Fusione Nucleare: la prima centrale commerciale sarà in linea nel 2030 con la fusione al Boro

Il problema della fusione nucleare, principio fisico noto da decenni, è stato quello di avere un bilancio energetico netto positivo, cioè ottenere dalla reazione nucleare più energia di quante utilizzata per innescarla, al netto delle perdite di trasformazione da energia tecnica a energia elettrica. Ora la TAE Technologies ritiene di poter arrivare presto a questo risultato e quindi  alla prima installazione commerciale potrebbe avvenire nel Regno Unito.

“Siamo la più longeva società di energia da fusione”, afferma R. David Edelman, Chief Policy & Global Affairs Officer di TAE Technologies. “Siamo stati fondati nel 1998 con un unico obiettivo: sviluppare la forma più pulita e commercialmente valida di energia da fusione”. L’approccio di TAE Technologies consiste nell’utilizzare il boro-11 e l’idrogeno invece del deuterio-trizio (due isotopi dell’idrogeno), che è il combustibile più comune per gli attuali reattori a fusione, perché è il più facile da fondere.

“Una delle sfide che i nostri fondatori hanno individuato è stata quella di trasformare una reazione come questa in una fonte di energia commercialmente valida”, spiega Edelman. “Ci sono una serie di vantaggi associati al boro-11 che non esistono con altri combustibili, in particolare il fatto che la reazione di fusione primaria non produce un carico di neutroni”. Sebbene la fusione in generale non produca tanti neutroni quanto la fissione nucleare, si tratta comunque di particelle molto pericolose per il corpo umano. “Quando si ha a che fare con i neutroni, si ha a che fare con un dispositivo più difficile da gestire, che potrebbe dover essere sostituito, che potrebbe dover essere eliminato, che è più difficile da far funzionare“.

La fusione normalmente studiata fonde due atomi di idrogeno, uno come isotopo deuterio (con un neutrone) e trizio (con due neutroni) ottenendo un atomo di elio e un neutrone altamente energetico che deve essere catturato.

La fusione studiata ed applicata dalla TAE invece viene ad utilizzare il Boro 11 a cui si aggiunge un atomo di idrogeno semplice (un protone) ottenendo quindi prima un isotopo altamente instabile del carbonio (carbonio 12) che quindi si scinde in tre atomi di elio, senza emissione di neutroni.

TAE Technologies ha scelto l’idrogeno e il boro-11 come combustibile. “Avremmo una macchina costosa da costruire in un primo momento, ma molto più economica da far funzionare e che potrebbe avere una vita molto più lunga“, dice Edelman. Il problema è che la temperatura di esercizio è molto più alta, dai 1400 ai 4700 gradi Celsius, e proprio per risolverlo è nata la TAE come ramo operativo dell’Università di Irvine (CA). TAE è stata   fondata dal dottor Norman Rostoker, con l’aiuto di Michl Binderbauer, che ora è amministratore delegato.

La loro intuizione è stata quella di coniugare la fisica del plasma tradizionale con la fisica delle particelle. Gli acceleratori di particelle vengono utilizzati per guidare e sostenere la reazione di fusione. Questo genera anche un campo magnetico che contiene la reazione, in un processo chiamato Field Reverse Configuration (FRC). La temperatura della fusione non consente di utilizzare un qualsiasi metallo come contenitore: si scioglierebbe. Si ricorre invece a una bottiglia magnetica. La maggior parte dei reattori a fusione utilizza magneti esterni. “Far fondere gli atomi non è la parte più difficile“, dice Edelman. “Lo facciamo da decenni. La parte difficile è mantenere la reazione abbastanza efficiente da produrre più energia di quanta se ne assorba. Quando si dispone di un sistema come il nostro che produce il proprio campo magnetico, improvvisamente si ha una scorciatoia per ridurre la quantità di energia da immettere nel dispositivo per ottenere risultati eccezionali“.

Finora, TAE Technologies ha costruito cinque reattori sperimentali, tutti con sede in California. L’azienda sta attualmente costruendo una macchina sperimentale in grado di superare i 100 milioni di gradi, che è quanto richiesto per ottenere l'”energia netta”, cioè avere più energia di quanta se ne è immessa. “Il nostro ultimo dispositivo, chiamato Norman dal nome del nostro fondatore, è stato in grado di raggiungere i 70 milioni di gradi, quindi siamo al 70% della strada per raggiungere questo traguardo“, spiega Edelman. “Era stato costruito solo per raggiungere 50 milioni di gradi, ma siamo riusciti a spingere, quindi siamo molto ottimisti. Abbiamo dimostrato molte delle condizioni fondamentali che ci permetteranno di raggiungere il traguardo dell’energia netta tra qualche anno con il nostro prossimo dispositivo, che si chiamerà Copernicus“.

Un fattore chiave del reattore di TAE Technologies è che il combustibile boro-11 è sia abbondante che economico. “Si trova nella sabbia, nell’acqua di mare“, dice Edelman. “Può essere estratto con grande facilità e ne serve relativamente poco per una reazione di fusione. In effetti, per alimentare una centrale a fusione su scala tipica – da 350 a 500 megawatt di potenza – servirebbero solo poche centinaia di grammi di boro per un anno di funzionamento“. Controllando i fornitori scientifici, al momento in cui scriviamo Sigma-Aldrich vende 5 g di ossido di boro-11B per 218 dollari, quindi i costi del combustibile per la fusione saranno insignificanti. Il 2030 è quasi dietro l’angolo per cui l’obiettivo di TAE sembra molto ambizioso, e presto, con Copernicus, sapremo se sarà raggiungibile.