Fusione nucleare su piccola scala? L’obiettivo che si è data Avalanche Energy, con componenti disponibili commercialmente

Uno dei beneficiari di questa bonanza, Avalanche Energy, spera di riuscire dove altri hanno fallito con un approccio efficiente in termini di capitale e di dimensioni per generare elettricità dalla fusione. La startup per l’energia da fusione nucleare, con sede a Seattle, intende utilizzare una tecnica elettrostatica non convenzionale per ridurre le dimensioni della sua cella di fusione modulare a quelle di un estintore.

Per ottenere la fusione, l’idrogeno deve essere convertito in plasma, una trasformazione che richiede temperature di milioni di gradi, molto più calde persino del nucleo del sole. Nel mezzo del plasma, gli elettroni con carica negativa si separano dai nuclei atomici con carica positiva.

Le macchine per la fusione comprimono e confinano il plasma per spingere i nuclei liberati così vicini da superare le forze elettrostatiche repellenti e infine fondersi. Questo processo rilascia neutroni, ed è questa energia che gli scienziati sognano di raccogliere per fare cose come azionare una turbina convenzionale. Il problema è che per catalizzare la fusione è necessaria più energia di quanta ne risulti dal processo, molta di più. Il Santo Graal che tutti cercano è un processo che crea più energia di quella necessaria per alimentarlo, detta anche energia netta o produzione positiva.

Molti dei team che si occupano di fusione lavorano su scala gigantesca e richiedono laser giganti o magneti massicci in materiali esotici, senza contare le ingenti somme di denaro e il personale. I dispositivi di confinamento magnetico, come i tokamak, richiedono grandi proprietà immobiliari: il progetto europeo del reattore termonucleare sperimentale internazionale occupa quasi 450 acri.

In netto contrasto, l’approccio modulare su piccola scala di Avalanche è più simile al design delle batterie per veicoli elettrici di Tesla, ha dichiarato in un’intervista a Canary Media il cofondatore e CEO Robin Langtry. Si tratta di centinaia di piccole celle che possiamo produrre in serie in una fabbrica di giga-fusione. Potrebbero servirne poche per un’auto, una dozzina per un autobus, forse 100 per un aereo”.

Langtry e l’altro cofondatore di Avalanche, il direttore operativo Brian Riordan, hanno lavorato entrambi per anni presso la società di esplorazione spaziale Blue Origin di Jeff Bezos. Come dice Langtry, “stavano lavorando su alcune delle prime architetture per il signor Bezos”, poi hanno deciso di concentrarsi su “qualcosa di più vicino alla Terra”, anche se poi il suo reattore sarebbe stato scelto per uno sviluppo come generatore per i viaggi spazioni.

“Quello che ci piace del ‘nuovo spazio’ è che è davvero veloce da testare”, ha detto Riordan, che vuole applicare questo principio di progettazione veloce da testare allo sviluppo della fusione nucleare. Le dimensioni ridotte, la natura modulare e l’architettura un po’ meno esotica del prototipo di Avalanche si prestano a questo processo.

“Storicamente, un esperimento di fusione richiede anni, se non decenni, e miliardi di dollari per essere messo a punto, ma Avalanche è in grado di eseguire esperimenti reali poche volte alla settimana con una spesa di pochi milioni di dollari”, secondo Clay Dumas, general partner di Lowercarbon Capital e investitore di Avalanche.

Invece di affidarsi a massicci magneti superconduttori, il prototipo di Avalanche Energy utilizza campi elettrostatici per intrappolare gli ioni di fusione, impiegando anche una tecnica di confinamento degli elettroni di magnetron per raggiungere densità ioniche più elevate. La reazione di fusione che ne deriva produce neutroni che possono essere trasformati in calore.

Il magnetron utilizzato dalla startup è una variante di un dispositivo “che si trova nei forni a microonde di tutti i giorni” che permette di ottenere le “densità e le sezioni d’urto necessarie per la fusione”, secondo l’investitore di Avalanche Joshua Posamentier, managing partner di Congruent Ventures.

Riordan ha dichiarato a Canary: “Questa configurazione non aveva laser giganti e magneti giganti, e la sua fisica non voleva essere in un fattore di forma più grande di un estintore. [È il fattore di forma giusto per la scalabilità, la costruzione rapida, i test, le correzioni e l’iterazione in cicli di sviluppo stretti. Volevamo fare un reattore di piccole dimensioni perché pensavamo che fosse la strada per la scalabilità”.

L’obiettivo è “costruire davvero una di questi generatori”, dice Langtry. Il primo passo consiste nel finanziare un piccolo team per costruire un minuscolo reattore a fusione a un ritmo molto veloce. Avalanche prevede che la cella di fusione modulare proposta, che avrà un diametro di circa 5 pollici, produrrà da 5 a 15 kilowatt di potenza.

L’azienda sottolinea che il suo magnetron è una variante di un dispositivo di uso quotidiano e che la tecnologia della base elettrostatica è un derivato di un prodotto disponibile da ThermoFisher Scientific, ampiamente utilizzato per la spettrometria di massa commerciale. Stiamo prendendo due dispositivi già esistenti, che si possono acquistare in commercio per varie applicazioni”, ha detto Langtry. “Li stiamo solo mettendo insieme in un modo nuovo e interessante a tensioni molto più elevate” per costruire un prototipo di “fusione a ricircolo di fascio”.

Avalanche ha ricevuto un finanziamento relativamente modesto di 5 milioni di dollari in un round guidato da Azolla Ventures insieme a Congruent Ventures e Lowercarbon Capital di Chris Sacca – una semplice goccia nello tsunami di denaro che sta affluendo nella tecnologia della fusione nucleare in questi giorni. La startup si trova a competere con attori molto più grandi e ricchi che stanno costruendo prototipi di fusione su scala  massiva.

TAE Technologies ha raccolto più di 880 milioni di dollari da investitori come Vulcan, Venrock e Google. Il progetto di fusione di TAE spara fasci di plasma in un recipiente dove vengono trattenuti da un campo magnetico. Il progetto condivide alcune proprietà con gli acceleratori di particelle.

Helion Energy ha chiuso alla fine dello scorso anno un round di raccolta fondi di 500 milioni di dollari per la sua fusione magneto-inerziale che combina la fusione magnetica e il riscaldamento della fusione inerziale pulsata. Sam Altman, ex presidente di Y Combinator, ha guidato il round di finanziamento. L’intento di Helion è quello di convertire l’energia di fusione direttamente in elettricità, saltando la fase di raccolta del calore.

La canadese General Fusion, sviluppatrice della fusione con bersaglio magnetizzato (un processo che combina anche il confinamento magnetico con la compressione e il riscaldamento del confinamento inerziale), sostiene di stare sviluppando “il percorso più veloce, pratico e a basso costo verso l’energia di fusione commerciale”. L’azienda ha raccolto 322 milioni di dollari da investitori tra cui Bezos Expeditions.

Il progetto del reattore di Zap Energy comprime il plasma con un getto di corrente elettrica che crea un campo magnetico, invece di utilizzare costosi magneti. Nel 2021 Zap ha raccolto 27,5 milioni di dollari in finanziamenti di serie B per la sua tecnologia di energia da fusione in un round guidato da Addition. L’azienda prevede un reattore a fusione delle dimensioni di un camper che fornisca 200 megawatt di energia termica.

Riordan sostiene che le dimensioni ridotte di Avalanche le conferiscono un vantaggio rispetto agli operatori più grandi. A suo avviso, chiedere 5 milioni di dollari per finanziare un team di 15 persone per dimostrare la fisica fondamentale è molto meglio che chiedere: “Potete darmi 1,5 miliardi di dollari per costruire un tokamak?”.

Gli amministratori delegati delle startup che operano nel settore della fusione si lasciano spesso andare a una serie di dichiarazioni aggressive sulla rapidità con cui le loro aziende porteranno la fusione commerciale sul mercato, con tempi che vanno da pochi anni a un decennio. Anche l’amministratore delegato di Avalanche promette una tempistica ridotta per la commercializzazione: “Non siamo a 10 anni di distanza. Siamo molto più vicini”.

L’approccio progettuale di Avalanche potrebbe aprire nuove applicazioni per la fusione che non riguardano la connessione alla rete elettrica, am per mini cellule energetiche per sistemi separati, come ad esempio il trasporto. Dato che si sono dati degli obiettivi a breve termine sapremo presto se funziona o no.