Fusione Nucleare: in Germania parte lo Stellarator che la produrrà nel 2031

Proxima Fusion, una start-up europea che si occupa di energia da fusione, ha presentato Stellaris, che secondo l’azienda è il primo concetto integrato al mondo per una centrale elettrica a fusione commerciale progettata per un funzionamento continuo e affidabile. Pubblicato su Fusion Engineering and Design, utilizza un’ottimizzazione computazionale avanzata, magneti superconduttori ad alta temperatura (HTS) e tecnologia stellarator quasi-isodinamica (QI) per portare l’energia da fusione vicino alla commercializzazione, ha affermato l’azienda.

Stellaris si basa sui risultati dell’esperimento di ricerca Wendelstein 7-X (W7-X) in Germania, il prototipo di stellarator QI più avanzato al mondo, diretto dal Max Planck Institute for Plasma Physics e frutto di oltre 1,3 miliardi di euro (circa 1,4 miliardi di dollari) di finanziamenti da parte del governo federale tedesco e dell’Unione Europea.

Principio del flusso di plasma in uno stellarator

Con Alpha, il suo prototipo di stellarator, Proxima Fusion è pronta a produrre energia da fusione netta entro il 2031. In un’intervista con EE Times, l’amministratore delegato di Proxima Fusion, Francesco Sciortino, ha sottolineato un chiaro percorso verso la fusione nella rete elettrica nel prossimo decennio, affrontando la sicurezza energetica europea e le esigenze energetiche mondiali.

Soluzioni di fusione

Lo stellarator e il tokamak, alcuni dei più antichi e studiati tipi di sistemi di fusione, sono forme di fusione a confinamento magnetico. Gli stellarator e i tokamak utilizzano magneti ad alto campo per confinare il plasma caldo all’interno di una configurazione molto specifica. Questa operazione è nota come confinamento magnetico.

Il tokamak utilizza una camera a vuoto toroidale simmetrica circondata da bobine magnetiche, oltre a una corrente che scorre all’interno del plasma e fornisce parte del campo magnetico. Lo stellarator, invece, segue un approccio diverso: utilizza solo bobine esterne, senza indirizzare direttamente una corrente nel plasma. Storicamente questo è stato ottenuto attraverso magneti più complessi e intrecciati.

Secondo Proxima Fusion, gli stellarator offrono molti più gradi di libertà e consentono un’ottimizzazione sorprendente rispetto ai tokamak, che sono piuttosto rigidi. Sebbene i tokamak abbiano aperto la strada alla scienza della fusione, la fattibilità della costruzione di stellarator segna l’inizio di una nuova era nello sviluppo della fusione.

Lo sviluppo di uno stellarator moderno dipende molto dall’ottimizzazione computazionale, che consente iterazioni di progettazione più rapide prima dell’inizio della costruzione vera e propria. Proxima Fusion filtra i possibili concetti di progettazione e genera modelli surrogati da testare utilizzando tecniche moderne, tra cui reti neurali informate dalla fisica e altri approcci di apprendimento automatico.

Come lo Stellarator contiene in pratica il flusso di plasma

Questo metodo accelera lo sviluppo consentendo un’indagine più efficace su diversi progetti. Tuttavia, l’ottimizzazione degli stellarator è un compito multidisciplinare molto difficile che richiede un equilibrio tra ingegneria, modellazione computerizzata e fisica. Per ottenere i migliori risultati per la generazione di energia da fusione, è necessario valutare attentamente molti compromessi scientifici e tecnici.

Magneti HTS: efficienza e compattezza in Stellaris

L’integrazione dei magneti HTS in Stellaris è un’innovazione chiave che migliora sia l’efficienza che la compattezza. Consentendo campi magnetici più elevati, la tecnologia HTS riduce significativamente le dimensioni del reattore poiché la potenza di fusione è proporzionale alla quarta potenza del campo magnetico.

Inoltre, secondo Proxima Fusion, i magneti HTS sono più stabili e meno sensibili alle variazioni di temperatura rispetto ai vecchi superconduttori a bassa temperatura, semplificando i requisiti criogenici e riducendo il consumo energetico.

“I magneti HTS ci consentono di raggiungere campi magnetici [B] molto più elevati e, di conseguenza, di mantenere le dimensioni del dispositivo molto più ridotte, poiché la potenza di fusione aumenta notevolmente con il campo magnetico [potenza di fusione ~ B^4]. Scalare la tecnologia HTS è impegnativo perché ci sono sfide meccaniche, elettriche e termiche interconnesse. Nessuno ha costruito magneti stellaratori HTS alla scala che noi miriamo a raggiungere. Se ci riusciremo, avremo la possibilità di costruire stellaratori molto più compatti ed economicamente sostenibili”, ha dichiarato l’azienda.

Finanziamenti, partnership e iter normativi per Stellaris

Per portare l’energia da fusione nella rete elettrica entro il prossimo decennio, Proxima Fusion sta attivamente cercando finanziamenti, partnership e approvazioni normative. L’azienda intende completare la progettazione ingegneristica per Alpha, il primo dispositivo di fusione in assoluto che dimostra Q>1 (produzione netta di energia) in regime stazionario entro il 2031 e sta attualmente raccogliendo fondi per aiutare il suo prototipo Stellarator Model Coil.

Questo traguardo ridurrà la distanza da una centrale elettrica di classe Stellaris, la prima nel suo genere, che l’azienda prevede di costruire negli anni 2030, stabilendo la fusione come fonte di energia pratica.