Un nuovo rapporto sullo sviluppo della fusione come fonte di energia, scritto su richiesta del Segretario per l'Energia degli Stati Uniti, propone l'adozione di una strategia nazionale di fusione che si allinea strettamente con il corso tracciato negli ultimi anni dal Plasma Science and Fusion Center (PSFC) del MIT e dai Commonwealth Fusion Systems (CFS) finanziati da privati, un recente spin-out del MIT.

La tecnologia Fusion ha mantenuto a lungo la promessa di produrre prodotti sicuri, abbondante, elettricità senza emissioni di carbonio, mentre si lotta per superare le scoraggianti sfide della creazione e dello sfruttamento delle reazioni di fusione per produrre un guadagno netto di energia. Ma il Consensus Study Report delle National Academies of Science, Ingegneria, e Medicine afferma che la tecnologia di fusione a confinamento magnetico (un focus del MIT dagli anni '70) è ora "sufficientemente avanzata per proporre un percorso per dimostrare l'energia generata dalla fusione entro i prossimi decenni".

Raccomanda la continua partecipazione degli Stati Uniti al progetto internazionale dell'impianto di fusione ITER e "un programma nazionale di ricerca e tecnologia di accompagnamento che porti alla costruzione di un impianto pilota compatto che produca elettricità dalla fusione al minor costo di capitale possibile".

Questo approccio (che secondo il rapporto richiederebbe fino a 200 milioni di dollari in finanziamenti annuali aggiuntivi per diversi decenni) sfrutta le opportunità presentate dai magneti superconduttori di nuova generazione, materiali del reattore, simulatori, e altre tecnologie pertinenti. Di particolare enfasi da parte del comitato sono i progressi nei magneti superconduttori ad alta temperatura che possono accedere a campi più elevati e macchine più piccole. Il rapporto raccomanda un programma statunitense per provare i magneti di grande diametro ad alto campo. Si ritiene che consentano cicli di apprendimento e sviluppo più rapidi e meno costosi rispetto a esperimenti estremamente grandi come ITER, che non entrerà in linea fino al 2025, pur beneficiando delle conoscenze che emergono da quei programmi.

Questo approccio più piccolo, più veloce e più economico è incarnato nel concetto di reattore SPARC, che è stato sviluppato presso il PSFC e costituisce la base dello sforzo aggressivo di CFS per dimostrare la fusione del guadagno energetico entro la metà degli anni 2020 e produrre progetti pratici di reattori entro i primi anni '30. Questo approccio si basa sulla conclusione simile che i magneti ad alta temperatura ad alto campo rappresentano una tecnologia rivoluzionaria. Un programma da 30 milioni di dollari tra CFS e MIT per dimostrare i magneti superconduttori ad alto campo di grande diametro è in corso al MIT ed è un passo fondamentale per un sistema energetico di fusione compatto. Nonostante una manciata di altre società di fusione finanziate da privati ​​abbiano offerto tempistiche approssimativamente comparabili, il rapporto delle National Academies non prevede l'apparizione di reattori a fusione dimostrativi fino al 2050.

Il rapporto afferma inoltre che le basi scientifiche dell'approccio tokamak sono state rafforzate nel decennio precedente, dando sempre più fiducia che questo approccio, che è alla base di ITER e SPARC, è in grado di ottenere un guadagno netto di energia e di costituire la base per una centrale elettrica. Sulla base di questa maggiore fiducia, il comitato raccomanda di andare avanti con gli sviluppi tecnologici per una centrale elettrica pilota che immetterà energia nella rete.

"Le National Academies sono un'organizzazione molto premurosa, e in genere sono molto conservatori, "dice Bob Mumgaard, amministratore delegato di CFS. "Siamo felici di vederli uscire con un messaggio che è ora di passare alla fusione, e che compatto ed economico è la strada da percorrere. Pensiamo che lo sviluppo dovrebbe andare più veloce, ma dà conferma alle persone che vogliono affrontare la sfida e delinea le cose che possiamo fare negli Stati Uniti che porteranno a mettere energia sulla rete".

Andrea Olanda, direttore della Fusion Industry Association di recente costituzione e Senior Fellow for Energy and Climate presso l'American Security Project, osserva che gli autori del rapporto sono stati incaricati di creare "un rapporto scientifico di consenso che riflette i percorsi attuali, e il percorso attuale è quello di costruire ITER e passare attraverso il processo sperimentale lì, mentre nel frattempo si progettava un impianto pilota, DIMOSTRAZIONE."

Spostando il consenso verso una via più rapida, aggiunge l'Olanda, richiederanno risultati sperimentali da aziende come CFS. "Ecco perché è notevole avere società finanziate da privati ​​negli Stati Uniti e in tutto il mondo che perseguono i risultati scientifici che lo confermeranno. Ed è certamente importante che questo studio miri a convincere la comunità scientifica governativa a pensare a un piano strategico . Dovrebbe essere visto come parte di un punto di partenza per la comunità della fusione che si riunisce e organizza il proprio processo".

O, nel ruolo di Martin Greenwald, vicedirettore del PSFC e ricercatore veterano sulla fusione, lo mette, "C'è una tendenza nella nostra comunità a discutere di un piano ventennale o trentennale, ma non vogliamo distogliere lo sguardo da ciò che dobbiamo fare nei prossimi tre o cinque anni. Potremmo non avere consenso sulla lunga scala, ma ne abbiamo bisogno per cosa fare ora, e questo è stato il messaggio coerente da quando abbiamo annunciato il progetto SPARC:coinvolgere la comunità più ampia e prendere l'iniziativa.

"La cosa fondamentale per noi è che se la fusione avrà un impatto sui cambiamenti climatici, abbiamo bisogno di risposte in fretta, non possiamo aspettare fino alla fine del secolo, e questo sta guidando il programma. Il denaro privato che sta arrivando aiuta, ma i finanziamenti pubblici dovrebbero impegnarsi e integrarli. Ogni parte ha un ruolo appropriato. I laboratori nazionali non costruiscono centrali elettriche, e le aziende private non fanno ricerca di base."

Mentre diversi approcci alla fusione vengono perseguiti nelle organizzazioni pubbliche e private, il rapporto delle National Academies si concentra esclusivamente sulla tecnologia di confinamento magnetico. Ciò riflette il ruolo del rapporto nella risposta del Dipartimento dell'Energia a una richiesta del Congresso 2016 di informazioni sulla partecipazione degli Stati Uniti a ITER, un progetto di confinamento magnetico. I 19 esperti del comitato di relazione, che ha condotto due anni di ricerca, sono stati anche incaricati di esplorare questioni correlate su "come far progredire al meglio le scienze della fusione negli Stati Uniti". e "la giustificazione scientifica e le esigenze per rafforzare le basi per realizzare l'energia da fusione data una potenziale scelta di partecipazione degli Stati Uniti o meno al progetto ITER".

La pubblicazione del rapporto arriva in un momento di rinnovata attività e interesse per l'energia da fusione, con circa 20 aziende private che perseguono il suo sviluppo, maggiori finanziamenti nell'ultimo bilancio federale, e la formazione della Fusion Industry Association per difendere la comunità nel suo insieme. Ma il rapporto avverte che "l'assenza di una strategia di ricerca a lungo termine per gli Stati Uniti è particolarmente evidente se confrontata con i piani dei nostri partner internazionali".

Questa situazione potrebbe evolversi. "Un mese e mezzo fa a Washington DC, abbiamo avuto un incontro molto bello tra le parti interessate, e c'era molta risonanza tra le aziende private, la comunità di ricerca, il Dipartimento dell'Energia, e il personale del Congresso di entrambe le parti, " dice Greenwald. "Sembra che ci sia slancio, anche se non sappiamo ancora quale forma prenderà." Aggiunge che la creazione di un'associazione industriale è molto utile per navigare e comunicare a Washington.

"Ci piacerebbe vedere il governo avere un ruolo in cose che sollevano tutte le società di fusione, come i laboratori di materiali avanzati, il processo di estrazione del calore dai reattori, produzione di additivi, simulazioni, e altri strumenti, " dice Mumgaard. "Ci sono molte opportunità di collaborazione e cooperazione; ogni azienda avrà un diverso mix di partnership, anche sullo scambio di personale come facciamo con il MIT."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.