Come la Cina ha programmato il raggiungimento della Fusione Nucleare

Anche la Cina sta cercando di allinearsi al trend mondiale della ricerca dell’energia nucleare da fusione, l’obiettivo ultimo energetico, che dovrebbe, in teoria, garantire una fonte di energia eterna e sicura.

Nell’aprile 2024, la Cina ha pubblicato la bozza della sua Legge sull’Energia Atomica modificata, quasi sette anni dopo l’inizio delle discussioni iniziali. La legge servirà come documento guida per la regolamentazione dell’energia nucleare, compresa la ricerca e lo sviluppo della nascente industria della fusione nucleare.

Lo scorso anno, il Governo cinese ha incluso per la prima volta lo sviluppo della fusione nucleare nei suoi rapporti annuali sul lavoro governativo. Zhang Jianhua, capo dell’Amministrazione cinese per l’energia, ha anche chiesto di stabilire una “strategia lungimirante” per l’industria cinese della fusione nucleare.

La Cina non è sola nel suo crescente interesse per la fusione nucleare. Alla Conferenza sul Cambiamento Climatico delle Nazioni Unite del 2023 (COP28), l’ex inviato degli Stati Uniti per il clima John Kerry ha presentato una nuova iniziativa di partnership internazionale sulla fusione nucleare che coinvolge 35 Paesi partner. Sebbene non siano ancora stati resi noti i dettagli specifici della partnership, questa iniziativa innovativa rappresenta la prima volta che la fusione nucleare, un tempo considerata nel regno della fantascienza, è stata presentata come una valida soluzione per il clima durante una conferenza delle Nazioni Unite sul cambiamento climatico.

Negli ultimi anni, a livello globale, si è assistito a un’esplosione di leggi sulla fusione nucleare. Negli Stati Uniti, il Dipartimento dell’Energia ha definito un piano decennale nel 2022, che include un’iniziativa che coordina tutto il lavoro relativo alla fusione sotto un unico programma per snellire le attività di ricerca, sviluppo e dimostrazione della fusione (RD&D). I dati dell’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica indicano che ci sono 96 progetti pilota di fusione nucleare in tutto il mondo, con altri 11 in costruzione e 29 in programma. La maggior parte di essi è emersa negli ultimi due anni.

Qual è lo stato della fusione nucleare in Cina

Già di per sé, le cifre principali relative agli sforzi della RPC nel campo della fusione sono significative. Il Dipartimento dell’Energia stima che la Cina abbia speso circa 1,5 miliardi di dollari all’anno per la fusione, rispetto ai 763 milioni di dollari del Governo degli Stati Uniti nel 2023. Entro il 2023, secondo la società di ricerca Astamuse, la Cina avrà superato gli Stati Uniti sia nel numero totale di brevetti sulla fusione che in una classifica che valuta la qualità e la quantità.

Per alcuni, queste statistiche non rendono l’idea del vero divario negli sforzi. Gran parte dei finanziamenti degli Stati Uniti sono destinati alla ricerca di base, al di fuori del percorso di commercializzazione. ITER – una collaborazione internazionale molto ritardata su un reattore a fusione che probabilmente fornirà i primi risultati dei test solo alla fine del 2030 – da solo ha ricevuto quasi il 31% dei finanziamenti statunitensi per la fusione nel 2023. Compreso ITER, secondo alcune stime, quasi due terzi dei finanziamenti statunitensi per la fusione sono destinati a progetti ‘legacy’ che non saranno direttamente rilevanti per la fusione commerciale su scala.

Pechino, al contrario, si concentra sulla realizzazione di un piano a breve termine per la diffusione della fusione e l’acquisizione della catena di fornitura della fusione. Nell’attuale 14° Piano quinquennale, la costruzione di “sistemi critici di reattori a fusione” è una delle principali priorità dello Stato in materia di infrastrutture nazionali di S&T.

Tabella di marcia della RPC

La tabella di marcia della Repubblica Popolare Cinese ruota attorno alla rapida realizzazione di una serie di reattori intermedi e di strutture di prova che colmeranno le sfide ingegneristiche critiche lungo il percorso verso quello che la Cina chiama China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR) – un reattore dimostrativo, il cui completamento è previsto per i primi anni 2030, che avrà l’obiettivo di generare oltre un gigawatt di potenza di fusione e di produrre quasi 30 volte l’energia immessa nella reazione di fusione (la National Ignition Facility con sede negli Stati Uniti, per fare un paragone, probabilmente non ha ancora prodotto 3 volte l’energia immessa).

Sebbene gli Stati Uniti abbiano già sviluppato tabelle di marcia per la fusione, il piano cinese si distingue per il ritmo e la consegna. Come amano dire i ricercatori statunitensi sulla fusione, ‘la Cina ha preso il nostro piaLa no di fusione e ha deciso di costruirlo’. Il Comprehensive Research Facilities for Fusion Technology (CRAFT), con sede a Hefei, un campus da centinaia di milioni di dollari che la Fusion Industry Association definisce ‘laboratorio nazionale di fusione’, ha già terminato la costruzione.

Quando sarà completamente operativo nel 2025, offrirà oltre quattro milioni di metri quadrati di spazio di laboratorio dedicato a risolvere le sfide note dell’ingegneria della fusione, tra cui la stabilità dei materiali, il test delle bobine, i superconduttori ad alta temperatura e l’allevamento e la gestione del trizio.

Mentre completava CRAFT, la Cina ha iniziato la costruzione del reattore Burning Experimental Superconducting Tokamak (BEST) – un secondo passo fondamentale nella tabella di marcia cinese. Basandosi su magneti superconduttori – un approccio simile a quello dell’azienda americana Commonwealth Fusion Systems – BEST potrebbe ottenere il primo guadagno netto di energia in un reattore tokamak.

Mentre altri tokamak, come ITER, hanno ristagnato e subito ritardi, BEST sta procedendo rapidamente. Le immagini satellitari del sito CRAFT nella città di Hefei mostrano l’inizio della costruzione di un importante cantiere adiacente, con la stessa disposizione e posizione del concept art del campus BEST. Previsto per raggiungere il plasma iniziale alla fine del 2027, BEST rappresenterà presto l’avanguardia globale della tecnologia di fusione a confinamento magnetico (MCF) e preparerà Pechino al completamento del CFETR pochi anni dopo.

Il tokamak cinese BEST

Immagini satellitari confermano la dimensione degli sforzi cinesi

Le immagini satellitari dell’attuale laboratorio CRAFT sembrano mostrare le fondamenta del reattore BEST sulla sinistra. Fonte: Google Earth (immagine satellitare fornita da Maxar Images, Airbus) (20 novembre 2023).

Guardare avanti

Nonostante i crescenti sforzi della Cina, rimangono aree di fusione in cui gli Stati Uniti  e l’occidente continuano ad essere leader. Inoltre la pprogrammazione centrale cinese permetterà si di concentrare le risorse nelle macchine della fusione di grande dimensione, ma, nello stesso tempo, non permette di esplorare strade alternative che, potenzialmente, potrebbero garantire il raggiungimento della fusione in modo più economico. Ad esempio la fusione cinetica, oppure  gli Stellarator, o la fusione Laser che, per ora, è la sola con vantaggio energetico.