Quando avremo disponibile la fusione come fonte energetica sarà una svolta epocale, potremo cominciare a dire pre e post-fusione.

I vantaggi sono enormi dall'avere la disponibilità in tutto il mondo del combustibile, perché è solo qualche chilogrammo d'acqua, noi elimineremmo i problemi geopolitici dell'approvvigionamento dei combustibili che ci sono adesso.

Salve a tutti, siete all'ascolto di INSiDER - Dentro la Tecnologia, un podcast di Digital People e io sono il vostro host, Davide Fasoli.

Oggi parleremo con ENEA di energia nucleare, provando a capire come funziona l'affissione e la fusione e che ruolo avranno in futuro le centrali nucleari.

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itTaxi, il principale consorzio italiano che consente di prenotare un taxi in molte città del paese, ha stretto un accordo con la società statunitense Uber, da quale potrà integrare i propri servizi di noleggio auto nella piattaforma di itTaxi.

In questo modo, da quando il servizio diventerà operativo entro la fine di giugno, gli utenti avranno la possibilità di scegliere su entrambe le applicazioni quale servizio utilizzare in base alle proprie preferenze.

Fino a poco tempo fa, il regolare servizio di Uber non copriva il territorio italiano, dato che è stato bandito ed etichettato come un concorrente sleale senza licenza del servizio taxi in Italia, lasciando quindi operativo solamente in alcune città Uber Black, paragonabile ad un classico servizio di NCC, noleggio con conducente, composto da regole specifiche e personale specializzato.

Con tale accordo, invece, il consorzio spera di aumentare il numero di utenti che utilizzano i taxi per gli spostamenti, raggiungendo di conseguenza, oltre agli italiani, anche la categoria dei turisti, decisamente più abituati ad utilizzare il famoso servizio di trasporto americano.

Uno dei principali obiettivi della NATO è quello di migliorare la sicurezza dei cittadini e prevenire quindi attacchi con armi o esplosivi in metropolitane, stazioni, aeroporti o in generale in luoghi affollati.

Da una collaborazione con ENEA, Polizia di Stato e ATAC, l'azienda dei trasporti Capitolina, è stato sviluppato e presentato Dexter, un innovativo progetto che ha lo scopo di individuare con tecnologie non invasive, da remoto e in tempo reale, potenziali portatori di armi o esplosivi e di conseguenza agire in anticipo per bloccare eventuali attacchi terroristici.

Il sistema, in particolare, fa un uso di dispositivi radar in grado di acquisire immagini 2D e 3D e spettroscopi, per rilevare tracce di esplosivi sulle superfici.

Tutti questi dati vengono poi analizzati in tempo reale da un sistema centralizzato, che grazie ad algoritmi di intelligenza artificiale, riesce a identificare le potenziali minacce e allarmare gli operatori di sicurezza.

Il sistema è stato inoltre già testato con successo presso la stazione della metro A di Roma e nel prossimo futuro avrà un ruolo centrale per migliorare la sicurezza dei cittadini, non solo nel nostro Paese, ma anche a livello internazionale.

Ad aprile avevamo parlato con ENEA, l'Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile di fonti di energia rinnovabile.

Oggi invece approfondiremo un altro settore energetico, quello che riguarda l'energia nucleare, provando a capire che cosa si intende per fissione e fusione nucleare e che ricerche si stanno facendo in questo ambito.

Per farlo è con noi Alessandro Dodaro, direttore del Dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare di ENEA.

Benvenuto Alessandro.

Buongiorno.

Come ho detto nella scorsa puntata che abbiamo realizzato con voi abbiamo parlato di energia rinnovabile.

Ci spieghi perché le fonti rinnovabili da un certo punto di vista hanno un limite e non sono sufficienti per soddisfare da sole il nostro fabbisogno di energia?

Per la loro stessa natura le fonti rinnovabili sono dipendenti in qualche modo dal clima o dal ciclo giorno-notte, quindi non è possibile con le sole rinnovabili fornire il 100% dell'energia in maniera continua, quindi bisogna assolutamente investire per renderle sempre più efficienti e sempre più performanti, ma bisogna garantire al tessuto industriale e a chi ha bisogno di energia elettrica sempre una fonte, un qualcosa che lo dia in maniera continua.

Il fatto stesso dell'elettrificazione del trasporto pubblico, del trasporto privato, quindi le auto elettriche che tutti vogliamo diventino la norma e non l'eccezione della nostra mobilità, aumentano questo fabbisogno di energia elettrica e con le sole rinnovabili è difficile pensare di arrivarci.

Consideri che nel 2021 circa il 40% dell'energia prodotta in Italia, del nostro fabbisogno energetico, era da fonti rinnovabili, pensare di più che raddoppiare questo contributo nel breve periodo è abbastanza un azzardo, anche se bisogna muoversi in quella direzione, e poi ripeto l'assenza di sistemi di accumulo di energia elettrica che siano economicamente sostenibili rende comunque necessario avverarsi di qualcos'altro.

Quindi ci servono delle tecnologie che ci permettano di produrre energia in modo continuativo.

Esattamente, quello che si fa con il gas, per esempio in Germania hanno deciso di utilizzare il gas come fonte di produzione di energia elettrica, come fanno con il nucleare i paesi tipo la Francia, la Finlandia eccetera, cioè garantire uno zoccolo duro di produzione che sia continuo.

E a proposito di nucleare, ci parli di fissione nucleare, che è la tecnologia che attualmente utilizziamo per produrre grandi quantità di energia e ci spieghi come funziona?

Beh, la fissione nucleare è un processo studiato e sviluppato negli anni ‘40 dello scorso secolo, purtroppo durante il periodo della seconda guerra mondiale, e che poi è stato industrializzato per usi pacifici negli anni ‘50.

Quindi è un processo ormai consolidato e sicuro che in 195 mila anni il reattore, che sarebbe gli anni di funzionamento di tutti i reattori nel mondo da quando sono stati costruiti e quando sono stati smantellati, abbiamo avuto solo tre incidenti di cui uno, quello di Chernobyl, ha purtroppo avuto delle conseguenze catastrofiche.

Quindi il resto sembra essere una flotta di reattori che non pone problemi all'ambiente e alla popolazione.

Tra l'altro le tecnologie attuali non permetterebbero la catena di errori che ha portato all'incidente di Chernobyl, quindi la sicurezza è al primo posto ed è una cosa veramente garantita in ambito nucleare.

Come funziona? Dei nuclei pesanti, tipicamente uranio, plutonio, torio, quando vengono colpiti da neutroni si scindono in due e producono una grande energia.

Questa energia serve per scaldare un fluido che al momento è principalmente acqua o gas.

Quest'acqua si trasforma in vapore per causa dell'energia termica che riceve, il vapore va in turbina, accoppiando un alternatore alla turbina si produce energia elettrica, quindi è come se fosse uno scaldabagno, solo che invece c'è una resistenza elettrica e dentro c'è il noccio di un reattore.

Cosa si fa? In futuro e già nel presente stiamo aumentando ancora di più i sistemi di sicurezza, quindi nelle centrali di terza generazione già realizzate o in costruzione in alcune parti del mondo, Francia, Finlandia, Emirati Arabi, UK, si punta su quelle che si chiamano i sistemi di sicurezza passivi, cioè dei sistemi di sicurezza che non hanno necessità di intervento umano o elettrico per essere attuati, ma sono semplicemente… risponde a delle leggi e la fisica.

Quindi in caso di incidente non è l'uomo la macchina che interviene, ma la fisica stessa che produce qualcosa che ferma il reattore e l'incidente.

Può essere per esempio un bacino d'acqua che si diversa nel nocciolo, secondo alcune tipologie di reattore, oppure dei coefficienti dati dalla configurazione del nocciolo che lo fanno spegnere se la temperatura si alza troppo.

Quindi non sono più soggetti a fallimento questo tipo di sistemi perché la legge della fisica non la cambia né l’uomo, né l’incidente.

Però anche questi reattori di terza generazione hanno il problema dei rifiuti a lunga vita, cioè quei rifiuti che hanno necessità di decine o centinaia di migliaia di anni per diventare innocui.

Allora stiamo andando verso una nuova generazione di reattori, quelli di quarta che sono il momento allo studio, nei quali cambia il ciclo del combustibile, cioè non si usa più uranio arricchito ma uranio naturale, che diventa molto più semplice da riprocessare e riutilizzare in un altro reattore o nello stesso reattore in cui è stato usato.

In questo modo è possibile minimizzare o annullare quasi i rifiuti a lunga vita.

L'obiettivo di questa quarta generazione è di là nel tempo, nel senso ci vorranno almeno 20-30 anni per avergli operativi.

Però nel frattempo stiamo andando verso una terza generazione avanzata, si chiamano Small Modular Reactor oppure Advanced Modular Reactor, che in alcuni casi, quelli raffreddati al piombo per esempio come il fluido refrigerante, hanno la possibilità di usare uranio naturale, quindi hanno lo stesso obiettivo della quarta generazione, solo che sono più piccoli, quindi più facili da costruire, i sistemi di sicurezza costano molto di meno e quindi potrebbero essere la flotta di reattori dell'immediato futuro, quindi 10-15 anni, avere disponibilità di questo tipo di reattori.

L'Italia in questo partecipa a tutte le iniziative internazionali, perché abbiamo un grandissimo know-how soprattutto sulla gestione dei metalli liquidi e quindi riusciamo a supportare chi cerca di realizzare un nucleare più sicuro e più sostenibile, quindi riducendo le scorie, nei paesi in cui questi reattori ancora funzionano, quindi cerchiamo di avere la sicurezza nei reattori che abbiamo vicino casa, per essere più sicuri anche noi e avere meno impatto ambientale con i rifiuti radioattivi.

Sì certo, perché non avendo centrali nucleari attivi nel nostro Paese, potete però fornire il vostro know-how ai paesi limitrofi e quindi contribuire anche alla sicurezza e a migliorare la sostenibilità.

Quindi ora abbiamo parlato di fissione nucleare, ma ormai sentiamo sempre più spesso parlare anche di fusione nucleare, ci spieghi quindi che cosa intendiamo quando parliamo di fusione e perché se abbiamo le attuali centrali a fissione ha comunque senso svilupparle?

Sì, allora la fusione nucleare si basa su un processo diametralmente opposto alla fissione, nella fissione un atomo pesante si scinde in due, nella fusione sono due nuclei leggeri che si uniscono e producono energia.

Ora per unire due nuclei bisogna superare la cosiddetta barriera Coulombiana, cioè la repulsione fra due oggetti che sono entrambi carichi positivamente e lo si fa portando un gas ionizzato che si chiama plasma a temperature altissime, parliamo di 100 milioni di gradi, quindi sei volte la temperatura e la superficie del sole. In questo modo, quando il plasma arriva a quelle temperature, i nuclei si fondono e producono una grande quantità di energia.

Questa energia viene trasformata in calore e il calore viene trasformato poi in vapore e il vapore va in una turbina come prima, diventa con alternatone energia elettrica.

In questo caso avrei dovuto usare il futuro, però, perché noi oggi siamo in grado di accendere il plasma, di ottenere la fusione, anche grandi quantitativi.

Al JET c'è stato il record di quasi 60 megajoule, quindi un'energia grandissima, mantenuto per cinque secondi il plasma acceso, quindi è un risultato dal punto di vista scientifico eccezionale.

Dal punto di vista pratico, però, di bilancio energetico, siamo ancora un po lontani dal pareggio.

Cosa vuol dire? Vuol dire che oggi fare per cinque secondi la fusione ha prodotto 60 megajoule, ma ne ha consumato quasi cento.

Perché si consuma questa energia? Allora, intanto bisogna confinare questo plasma, il plasma a 100 milioni di gradi se tocca le superfici le fonde, quindi non posso pensare di metterlo in un tubo e farlo muovere in quel tubo, perché il tubo si fonderebbe.

Allora hanno inventato il Tokamak, questa ciambella di acciaio particolare all'interno del quale c'è un vuoto molto spinto e in cui il plasma si muove man mano che si scalda, confinato da un campo magnetico, un campo magnetico che viene fatto attraverso superconduttori che magnetizzano dei materiali metallici, materiali magnetici.

Allora per tenere questo campo magnetico che è molto molto intenso si consuma tantissima energia elettrica.

Inoltre il plasma da solo non è che se continua a girare rimane caldo, pian piano si spegne, allora dobbiamo riscaldarlo dall'esterno, quindi dobbiamo immettere energia dall'esterno, quindi senza poter toccare il plasma, ma usando le radiofrequenze eccetera dobbiamo continuare a scaldarlo e anche questo consuma energia.

Si aggiunga che i superconduttori per funzionare devono stare a circa 5-10 gradi Kelvin, quindi 260 sotto lo zero e il plasma a due metri di distanza dei superconduttori si trova a 100 milioni di gradi, cioè riuscire a mantenere questo salto di temperatura è un'impresa tecnologica enorme ma che comunque stiamo vincendo.

Allora tutto questo fa sì che il cammino verso la fusione abbia tempi lunghi, nel senso che sono già 60 anni che si studia con molta attenzione questa tecnologia e fino ad adesso ci sono stati oltre dei grossi miglioramenti dal punto di vista tecnologico nella fusione anche tantissime ricadute.

I progressi nella superconduzione e nel magnetismo sono stati tali che i treni a levitazione magnetica che si vedono in Giappone e ormai stanno prendendo piede anche al resto del mondo sarebbero stati realizzati forse fra 100 anni se non si fosse investito in un ambito fusione per migliorare questa tecnologia.

Quindi questo è il motivo che rende difficile realizzare una macchina a fusione che abbia un bilancio energetico positivo, ma ci stiamo riuscendo nel senso che il reattore ITER adesso in costruzione a Cadarache che vedrà la luce nei prossimi anni sarà un reattore che dimostrerà che è possibile, perché lo farà sperimentalmente, produrre più energia di quella necessaria, quindi avremo questo guadagno che è fondamentale perché se noi abbiamo un reattore che continua a consumare più di quello che produce non serve a nulla, stiamo perdendo energie.

ITER lo dimostrerà, a fianco ad ITER c'è anche un altro esperimento che stiamo realizzando in Italia che si chiama “Divertor Tokamak Test facility” che ha come obiettivo quello di dimostrare, di trovare un materiale, il divertore che permetta di scaricare il plasma esausto, il plasma esausto è tutto ciò che è il residuo della fusione. Immaginiamo un'automobile, nel carburatore c'è la benzina miscelata con l'aria, la benzina esplode, dà dell'energia e poi viene scaricata dalla marmitta e dal tubo di scappamento.

Nel nostro caso, facendo il parallelismo, nel motore che è il Tokamak avviene il processo di fusione, la parte usata, esausta, deve essere scaricata ma non può andare nell'ambiente perché comunque ha una temperatura di milioni di gradi, allora la si scarica su un oggetto che si chiama divertore e che nei tokamak attuali è perfettamente funzionante, ma in un reattore commerciale in cui le potenze in gioco saranno molto più elevate non è probabilmente sufficiente, quindi noi cerchiamo, qui a Frascati, realizzando il DTT, una configurazione di materiali e geometrica per il divertore che permetta di scaricare queste enormi potenze.

Gli risultati nostri e quelli di ITER faranno sì che il reattore DEMO, che è il prossimo futuro, potrà essere realizzato e messo in esercizio.

Molto interessante, quindi è questo il contributo, il ruolo che ENEA ha nello sviluppo di queste grandi centrali a fusione?

Non solo questo, nel senso che oltre alla realizzazione di questa che è un'impresa da 600 milioni e che porta tutta la comunità internazionale a collaborare con noi qui a Frascati, ENEA ha un ruolo molto importante anche in ITER perché oltre a fare molte attività di ricerca e sviluppo direttamente per l'organizzazione e per la realizzazione della macchina, la progettazione, ENEA funge anche da tramite fra le industrie italiane e l'organizzazione che realizza ITER.

Consideriamo che ITER è stata fatta… viene costruita da un consorzio fatto dall'Unione Europea, Stati Uniti, Cina, Corea, Giappone e Russia ed India, quindi tutta il Gota della fusione mondiale sta contribuendo a realizzare ITER.

Le imprese italiane anche grazie al nostro lavoro di Industrial Liaison Officiers si sono aggiudicati un miliardo e 800 milioni di commesse arrivando per ora al secondo posto dietro la Francia fra i paesi che contribuiscono e sono tutte gare, non sono affidamenti diretti, cioè la nostra compagine industriale è molto preparata, molto agguerrita e riesce da giudicarsi a dire molto importanti in questo ambito.

Sì, quindi è proprio una questione di competenze, chi ha più competenze riesce a vincere queste gare.

Un'altra cosa interessante che è emersa dalle tue parole e che volevo sottolineare è proprio questo aspetto che ritroviamo anche in altri ambiti tecnologici ed innovazione è che una ricerca, in questo caso nella superconduzione e nel magnetismo, può portare a innovare altri settori come quello appunto dei treni a levitazione magnetica.

Tornando allo sviluppo di queste centrali a fusione, parliamo di date, le previsioni parlano di almeno 50 anni per terminare gli studi in questo ambito, ma quindi perché serve così tanto tempo, quali sono gli ostacoli?

I motivi sono essenzialmente tecnici, nel senso che oggi siamo in grado di produrre dell'energia, ma non in maniera sufficiente per compensare quella utilizzata.

Stiamo lavorando sui materiali per il divertore, stiamo cercando di ottimizzare il comportamento del plasma… o meglio l'imbrigliamento del plasma all'interno del Tokamak, a che in modo da ridurre anche la quantità di energia necessaria per tenerlo acceso e tutto questo viene fatto in parallelo da tutti gli impianti sperimentali presenti nel mondo, perché sono tanti, i più importanti oggi a parte il JET che sta in Gran Bretagna sono KSTAR, il tokamak coreano, e quello ancora più importante in Giappone che si chiama JT-60.

Ognuno di questi impianti affronta, diciamo “nel suo piccolo” tra virgolette perché sono impianti imponenti, uno dei temi che deve essere affrontato per arrivare a demo.

Quindi la scaletta dei tempi è necessaria perché abbiamo bisogno di vent'anni di sperimentazione su ITER, JT-60, DTT, KSTAR eccetera, per avere i risultati che ci permetteranno all'inizio della seconda metà del secolo di realizzare questo reattore DEMO, che appunto sarà il primo che metterà energia elettrica in rete, ma tutta questa mole di dati deve arrivare dalle varie campagne sperimentali che si fanno in questi tokamak e ci permetteranno di fare un progetto e una realizzazione di una macchina che è la sfida più grande della tecnologia dell'ultimo secolo.

Visto che hai citato l'aspetto della cooperazione internazionale e che in questo periodo viene ancora più naturale riflettere su questo tema, perché è importante questa cooperazione? Perché è necessaria? Si potrebbe sviluppare una tecnologia così complessa da soli, singoli stati?

Tutto è possibile naturalmente, ma è una questione di tempi e di possibilità di fare investimenti.

È chiaro che un paese come gli Stati Uniti o la Russia o la Cina potrebbero portare avanti un programma autarchico e arrivare alla fusione come hanno fatto con la fissione, perché all'epoca non c'era molta collaborazione.

Però il problema è un problema di investimenti e di possibilità di avere dati sperimentali.

Allora, mettere a fator comune le competenze, le conoscenze e gli investimenti di tutti è una cosa che renderà più facile questo cammino, che però è difficilissimo.

Quindi a mio avviso senza lavorare insieme ci si arriverà fra 200 anni, se invece si lavora tutti insieme, la speranza è che nella seconda metà del secolo avremo dei reattori a fusione.

Sì, quindi si tratta di unire il più possibile le forze per raggiungere prima questo obiettivo così ambizioso.

In conclusione, volevo farti una domanda che esula un po dall'aspetto scientifico che abbiamo intrapreso ora, e cioè una domanda che riguarda il ruolo che avrà la presenza di centrali a fusione commerciali nel mondo, e cioè avere a disposizione così tanta energia senza praticamente produrre scorie che in patto avrà sullo sviluppo della società?

Secondo me quando avremo disponibile la fusione come fonte energetica sarà una svolta epocale, cioè potremo cominciare a dire pre e post fusione.

I vantaggi sono enormi dall'avere la disponibilità in tutto il mondo del combustibile, perché solo qualche chilogrammo e qualche chilogrammo d'acqua c'è ovunque, anche nel deserto del Sahara, noi elimineremo i problemi geopolitici dell'approvvigionamento dei combustibili che ci sono adesso, quando ci sono crisi in Medio Oriente il petrolio aumenta e quindi la mobilità costa di più, se ci sono altri tipi di crisi aumenta il prezzo del gas.

Invece con la fusione questo sparirebbe completamente, in qualsiasi paese dotato della tecnologia si potrebbero fare reattori a fusione e il paese avrebbe la propria fonte energetica.

Tra l’altro avendo la caratteristica di collaborazione internazionale è chiaro che la tecnologia sarà di tutti, cioè se Cina, Stati Uniti, Giappone, Italia e tutta Unione Europea riescono a fare questa cosa, poi non se la possono tenere per sé, quindi diventa una tecnologia che sarà disponibile veramente per tutti a livello planetario.

Detto questo, altri vantaggi quali sono? Allora abbiamo detto quello dei rifiuti radioattivi, non è cosa da poco perché il lascito che ci sarà alle generazioni future dei reattori a fusione è semplicemente identico o molto simile a quello che oggi viene prodotto per attività che non hanno niente a che vedere con l'energia, parlo di biomedicale, ricerca, sviluppo, industria, tutte queste cose producono rifiuti radioattivi, ma sono rifiuti radioattivi che possono essere gestiti in un deposito superficiale che è 300 anni e poi è tutto innocuo, con la fissione purtroppo questo ancora oggi non avviene.

L'ultimo vantaggio è quello degli incidenti, nel senso che la fusione veramente può essere una tecnologia che possiamo tenere vicino a casa senza dover trovare un posto isolato eccetera, perché in caso di incidente l'unica cosa che succede è che si ferma l'impianto, magari l'impianto può avere dei danni economici grandi perché bisogna ricostruirne delle parti e rimetterlo in funzione, ma sull'ambiente l'impatto sarà del tutto trascurabile, quindi potremmo finalmente vivere in abbondanza di energia, perché se ne produrrà quanta ne vorremo, senza rischi e a disposizione di tutti.

A quel punto veramente il mondo cambierà perché non ci sarà più corsa a produrre in modo particolare o pericoloso.

Va bene, grazie Alessandro per averci spiegato in modo così chiaro un tema che è estremamente complesso, dei temi che sono estremamente complessi e anche per questa tua riflessione finale con la quale concordo in pieno.

Grazie ancora, a presto.

Arrivederci.

E così si conclude questa puntata di INSiDER - Dentro la Tecnologia.

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