Alpha Analysis – ISSN 2531-4254

Eni Spa e l’energia che alimenta il sole e le stelle

La fusione nucleare

di Andrea Canzilla

I governi di tutto il mondo stanno adottando con cura una serie di politiche che impongono  all’intero comparto energetico di avviarsi verso un virtuoso processo evolutivo finalizzato alla produzioni di energia sempre più pulita ed a basso impatto ambientale.

L’Italia tramite il suo colosso dell’energia Eni Spa si trova ad oggi in una posizione di vantaggio rispetto gli altri Paesi per quanto riguarda l’evoluzione di tecnologie che permettono la produzione di un’energia pulita ed inesauribile, non si esagera affatto nell’affermare che i primi che riusciranno a sviluppare le tecnologie idonee per produrre energia senza incrementare l’inquinamento atmosferico, potrebbero influenzare a proprio vantaggio l’intero mercato mondiale dell’energia.

Le strategie incentrate sull’abbassamento del consumo di energia si sono da subito dimostrate fallimentari, tale affermazione trova riscontro con quanto dichiarato della US Energy Information Administration (EIA), il consumo di energia elettrica globale crescerà di oltre il 50% tra il 2019 ed il 2050, tale cambiamento sarà dovuto dalla sempre maggiore dipendenza del consumo di elettricità nella nostra vita quotidiana, ma in gran parte dall’inarrestabile aumento della popolazione mondiale che nello stesso periodo passerà dagli attuali 7,7 miliardi di abitanti a 10 miliardi nel 2050.

Eni Spa oltre allo studio di tecnologie per la produzione di energia elettrica già ampiamente conosciute come il solare, l’eolico e del moto ondoso, sta studiando con alcuni cerchi di ricerca come produrre energia tramite fusione nucleare, fonte di energia fondamentale dell’universo che alimenta il sole e le stelle, un progetto molto importante e realistico chiamato SPARC permetterà di creare la prima centrale a fusione nucleare entro 10/15 anni, il tutto grazie alla collaborazione con il Maassashuchetts Institute of Thecnologies ( MIT ) con il quale collabora da diversi anni.

Eni Spa colosso dell’energia italiana è una società partecipata di Stato tramite il Ministero del Tesoro e della Cassa Depositi e Prestiti , ha deciso da tempo di investire parte del suo ricavato nella ricerca per fonti di energia alternative in modo da poter differenziare il suo portafoglio.

In funzione di questo è membro fondatore del MITEI ( MIT Energy Initiative ) il quale direttore è il Dott.C.Armstrong Robert professore di ingegneria chimica al MIT (Massashuchetts Institute of Thecnologies) , principale istituto universitario a livello mondiale per l’innovazione rivoluzionaria.

Lo scopo principale di questa società  è creare soluzioni a basse emissioni e/o senza emissioni di carbonio che soddisfino in modo efficiente i fabbisogni energetici globali riducendo al minimo gli impatti ambientali e mitigando i cambiamenti climatici.

MIT ed Eni Spa hanno collaborato più volte in passato ed uno dei primi progetti è stato quello del Eni-MIT Solar Frontiers Centre istituito nel 2010 al MIT per lavorare su nuove tecnologie solari, questa collaborazione ha dato origine alle celle solari più sottili e più leggere mai prodotte, inoltre in passato hanno anche collaborato con il Politecnico di Milano per progettare e costruire un concentratore solare a basso consumo tenendo i costi di costruzione relativamente bassi.

L’AD di Eni Spa Claudio Descalzi ha precedentemente sottolineato che dal 2008 all’anno scorso hanno già ridotto le emissioni dirette del 28% e puntano entro il 2025 di ridurre la loro produzione di barili ( petrolio ) del 43%.

Recentemente Eni ha deciso di puntare fortemente in particolare su un progetto del MIT, ovvero la creazione di un reattore a fusione nucleare, progetto una volta reputato utopistico oggi divenuto realtà grazie al lavoro di innumerevoli scienziati che negli ultimi decenni hanno lavorato senza sosta nel campo della fisica nucleare.

Eni Spa ci crede ed ha deciso di investire 50 milioni di $ per rilevare  del 40% di una nuova società privata  la CFS ( Commonwealth Fusion System ) società indipendente a fini di lucro creata da ex dipendenti e studenti del MIT ( Massashuchetts Institute of Thecnologies ) i quali puntano a velocizzare ed economizzare lo sviluppo dell’energia elettrica prodotta con la fusione per la commercializzazione, con questa mossa economica Eni Spa garantirà il sostenimento delle ricerche per i prossimi anni ed inoltre entrerà a far parte del consiglio di amministrazione di CFS.

CFS lavorerà per  procurare ulteriori finanziamenti per la ricerca sulla fusione , inoltre Eni Spa ha investito 2 milioni di $ al PSFC ( Plasma  Science  Fusion  Centre ), soldi che sono serviti per creare un laboratorio  per l’innovazione nelle tecnologie di fusione chiamato ” LIFT” nel quale si lavorerà per studiare gli effetti degli altri campi magnetici sulla fluidodinamica del sale fuso, elemento fondamentale per la costituzione della “coperta ad immersione liquida” il quale può esser identificata come un flusso di sale fuso che circonda completamente il nucleo dell’energia della fusione nucleare.

Come detto dal direttore del MITEI Dott. C.Armstrong Robert   “la fusione è unica in quanto a tecnologie a basso carico di carbonio, non ha nessun rischio di reazione fuori controllo e nessun rifiuto significativamente radioattivo”, produce anche energia termica, quindi quindi può esser utilizzata sia per il calore che per l’energia di potenza.

La collaborazione tra il MIT ed il CFS grazie ai 50 milioni di $ arrivati dall’ENI permetterà l’evoluzione dei superconduttori ad alta temperatura, lavoro avviato negli anni 70 e sovvenzionato da decenni dal governo federale degli USA.

Questi superconduttori chiamati TOKAMAK sono formati da un particolare anello di acciaio rivestito da un composito di ossido di ittrio-bario-rame chiamato YBCO e sfruttano cambi magnetici particolari che servono per tener in posizione il plasma caldo senza farlo entrare in contatto con le pareti del reattore.

Il progetto  nel quale Eni Spa ha deciso di puntare con forza si chiama SPARC, esso è un reattore a fusione nucleare innovativo, evoluzione di un design TOKAMAK avviato nel 70 grazie anche al lavoro del Dott.Bruno Coppi e del Dott. Ron Parker, I quali stabilirono numerosi record grazie allo studio della fisica conservativa e orientato al perfezionamento del vecchio reattore ALCATOR C-MOD.

Questo prototipo di reattore fu finanziato dal governo USA in particolar modo tramite il Dipartimento dell’energia, il quale pochi anni fa tagliò i fondi destinati al progetto, passò dai 28 milioni di $ iniziali a 14, per poi riportarli a 28 milioni poco tempo dopo .

Un progetto simile a SPARC si sta evolvendo nel sud della Francia tramite un consorzio internazionale finanziato da USA, Russia, Cina, Giappone, Corea del sud, India ed UE, esso al momento è il progetto più grande al mondo, ma vista la sua composizione amministrativa risulta essere più lento di SPARC e non riuscirà ad ottenere risultati soddisfacenti prima del 2050.

Va sottolineato che l’Italia anche nel progetto ITER gioca un ruolo fondamentale, infatti è stata affidata all’azienda italiana  ASG SUPERCONDUCTORS ( gruppo Malacalza )  con sede a La Spezia la produzione di 10 dei 19 super-magneti a forma di (D) che costituiranno il reattore a fusione nucleare, inoltre  in Italia è stato precedentemente approvato un finanziamento da 500 milioni di euro tra fondi pubblici e privati per un progetto dell’ENEA chiamato DTT  riguardante sempre i magneti TOKAMAK per lo sviluppo di energia tramite fusione nucleare.

L’Italia dopo il no deciso sulla produzione di energia da fissione nucleare tramite i referendum abrogativi del 1987 e del 2011, si muove con decisione verso la produzione di energia “pulita” tramite fusione nucleare.

Ma questo tipo di progetti pubblici sono grossi e macchinosi mentre quelli privati come la collaborazione tra MIT e CFS per il reattore SPARC dove Eni Spa è entrata a far parte sono più veloci, e possono fare innumerevoli prove in più rispetto ai progetti ITER e DTT, SPARC avrà 1/65 del volume del reattore a fusione creato da ITER nel sud della Francia dal consorzio internazionale e potrebbe produrre 10 volte più energia.

Questo esperimento servirà per recuperare dati a sufficienza per avviare il ciclo finale di ricerca che consentirà di progettare i primi impianti a fusione per la vera e propria produzione di energia destinata al mercato, il primo impianto è stato pensato per avere una capacità produttiva di 200 MW.

Il Dott. Whyte professore di ingegneria di Hitachi America e capo del dipartimento  di scienze nucleari presso il MIT dichiara ” Solo dopo la dimostrazione dell’efficienza dei magneti del progetto SPARC ci potrà esser un evoluzione relativamente semplificata dei prossimi lavori  di perfezionamento”.

La domanda che molti dotti in materia scientifica si fanno è  “si può fare energia netta da un plasma controllato magneticamente?”

Il team creato con la collaborazione tra MIT e CFS è molto ottimista e quasi certo del successo, forti delle competenze scientifiche maturate dal 1976 al 2016 sull’esperimento ALCATOR C-MOD.

Altre garanzie arrivano dalle dichiarazione del vicedirettore del PSFC Martin Greenwald  “lavoro duro, ma altri hanno utilizzato magneti costruiti con questi materiali ( per altri scopi ) ed hanno ottenuto il doppio della forza del campo magnetico che sarà necessario per il corretto funzionamento di questo reattore”.

Il MIT deterrà i diritti di proprietà intellettuale delle scoperte fatte dai suoi scienziati lunga la strada,  Eni Spa facendo parte del consiglio di amministrazione del CFS che finanzierà il progetto SPARC sarà in prima linea per diventare tra le prima aziende a produrre energia tramite la fusione nucleare.

L’Amministratore Delegato Claudio Descalzi entusiasta del progetto sulla fusione ha dichiarato “grazie a questo accordo, Eni compie un significativo passo in avanti verso lo sviluppo di fonti energetiche alternative con un impatto ambientale sempre minore”.

L’italia fu uno dei Paesi fondatori del CECA ( Comunità Europea del Carbone e dell’Acciaio ) istituita a Parigi il 18 Aprile 1951 conosciuta anche come piano Shuman che portò nel Marzo del 1957 alla creazione della CEEA o Euratom ( Comunità Europea dell’Energia Atomica ) , oggi dopo più di mezzo secolo l’Italia può tornare ad avere un ruolo di rilievo nello studio, sviluppo e  produzione di energia dal nucleare ( fusione nucleare ) ed Eni Spa è un tassello fondamentale per concretizzare questo ruolo prestigioso.

Differenza tra fissione e fusione nucleare

Non esiste processo fisico per produrre energia più efficiente del nucleare, anche se va sottolineata la differenza tra i due processi che anche se opposti, spesso vengono confusi.

Bisogna differenziare la fissione nucleare dalla fusione nucleare, partendo in ordine cronologico crescente è stata sperimentata per prima la fissione, inizialmente l’utilizzo è  stato applicato a scopi molto lontani dal produrre energia elettrica per la popolazione , questo può esser notato nell’utilizzo dei due ordigni a fissione nucleare ”Fat Man” (alimentata con plutonio ) che venne sganciata su Nagasaki e la “Little Boy” ( alimentata con uranio ) sganciata su Hiroshima.

Nel dettaglio è una reazione che genera energia tramite la divisione di atomi pesanti( in questo caso uranio 235 ) l’atomo viene letteralmente bombardato con un elettrone ad altissima velocità, il quale riuscendo a vincere la forza repulsiva degli altri elettroni disposti nelle orbitali dell’atomo “spezza” l’atomo di uranio e rilascia a sua volta 2 elettroni ( raramente 3 ) che andranno a colpire gli altri atomi di uranio circostanti  innescando una reazione a catena, che se non controllata termina in una “esplosione nucleare” ,  nel dividersi l’atomo genera due nuovi atomi più piccoli, ma la somma della massa di entrambi sarà inferiore alla massa nell’atomo iniziale, la differenza di massa tra l’atomo iniziale e la somma dei due atomi derivati viene trasformata in energia, secondo la famosissima formula E=mc2 , Energia = massa della materia in questione x velocità della luce al quadrato, è facilmente intuibile che la quantità di energia sprigionata sia immensa, nelle centrali nucleari a fissione la reazione a catena viene tenuta sotto controllo con delle sofisticatissime barre di cadmio metallico che permettono di controllare i neutroni.

Questo processo fisico rilascia un alto numero di radiazioni ed inoltre bisogna smaltire gli scarti che pure essi rimangono molto radioattivi, l’uranio è molto raro e non tutto  è idoneo per esser utilizzato in questo modo, il tutto rende molto costoso questo elemento.

Per quanto riguarda la fusione nucleare il procedimento è completamente inverso, vengono fatti “fondere” tra di loro due atomi leggeri, la somma della massa dei due atomi si trasformerà in energia.

Mentre la fissione da subito è stata resa controllabile, la fusione controllata fino poco tempo fa risultava esser un’utopia, per innescare una fusione nucleare bisogna sottoporre gli atomi a temperature immense  (milioni di gradi) e nessun materiale potrebbe resistere a queste temperature estreme, ma come abbiamo visto sopra, grazie al confinamento del plasma caldo (il plasma è un gas ionizzato, costituito da un insieme di elettroni e ioni,  globalmente neutro viene considerato il IV stato della materia) tramite dei particolari magneti si sta riuscendo a controllare il processo di fusione nucleare.

Esso a differenza della fissione può esser prodotto con un materiale molto diffuso in natura, l’idrogeno, il quale risulta essere l’elemento più abbondante nello spazio,  precisamente viene utilizzato il trizio oppure il deuterio ( D ) il quale è un isotopo stabile dell’idrogeno, il suo nucleo è formato da un protone ed un neutrone, e viene chiamato deutone o deuterone, viene utilizzata la “D” per indicarlo perché esso non è un elemento chimico rappresentato nella tavola periodica.

Questo processo viene considerato il metodo ultimo per la produzione dell’energia visto che praticamente non produce scarti significativamente radioattivi, non produce emissioni che vadano a incrementare in negativo l’inquinamento atmosferico, ed inoltre l’idrogeno è facilmente reperibile, si consideri che un bicchiere di acqua in deuterio produce energia quanti 300 bicchieri di benzina, e come dice Greenwald  “c’è molta acqua nel mondo”.