La 'macchina stupida' che promette una svolta nell'energia pulita

"Ricordo che alcune persone hanno detto che il posto in cui Proxima si trova oggi era impossibile", afferma Francesco Sciortino, il co-fondatore e CEO di Proxima Fusion.

Essere accusati di tentare l'impossibile non è insolito per gli scienziati e gli ingegneri che lavorano su progetti di fusione nucleare in tutto il mondo.

Dopotutto, stanno cercando di catturare, sulla Terra, la reazione che alimenta il Sole.

Il successo potrebbe significare elettricità abbondante, economica e senza emissioni. Ma le sfide sono scoraggianti e una centrale elettrica funzionante è ancora lontana.

La fusione è il processo di fusione di nuclei di idrogeno insieme, che rilascia enormi quantità di energia.

Sul Sole, enormi forze gravitazionali aiutano a mantenere la reazione in corso.

Per mantenere la fusione qui sulla Terra, sono necessarie temperature estremamente elevate, molte volte superiori a quelle trovate sul Sole.

Quindi, un combustibile (solitamente una combinazione degli isotopi dell'idrogeno tritio e deuterio) viene riscaldato fino a diventare un plasma rovente, che poi deve essere controllato e manipolato per innescare la fusione.

Ci sono diversi modi per farlo, e Proxima Fusion, con sede in Germania, sta tentando uno considerato difficile, anche secondo gli standard estremi dell'industria della fusione.

Un approccio comune alla fusione è quello di costruire un tokamak. È un dispositivo a forma di ciambella, che utilizza potenti magneti per contenere il plasma.

Ma Proxima, con sede a Monaco, sta lavorando su uno stellaratore. Utilizza anche magneti per manipolare il plasma, ma il contenitore di reazione ha una forma più complicata, con torsioni e svolte, il che lo rende molto più difficile ed costoso da costruire.

Quindi, perché intraprendere questo percorso tortuoso?

Beh, se il progetto funziona, le torsioni e le svolte di uno stellaratore rendono il plasma rovente più facile da controllare rispetto al progetto rivale tokamak, afferma Sciortino.

Confrontando i due sistemi, dice che un tokamak è un "mostro" mentre lo stellaratore è un "piccolo gatto".

"Uno stellaratore è una cosa che è oggettivamente molto difficile da progettare, oggettivamente molto difficile da costruire. Ma se lo fai, è una macchina stupida... proprio come un forno a microonde", dice Sciortino.

La "macchina stupida" di Proxima sarà uno stellaratore chiamato Alpha. Si baserà su decenni di lavoro svolto dal Max Planck Institute for Plasma Physics della Germania e dal suo stellaratore W7-X.

L'obiettivo di Alpha è produrre più energia di quella che utilizza per funzionare, e le lezioni apprese stanno aiutando a progettare un dispositivo ancora più avanzato: una centrale elettrica a fusione, chiamata Stellaris.

Ma prima, Alpha avrà bisogno di molti investimenti, che vengono raccolti al momento. Proxima ha recentemente ottenuto 400 milioni di euro (£340 milioni; $460 milioni) dallo stato della Baviera e sta facendo domanda per più di un miliardo di dollari di finanziamenti dal governo federale: si prevede una decisione il prossimo anno.

Proxima sta correndo contro altri gruppi che sviluppano tecnologie di fusione: 53 secondo la Fusion Industry Association (FIA) che rappresenta l'industria della fusione e ne tiene traccia degli sviluppi.

Un progetto che utilizza l'approccio tokamak è Step (Spherical Tokamak for Energy Production) con sede nel Regno Unito.

Sostenuto dal governo britannico, il piano è di costruire un prototipo di centrale elettrica sul sito di un'ex centrale elettrica a carbone a West Burton, Yorkshire.

"I tokamak hanno il vantaggio di una solida base sperimentale costruita nel corso di decenni. Hanno dimostrato prestazioni del plasma più vicine a quelle richieste per una centrale elettrica a fusione, compreso il funzionamento con combustibile per la fusione", afferma Ryan Ramsey, il direttore di Organisational Performance presso Step e precedentemente capitano del sottomarino nucleare HMS Turbulent.

E in questo tipo di fusione, i magneti costosi e potenti dovrebbero essere relativamente semplici da costruire.

"Beneficiano di una geometria magnetica relativamente più semplice, con meno bobine più regolari. Ciò ha implicazioni reali per la fabbricabilità, la manutenibilità e il costo", afferma Ramsey.

Sciortino è ben consapevole delle sfide che attendono Proxima. "Perde il sonno" per quanto riguarda la possibilità che Proxima sia in grado di costruire i magneti, con le loro forme intricate, a una velocità e a un costo che renderanno lo stellaratore economicamente vantaggioso.

"Il primo magnet che faremo sarà molto complicato e molto costoso. Ma possiamo farlo più velocemente di quanto ci si aspetterebbe e possiamo ridurre i costi?", chiede Sciortini.

A loro favore c'è l'esperienza della Germania nella produzione. Ad esempio, Sciortino cita il numero impressionante di lavoratori che possono operare macchine CNC - un tipo di utensile macchina a controllo numerico che può tagliare, intagliare o modellare materiali tra cui legno, metallo o plastica.

Sciortino stima che ci siano 550.000 fresatori CNC in Germania, rispetto a 350.000 in tutti gli Stati Uniti.

Questo è importante per Proxima che utilizza un tipo di acciaio molto costoso nei suoi magneti, che deve essere lavorato con un alto livello di precisione.

Mantenendo alti livelli di precisione, mantenere il ritmo dello sviluppo è cruciale per Sciortino.

Il W7-X ha impiegato più di un decennio per essere avviato: vuole mettere Alpha in funzione in un terzo di quel tempo.

Quindi, una bobina magnetica prototipo è in costruzione e il piano è di testarla il prossimo anno.

La sua geometria attorcigliata la rende uno dei magneti più complessi al mondo, secondo Proxima.

Una volta completati i test, Proxima costruirà altre 40 bobine magnetiche che andranno nella sua macchina Alpha.

Per fare ciò, una fabbrica di magneti è in fase iniziale di costruzione.

"Nel 2028, 2029 dobbiamo essere in grado di produrre magneti a una velocità pazzesca", dice Sciortino.

Il lavoro non si svolge solo in Germania. Sciortino dice che in tutta Europa ci sono fornitori chiave, il che significa che l'Europa potrebbe ben essere all'avanguardia di una futura industria della fusione.

"Noi [europei] abbiamo perso l'onda digitale, vero? Ma si scopre che abbiamo ancora persone che vengono formate nella produzione", dice.

A Step, Ramsey sottolinea che l'industria della fusione è ben oltre un esperimento di fisica ora.

"C'è un reale slancio nella fusione in questo momento, e questo dovrebbe essere visto come un punto di forza piuttosto che qualcosa da dividere. Non si tratta di una corsa a un'unica strada, ma di un insieme di approcci che esplorano diversi compromessi. La vera domanda ora non è quale concetto sia più interessante, ma quale possa credibilmente fornire una centrale elettrica."