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La compagnia petrolifera italiana Eni sta investendo 50 milioni di dollari in Commonwealth Fusion Systems, una spin-out del MIT che sta collaborando con l’istituto sullo sviluppo di magneti superconduttori per produrre energia a zero emissioni di carbonio in un esperimento sull’energia di fusione chiamato SPARC. Julian Turner riceve i dettagli dal CEO Robert Mumgaard.
Nel profondo delle sacre sale del Massachusetts Institute of Technology (MIT) è in atto una rivoluzione energetica. Dopo decenni di progressi, gli scienziati ritengono che l’energia da fusione sia finalmente pronta a rivendicare il suo momento e che il Santo Graal dell’energia illimitata, priva di combustione e a zero emissioni di carbonio possa essere a portata di mano.
Il gigante energetico italiano Eni condivide questo ottimismo, investendo 50 milioni di euro (62 milioni di dollari) in un progetto di collaborazione con il Plasma Fusion and Science Center (PSFC) del MIT e la società privata Commonwealth Fusion Systems (CFS), che mira a immettere rapidamente l’energia da fusione sulla rete. in appena 15 anni.
Il controllo della fusione, il processo che alimenta il sole e le stelle, è bloccato da un annoso problema: sebbene la pratica rilasci grandi quantità di energia, può essere eseguita solo a temperature estreme di milioni di gradi Celsius, più calde del centro della Terra. sole e troppo caldo perché qualsiasi materiale solido possa resistere.
A causa della sfida posta dal confinamento dei combustibili da fusione in queste condizioni estreme, gli esperimenti sull’energia da fusione si sono finora svolti in deficit, generando meno energia di quella necessaria per sostenere le reazioni di fusione, e non sono quindi in grado di produrre elettricità per la griglia.
“La ricerca sulla fusione è stata ampiamente studiata negli ultimi decenni, con conseguenti progressi nella comprensione scientifica e nelle tecnologie per l’energia da fusione”, afferma Robert Mumgaard, CEO di CFS.
“CFS sta commercializzando la fusione utilizzando l’approccio ad alto campo, in cui stiamo sviluppando nuovi magneti ad alto campo per realizzare dispositivi di fusione più piccoli utilizzando lo stesso approccio fisico dei programmi governativi più grandi. Per fare questo, CFS lavora a stretto contatto con il MIT in un progetto di collaborazione, iniziando con lo sviluppo dei nuovi magneti”.
Il dispositivo SPARC utilizza potenti campi magnetici per trattenere il plasma caldo – una zuppa gassosa di particelle subatomiche – per evitare che entri in contatto con qualsiasi parte della camera a vuoto a forma di ciambella.
"La sfida principale è creare un plasma in condizioni tali da consentire la fusione, in modo che produca più energia di quanta ne consumi", spiega Mumgaard. “Ciò dipende fortemente da un sottocampo della fisica noto come fisica del plasma”.
Questo esperimento compatto è progettato per produrre circa 100 MW di calore in impulsi di dieci secondi, la stessa energia utilizzata da una piccola città. Ma, poiché SPARC è un esperimento, non includerà i sistemi per trasformare l'energia della fusione in elettricità.
Gli scienziati del MIT prevedono che la produzione sarà più del doppio della potenza utilizzata per riscaldare il plasma, raggiungendo finalmente la pietra miliare tecnica definitiva: l’energia netta positiva derivante dalla fusione.
"La fusione avviene all'interno di un plasma tenuto in posizione e isolato mediante campi magnetici", afferma Mumgaard. “Questa è concettualmente come una bottiglia magnetica. La forza del campo magnetico è strettamente legata alla capacità della bottiglia magnetica di isolare il plasma in modo che possa raggiungere le condizioni di fusione.
“Pertanto, se riusciamo a creare magneti potenti, possiamo creare plasmi che possono diventare più caldi e densi utilizzando meno energia per sostenerlo. E con plasmi migliori possiamo rendere i dispositivi più piccoli e più maneggevoli da costruire e sviluppare.
“Con i superconduttori ad alta temperatura, abbiamo un nuovo strumento per creare campi magnetici ad altissima resistenza e quindi bottiglie magnetiche migliori e più piccole. Riteniamo che questo ci porterà a una fusione più rapida”.
Mumgaard si riferisce a una nuova generazione di elettromagneti superconduttori di grande diametro che hanno il potenziale di produrre un campo magnetico due volte più forte di quello impiegato in qualsiasi esperimento di fusione esistente, consentendo un aumento di oltre dieci volte della potenza per dimensione.
Realizzati con un nastro di acciaio rivestito con un composto chiamato ossido di ittrio-bario-rame (YBCO), i nuovi magneti superconduttori consentiranno a SPARC di produrre una potenza di fusione pari a circa un quinto di quella di ITER, ma in un dispositivo che è solo circa 1/65 di quella di ITER. volume.
Riducendo le dimensioni, i costi, la tempistica e la complessità organizzativa necessari per costruire dispositivi per l'energia di fusione netta, i magneti YBCO consentiranno anche nuovi approcci accademici e commerciali all'energia di fusione.
“SPARC e ITER sono entrambi tokamak, un tipo specifico di bottiglia magnetica basata sull’ampia scienza di base dello sviluppo della fisica del plasma nel corso dei decenni”, chiarisce Mumgaard.
“SPARC utilizzerà la prossima generazione di magneti superconduttori ad alta temperatura (HTS) che consentono un campo magnetico molto più elevato, garantendo prestazioni di fusione mirate a dimensioni molto più ridotte.
“Crediamo che questo sarà un componente chiave per realizzare la fusione in un arco di tempo rilevante per il clima e un prodotto economicamente attraente”.
In tema di tempistiche e fattibilità commerciale, SPARC è un’evoluzione di un design tokamak che è stato studiato e perfezionato per decenni, compreso il lavoro al MIT iniziato negli anni ’70.
L'esperimento SPARC mira ad aprire la strada al primo vero impianto di energia a fusione al mondo con una capacità di circa 200 MW di elettricità, paragonabile a quella della maggior parte delle centrali elettriche commerciali.
Nonostante il diffuso scetticismo nei confronti dell’energia da fusione – Eni ha la visione lungimirante di essere la prima compagnia petrolifera globale a investire massicciamente in essa – i sostenitori ritengono che la tecnica possa potenzialmente soddisfare una parte sostanziale del crescente fabbisogno energetico mondiale, riducendo allo stesso tempo emissioni di gas serra.
La scala più piccola consentita dai nuovi magneti superconduttori consente potenzialmente un percorso più rapido ed economico verso l’elettricità dall’energia di fusione sulla rete.
Eni stima che costerà 3 miliardi di dollari sviluppare un reattore a fusione da 200 MW entro il 2033. Il progetto ITER, una collaborazione tra Europa, Stati Uniti, Cina, India, Giappone, Russia e Corea del Sud, è più che a metà strada verso l'obiettivo di un primo super -test del plasma riscaldato entro il 2025 e prima fusione a piena potenza entro il 2035, e ha un budget di circa 20 miliardi di euro. Come SPARC, ITER è progettato per non produrre elettricità.
Quindi, con la rete statunitense che si sta allontanando dalle centrali monolitiche a carbone o a fissione da 2GW-3GW verso quelle nella gamma 100MW-500MW, l’energia da fusione potrà competere in un mercato difficile – e, se sì, quando?
“C’è ancora ricerca da fare, ma le sfide sono note, le nuove innovazioni stanno indicando la strada per accelerare le cose, nuovi attori come la CFS stanno portando un focus commerciale sui problemi e la scienza di base è matura”, dice Mumgaard.
“Crediamo che la fusione sia più vicina di quanto molti pensino. Rimani sintonizzato." jQuery( document ).ready(function() { /* Carousel aziendale */ jQuery('.carousel').slick({ dots: true, infinite: true, speed: 300, lazyLoad: 'ondemand', slidesToShow: 1, slidesToScroll: 1,AdaptiveHeight: true });
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Orario di pubblicazione: 18 dicembre 2019