Fusione!

Una recente svolta in un reattore a fusione sperimentale ha creato un'onda d'urto di notizie che si sono propagate attraverso i media mainstream. Scrittori di ogni genere hanno scritto in modo lirico come questo sia un importante passo avanti e come ci avvicini a una fonte di energia "pulita, sicura, quasi illimitata". La realtà però è leggermente più sfumata.

Come sempre, ciò che è insostenibile, non sarà sostenuto. La fisica, parte del libro delle regole della natura, funziona su principi semplici come questo. Non è complicato: il sistema deve produrre più (molta più) energia di quella di cui ha bisogno per sostenersi per essere utile come fonte di energia. Deve produrre energia in eccesso: non c'è da stupirsi che gli scienziati che perseguono la fusione ne abbiano fatto il loro obiettivo principale. Secondo quanto riferito, il National Ignition Facility (NIF) degli Stati Uniti che ha prodotto l' eccezionale risultato ha ottenuto proprio questo:

La struttura ha utilizzato il suo set di 192 laser per fornire 2,05 megajoule di energia su un cilindro d'oro delle dimensioni di un pisello contenente un pellet congelato degli isotopi di idrogeno deuterio e trizio. L'impulso di energia del laser ha causato il collasso della capsula, raggiungendo temperature visibili solo nelle stelle e nelle armi termonucleari, e gli isotopi di idrogeno si sono fusi in elio, rilasciando ulteriore energia e creando una cascata di reazioni di fusione. L'analisi del laboratorio suggerisce che la reazione ha rilasciato circa 3,15 MJ di energia, circa il 54% in più di quanto è andato nella reazione e più del doppio del record precedente di 1,3 MJ.

Tradotto in linguaggio umano: un gruppo di persone ha usato la forza bruta per accendere una bomba all'idrogeno in miniatura in una camera di prova (senza usare una bomba atomica come miccia). Una vera impresa! Ha prodotto energia in eccesso? Diavolo lo ha fatto. Proprio come in quell'infausto esperimento settant'anni fa. Per riferimento, chiedi agli abitanti dell'atollo di Enewetak quanto un'energia in eccesso di questo tipo può lanciare coralli nell'atmosfera.

È una fonte di energia sostenibile? Gli esperimenti eseguiti al NIF possono produrre un flusso continuo di energia, invece di un botto in miniatura? Ovviamente no. Non avrebbero mai avuto intenzione di farlo. Se leggi attentamente l'articolo potresti scoprire qual era il vero scopo dell'esperimento:

Ma i risultati hanno un significato particolare al NIF: la struttura è stata progettata per aiutare gli scienziati di armi nucleari a studiare il calore intenso e le pressioni all'interno delle esplosioni, e ciò è possibile solo se il laboratorio produce reazioni di fusione ad alto rendimento. […] la grande domanda ora è cosa farà il Dipartimento dell'Energia: raddoppiare la ricerca sulle armi presso il NIF o passare a un programma laser orientato alla ricerca sull'energia da fusione.

Non so te, caro lettore, ma la parola "pivot" mi suggerisce che l'intero esperimento era al 100% una ricerca militare, riconfezionato come una svolta nell'energia da fusione... In altre parole: invece di trovare un'energia sostenibile fonte NIF ha trovato un nuovo modo per innescare una bomba H.

Per ottenere una reazione di fusione prolungata sarebbe necessario un recipiente in grado di contenere plasma fino a 150 milioni di gradi di temperatura. Ed è qui che iniziano i grattacapi. Nel mondo non così pubblicizzato della realtà ingegneristica, un reattore a fusione è un maiale di energia turbo con steroidi. Per evitare che il plasma caldo di svariati milioni di gradi bruci attraverso il suo involucro, il reattore deve generare un campo elettromagnetico abbastanza forte da mantenere le particelle estremamente calde al centro del reattore, lontano dalle sue pareti.

Anche ITER , il reattore a fusione più grande e promettente del mondo, raggiungerà questa impresa grazie ai magneti superconduttori, che richiedono un raffreddamento costante fino a temperature vicine allo zero assoluto. La sola generazione di questo campo magnetico fa schizzare alle stelle la bolletta elettrica, per non parlare della moltitudine di altre apparecchiature, tutte insieme pari al consumo di elettricità di una città di medie dimensioni:

Il fabbisogno di elettricità per l'impianto e le strutture di ITER varierà da 110 MW fino a 620 MW per periodi di punta di 30 secondi durante il funzionamento del plasma.

Questo non è il bollitore elettrico di tua nonna: parliamo di 365 MW di elettricità consumata (in media) per uno spettacolo pirotecnico di 30 secondi. Di questa quantità, però, solo 50 MW saranno utilizzati per accendere il plasma, il resto sarà assorbito dall'acqua di raffreddamento e dai sistemi criogenici. Secondo il sito web del progetto, però, quella parte non così insignificante del consumo sarà completamente esclusa dal raggiungimento dell'obiettivo:

ITER è progettato per produrre nel suo plasma un rendimento di potenza dieci volte superiore (Q=10), ovvero 500 MW di potenza di fusione da 50 MW di potenza di riscaldamento in ingresso .

Se definisci il successo come hanno fatto i progettisti di ITER concentrandosi sull'apporto di riscaldamento di 50 MW alla camera di prova (escluso il consumo lordo di TUTTE le apparecchiature che forniscono supporto vitale alla camera), allora sì, potresti probabilmente farla finita e afferrare il soldi. Calcolato onestamente, tuttavia, ITER raggiungerà un ritorno di appena 1,37:1 sull'energia investita, appena al di sopra del livello di pareggio, nella migliore delle ipotesi. Questo non sta nemmeno considerando l'energia necessaria per costruire una struttura simile.

Il problema è che alla fisica non interessa minimamente ciò che misuriamo: o è l'intero sistema che è sostenibile, o niente.

Se fossimo seriamente intenzionati a salvare questa civiltà, invece di comportarci come se avessimo tutto il tempo del mondo raccogliendo allegramente grandi dollari dai governi e ordini dall'industria delle armi, allora faremmo calcoli lordi di input vs output. Quindi ci renderemmo conto che un obiettivo da uno a dieci di heat in vs heat out non sarà sicuramente sufficiente qui. Usando la metrica fornita dagli attuali esperimenti, dovremmo puntare a un obiettivo netto di 500:1 (o 70:1 lordo), per dimostrare che possiamo almeno eguagliare le attuali prestazioni del reattore nucleare . Se questo sembra impossibile, allora forse lo è, ma non dovremmo nemmeno sprecare il nostro tempo su di esso.

Aggiungi i fatti, che a) non abbiamo la più pallida idea se possiamo sostenere la fusione per un'ora figuriamoci un giorno senza rovinare completamente l'attrezzatura (probabilmente no), e b) ITER non produrrà elettricità (che sarà qualcuno altro problema (1)), e vedi che questo esperimento è davvero un ponte verso il nulla.

È qui che mi colpisce davvero l'incapacità dell'umanità di cogliere la natura finita della nostra civiltà. I giorni dell'alta tecnologia sono contati. Ai tassi di consumo attuali avremmo bisogno di estrarre più minerali nei prossimi venti o trent'anni che negli ultimi dieci millenni: questa è la natura della crescita esponenziale.

Il problema è che non ci rimangono molte risorse, ma ci proveremo comunque. Le carenze odierne non sono niente in confronto a ciò che vivremo tra dieci, quindici anni... Basta guardare. ITER sarà ancora in fase di inizializzazione (previsto per iniziare nel 2035). Avviarlo sarà il nostro minimo problema…. Nonostante altri problemi, prendiamo ad esempio il trizio, un isotopo estremamente raro dell'idrogeno:

Oggi il trizio è generato da 19 reattori canadesi a fissione CANDU, metà dei quali destinati a spegnersi. […] Ciò significa che la riserva di trizio di circa 25 chilogrammi raggiungerà il picco entro il 2030 e inizierà un costante declino man mano che viene venduta e decade.

E perché è importante? Certo, la fusione potrebbe funzionare su isotopi molto più abbondanti una volta avviata e canticchiando... Per accenderla, però, avrai sempre bisogno di una piccola quantità di questa roba davvero rara.

I ricercatori si sono resi conto più di 20 anni fa che la "finestra del trizio" della fusione si sarebbe alla fine chiusa di colpo, e da allora le cose sono solo peggiorate. ITER non brucerà DT al più presto fino al 2035, quando la fornitura di trizio si sarà ridotta. Una volta che ITER finirà di funzionare nel 2050, se non ci saranno più ritardi, rimarranno solo 5 chilogrammi o meno di trizio.

Leggi l'intero articolo sull'argomento qui : l'ho trovato estremamente perspicace e ben fornito. La fusione, in un certo senso, è un sottoprodotto del tentativo una volta nella vita dell'umanità di costruire una civiltà a propulsione nucleare... Tutto basato su metalli non rinnovabili, combustibili fossili e sabbia - materiali che siamo destinati a esaurire nel prossimi decenni.

Mentre continuiamo a sognare l'energia infinita, catturata dai pannelli solari o creata qui sulla Terra tramite la fusione, stiamo intenzionalmente dimenticando la quantità di materiali non rinnovabili necessari per essere incorporati - e alla fine consumati - da queste complesse tecnologie.

Per un ottimo esempio, dai un'occhiata alle sei bobine di campo poloidale (che generano il forte campo magnetico - a proposito, adoro il loro nome), realizzate con fili di niobio-titanio. Questi non sono qualcosa che acquisti in Home Depot:

Con un diametro compreso tra 17 e 24 metri e un peso compreso tra 200 e 400 tonnellate , i coils PF2, PF3, PF4 e PF5 sono semplicemente troppo grandi per essere fabbricati fuori sede e spediti a ITER.

Le persone di ITER non fanno assolutamente mistero del fatto che il loro progetto sia un unicorno totalmente non scalabile. Provate a immaginare l'intera catena di approvvigionamento dietro l'operazione, a cominciare dalle miniere di terre rare in Cina: l'estrazione di una riserva finita di niobio da parte di autocarri con cassone ribaltabile ed escavatori che bruciano litri di gasolio al minuto, e le raffinerie che lasciano una coda tossica e altamente radioattiva... stagno dietro. Quindi immagina la quantità di carbone e gas naturale bruciati nelle fonderie per fondere questi metalli esotici e per produrre questa lega speciale... La quantità di gasolio (di nuovo) bruciata nelle navi e nei camion che ne trasportavano centinaia di tonnellate sul posto, l'elettricità consumata il processo di assemblaggio della produzione e così via... Ora, inizi a capire di quale tipo di input di energia e di materiali finiti sto parlando, necessari per costruire, mantenere e far funzionare un reattore a fusione. Di nuovo,

Perché dovremmo mirare comunque alla costruzione di una centrale elettrica a fusione praticamente illimitata sulla Terra, quando è stato esattamente questo, l'uso di energia illimitata (sotto forma di combustibili fossili) che ha portato alla sesta estinzione di massa a cui stiamo assistendo in questo momento? Chi vogliamo stupire con tutto questo?

I nostri discendenti, che ereditano una biosfera mezza morta, disseminata di scorie radioattive, prodotti chimici per sempre, batterie usate e metropoli inondate tra deserti deserti di certo non si divertiranno neanche un po'. Con ogni aumento del consumo di energia - come abbiamo visto - arriva un aumento delle attività ecocide dall'estrazione mineraria, alla produzione, dalla deforestazione alla desertificazione e infine allo spreco - e se pensi che questa volta sarà diverso ... Beh, allora ho un ponte per venderti. Le corporazioni, armate di una fonte di energia così "pulita e abbondante", distruggerebbero sicuramente quel poco che resta del pianeta Terra nel giro di decenni alla ricerca di risorse e, in definitiva, di profitti.

Gente, questa è una sciocchezza. Siamo palesemente sull'orlo del lungo declino della produzione di petrolio e gas, su un pianeta surriscaldato con un ecosistema che muore lentamente. E la nostra migliore speranza è che possiamo riuscire a mantenere questo tasso veramente suicida di estrazione di risorse per molti decenni ancora fino a quando la nostra fusione migliore e più brillante non capirà? Davvero? Solo per renderci conto che a quel punto avremo esaurito il combustibile per l'accensione e il nostro magnifico unicorno non sarà altro che un mucchio multimiliardario di rottami metallici radioattivi (2), incapace di autoalimentarsi, per non parlare della produzione di nuovi reattori del suo genere? Qualcuno, qualcuno , ci ha pensato seriamente? Chi nelle loro menti sane ha approvato il budget per tutto questo?!

Seriamente, conoscendo la terribile situazione in cui ci troviamo, dovremmo essere impegnati a imparare e reimparare come produrre cibo, vestiti e alloggi su un pianeta che sta passando a un clima radicalmente diverso. Abbiamo un disperato bisogno di un piano su come ridimensionare l'uso della tecnologia, in tandem con il naturale declino della disponibilità di risorse ed energia. Dovremmo dare un'occhiata a come vivevano le persone prima della nostra età e vedere quali tecnologie e conoscenze scientifiche possono essere rese utili in un mondo gravemente impoverito sia in termini di risorse minerarie/energia che di vita stessa.

I combustibili fossili e i minerali ci lasceranno prima a causa dell'esaurimento, di quanto potremmo lasciarli noi. Di conseguenza, la civiltà industriale svanirà nel corso dei prossimi cento anni circa, qualunque cosa facciamo. Tuttavia, supponendo che non ci gettiamo nell'oblio mentre la storia si svolge, potremmo imparare qualcosa nel processo... Il declino dell'alta tecnologia darà anche alla natura la possibilità di riprendersi e a noi di diventare più saggi e molto, molto di più , sostenibile. Fusion, nonostante questo grande "successo", rimarrà per sempre una torta nel cielo. Saranno sempre tra 25 anni, proprio come lo era mezzo secolo fa... finché la gente finalmente se ne dimenticherà. Fra cento anni nel futuro la gente non sarà nemmeno in grado di spiegare ai propri figli che cosa avrebbe dovuto fare.

Per il qui e ora, però, la fusione è uno spreco di tempo, denaro e risorse su scala gigantesca. Ci sminuisce e ci impedisce di fare molte altre cose che potrebbero effettivamente avere perfettamente senso nella nostra situazione e potrebbero aiutarci a superare il collo di bottiglia che ci aspetta. Concentriamoci su quelli allora, e lasciamo la tecnutopia alimentata dalla fusione a cui appartiene: per le pagine dei libri di storia ancora da scrivere.

Fino alla prossima volta,

B

Appunti:

(1) Al momento possiamo solo immaginare come attingere all'immensa energia rilasciata durante la fusione. La maggior parte si presenta sotto forma di calore e radiazione elettromagnetica più alcune particelle ad alta energia. Cosa dobbiamo fare con quello? Far bollire l'acqua e far girare una turbina a vapore? Quale sarebbe il tasso di conversione dell'energia? 30% al massimo? Aspetta, abbiamo intenzione di usarlo in raffiche di 30 secondi? Immagina solo una centrale nucleare che deve essere raffreddata, smontata e riparata ogni 30 secondi: semplicemente non funzionerà.

(2) I neutroni vengono generati e scagliati nelle pareti della camera di reazione durante la fusione. Essendo neutrali in carica, i campi elettromagnetici non possono fare nulla per impedire loro di causare danni strutturali alle pareti della camera stessa, trasformandola nel tempo in un fragile pezzo di metallo radioattivo. Un rifiuto pericoloso, che doveva essere seppellito accanto alle barre di combustibile di uranio esausto, senza alcuna speranza di riciclaggio. Buona fortuna a trovare un posto sicuro per entrambi.