucleare. Erano gli anni '70. I fisici con cui ho studiato hanno predetto che sfruttando questa nuova fonte pulita di energia elettrica forzando due nuclei di idrogeno a combinarsi e rilasciare enormi quantità di energia, potrebbero essere 50 anni di distanza.

Quattro decenni dopo, dopo aver lasciato la mia carriera di ricerca e scrittura nel settore energetico e ho iniziato una seconda carriera come autore e professore, Mi sono ritrovato a fare la stessa previsione con i miei studenti e lettori. In quello che era diventato un ironico cliché, fusione, sembrava, perseguiterebbe per sempre un orizzonte lontano.

Sembra che stia cambiando, finalmente.

Grazie ai progressi della ricerca in fisica, scienza dei materiali e supercalcolo, gli scienziati stanno costruendo e testando più progetti di reattori a fusione. Circa una dozzina di startup di fusione con idee innovative hanno l'investimento privato di cui hanno bisogno per vedere cosa possono ottenere. Ancora, è troppo presto per stappare lo champagne, e non solo per ragioni tecniche.

Scoperte deludenti

Un problema è che un'innovazione in laboratorio non garantisce l'innovazione o il successo sul mercato perché l'energia è molto sensibile al prezzo. Anche, fusion illustra come poche cose possano erodere la fiducia in una nuova tecnologia come un'imminente "svolta" che non riesce a materializzarsi.

Primo, c'è stata la debacle della fusione fredda nel 1989, quando due scienziati si sono rivolti ai media con l'affermazione non verificabile di aver raggiunto la fusione a temperatura ambiente e sono stati ostracizzati dalla comunità scientifica, macchiando l'immagine di questa fonte di energia come una reale opzione.

Quindi, gli scienziati hanno raggiunto una pietra miliare nel 1994 quando il reattore a fusione di prova a Princeton ha stabilito un nuovo record per la potenza di picco di 10,7 megawatt, che il New York Times disse all'epoca era "abbastanza per alimentare 2, 000 a 3, 000 case momentaneamente, che significa circa un microsecondo. Scientificamente, quell'evento ebbe una grande importanza, anche se è stato superato nel 1997. Eppure non prometteva certo un reattore elettrico proprio dietro l'angolo.

Lungo la strada, la tendenza di scienziati e giornalisti a promuovere reali progressi verso la fusione, che si tratti di attirare finanziamenti o lettori, ha indebolito il sostegno pubblico nel lungo periodo.

Oggi, infatti, vari resoconti dei media continuano a suggerire un'ondata di scoperte sulla fusione.

Veri progressi

Ci sono stati davvero dei progressi? A un livello impressionante, sì. Ma soprattutto in termini di ricerca scientifica e ingegneristica. Se c'è ancora un'altra affermazione che annuncia che il mondo si sta finalmente avvicinando alla soluzione di tutti i problemi energetici, allora il mito viene venduto al posto della verità.

Molti scienziati sono attratti sia dalla fissione, la fonte di energia nei reattori nucleari di oggi, e fusione, per la spettacolare quantità di energia che offrono. Il principale combustibile per la fissione, Uranio-235, ha 2 milioni di volte l'energia per libbra del petrolio. Fusion può fornire fino a sette volte tanto o più.

Il combustibile utilizzato per la fissione è estremamente abbondante. Lo stesso vale per la fusione, ma senza rifiuti pericolosi a lunga vita. Per la fusione, il carburante sono due isotopi dell'idrogeno, deuterio e trizio, il primo dei quali può essere estratto dall'acqua di mare e il secondo dal litio, le cui risorse sono grandi e in crescita.

Quindi, il fallimento nel perseguire queste colossali fonti non legate al carbonio potrebbe sembrare colossalemente controproducente.

La fusione è difficile da sfruttare, anche se. nelle stelle, che sono fatti di plasma, uno stato della materia ad alta energia in cui gli elettroni con carica negativa sono completamente separati dai nuclei con carica positiva, la fusione avviene a causa di immense forze gravitazionali e temperature estreme.

Il tentativo di creare condizioni simili qui sulla Terra ha richiesto progressi fondamentali in numerosi campi, dalla fisica quantistica alla scienza dei materiali. Scienziati e ingegneri hanno fatto abbastanza progressi nell'ultimo mezzo secolo, soprattutto dagli anni '90, fare in modo che la costruzione di un reattore a fusione in grado di generare più energia di quella necessaria per funzionare sembri fattibile entro due decenni, non cinque. Il supercalcolo ha aiutato enormemente, consentendo ai ricercatori di modellare con precisione il comportamento del plasma in condizioni diverse.

Tipi di reattori

Ci sono due ragioni per essere ottimisti sulla fusione in questo momento. Sono in costruzione o in costruzione due grandi reattori a fusione. E le startup della fusione che mirano a costruire reattori più piccoli, che sarebbe più economico, costruzione più facile e veloce, stanno proliferando.

Uno dei due grandi reattori è un tokamak a forma di ciambella, acronimo russo di un'invenzione sovietica realizzata negli anni '50 progettata per confinare e comprimere il plasma in una forma cilindrica in un potente campo magnetico. La potente compressione del plasma di deuterio-trizio a temperature estremamente elevate, come a circa 100 milioni di gradi centigradi, provoca la fusione.

ITER (latino per "la via") è una collaborazione tra l'Unione Europea e i governi dell'India, Giappone, Corea del Sud, Russia, Cina e Stati Uniti Questo consorzio sta ora spendendo più di 20 miliardi di dollari per costruire un gigantesco tokamak nel sud della Francia. Entro il 2035, è previsto che generi 500 megawatt mentre funziona con soli 50 megawatt. Raggiungere questo obiettivo confermerebbe sostanzialmente che la fusione è una fonte fattibile di energia pulita su larga scala.

Il più piccolo ma più pesante dei sei magneti a forma di anello o bobine di campo poloidale del #ITER #tokamak sta prendendo forma in Cina. Ha un diametro di dieci metri ma pesa ben 400 tonnellate. Settembre è destinato al completamento. https://t.co/a7ahvoh7qn pic.twitter.com/5SnFZeEoXv

— ITER (@iterorg) 30 marzo, 2018

L'altro è più complesso, stellarator a ciambella contorta, chiamato Wendelstein 7-X, costruito in Germania con lo stesso obiettivo. Le pieghe nella sua camera torcono il plasma in modo che abbia una forma più stabile e possa essere confinato per periodi di tempo maggiori rispetto a un tokamak. La costruzione del 7-X è costata circa 1 miliardo di dollari, comprese le spese di cantiere. E se le cose vanno secondo i piani, potrebbe essere in grado di generare una quantità significativa di elettricità entro il 2040 circa.

Il progetto Wendelstein 7-x(stellarator) e il campo di plasma effettivo, abilitato dal contenimento magnetico 3D vs 2D . È bellissimo pic.twitter.com/QLHbGmNQ1Q

— OppenheimersBlockchain (@Corpusmentis0) 2 aprile, 2018

Nel frattempo, quasi una dozzina di start-up stanno progettando nuovi tipi di reattori e centrali elettriche che, secondo loro, potranno entrare in funzione molto prima e molto più a buon mercato, anche se la tecnologia richiesta non è ancora disponibile.

Per esempio, Sistemi di fusione del Commonwealth, uno spin-off del MIT ancora legato al Plasma Science and Fusion Center dell'università e parzialmente finanziato dalla compagnia petrolifera italiana Eni, mira a creare campi magnetici particolarmente potenti per vedere se l'energia di fusione può essere generata con tokamak di dimensioni più piccole.

E Fusione Generale, un'impresa con sede a Vancouver che il fondatore di Amazon Jeff Bezos sta sostenendo, vuole costruire un grande reattore sferico in cui il plasma di idrogeno sarebbe circondato da metallo liquido e compresso con pistoni per provocare un'esplosione di fusione. Dovrebbe funzionare, questa energia riscalderebbe il metallo liquido per generare vapore e far girare un generatore a turbina, producendo enormi quantità di elettricità.

Possibile svolta nel campo dell'energia:il MIT e una nuova società lanciano un nuovo approccio all'energia da fusione #LightTheSPARC https://t.co/2sYO2ki1dy

— Steven Pinker (@sapinker) 9 marzo 2018

Abbastanza ricco

Con operazioni snelle e missioni chiare, queste startup sono abbastanza agili da passare rapidamente dal tavolo da disegno alla costruzione vera e propria. In contrasto, le complicazioni multinazionali stanno costando tempo e denaro a ITER.

Poiché il fabbisogno energetico futuro sarà vasto, avere a disposizione diverse opzioni di fusione potrebbe aiutare a soddisfarli per quanto tempo impieghino. Ma sono disponibili altre fonti di energia senza carbonio.

Ciò significa che i sostenitori della fusione devono convincere i loro finanziatori in tutto il mondo che vale la pena continuare a sostenere questa opzione futura quando altre fonti non di carbonio, come l'energia eolica e solare (e la fissione nucleare - almeno al di fuori degli Stati Uniti, Giappone e Unione Europea) si stanno espandendo o ampliando. Se la domanda è se vale la pena fare una grande scommessa su una nuova tecnologia senza carbonio con un vasto potenziale, poi la rapida crescita delle energie rinnovabili negli ultimi anni suggerisce che erano la scommessa migliore.

Tuttavia, se i circa 3,5 trilioni di dollari investiti in energia rinnovabile dal 2000 avessero sostenuto la fissione, Credo che i progressi di quella tecnologia avrebbero portato ormai tutte le restanti centrali elettriche a carbone e petrolio a scomparire dalla faccia della Terra.

E se quegli stessi soldi avessero invece sostenuto la fusione, forse ora esisterebbe un reattore funzionante. Ma le nazioni ricche del mondo, le imprese di investimento e i miliardari possono facilmente supportare la ricerca e la sperimentazione sulla fusione insieme ad altre opzioni. Infatti, il sogno del potere di fusione ora sembra certo che non morirà né rimarrà solo un sogno.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.