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Fusione nucleare, l’ombra dello stallo politico tra UE e Svizzera sulla ricerca

L’interno del tokamak del Joint European Torus (JET), in Inghilterra. EUROfusion

La scienza svizzera è all’avanguardia nel settore dell’energia da fusione nucleare, e da tempo collabora attivamente con la ricerca europea. Tuttavia, l’attuale stallo politico tra Svizzera e UE rischia di ostacolare la partecipazione elvetica a futuri progetti internazionali, mette in guardia il responsabile dello Swiss Plasma Center del Politecnico di Losanna (EPFL).

Questo contenuto è stato pubblicato il 29 aprile 2022 - 09:32

In un angolo del campus del Politecnico federale di Losanna (EPFL) dei gruppi di ricerca svolgono esperimenti quasi quotidiani con il plasma – gas ionizzato e ad altissime temperature – in un apparecchio a forma di ciambella chiamato “tokamak”. Lo scopo è lo sviluppo della fusione nucleare funzionale. Si tratta del processo energetico che alimenta il Sole e le altre stelle.

Ambrogio Fasoli, direttore dello Swiss Plasma Center dell'EPFL. Swiss Plasma Center, EPFL

“Svolgiamo circa quaranta esperimenti ogni giorno con il plasma – e generalmente siamo attivi quattro giorni a settimana”, spiega Ambrogio Fasoli direttore dello Swiss Plasma Center che ospita il tokamak.

Il centro dell’EPFL è uno dei laboratori di ricerca in questo settore più rinomati del pianeta. Ha collaborato allo sviluppo dell’energia da fusione e del progetto di ricerca internazionale ITER (acronimo inglese per "reattore sperimentale termonucleare internazionale"), nel sud della Francia, dove è in costruzione il reattore a fusione nucleare più grande al mondo.

L'ente elvetico è specializzato nell’analisi del comportamento del plasma e del modo migliore per scaldarlo e confinarlo. I suoi ricercatori e ricercatrici hanno contribuito in modo importante a ITER, lavorando direttamente al design del sistema di riscaldamento a microonde.

Lo Swiss Plasma Center

Lo Swiss Plasma Center (SPC) del Politecnico federale di Losanna (EPFL) è uno dei più importanti laboratori per la ricerca sulla fusione nucleare. Dal 2014, l’EPFL è membro del consorzio EUROfusionLink esterno, che riunisce trenta organizzazioni di ricerca e università da venticinque Stati membri dell’UE più la Svizzera, il Regno Unito e l’Ucraina.

Come indica il direttore dell’SPC Ambrogio Fasoli, “gli scopi dello Swiss Plasma Center sono il successo di ITER, lo sviluppo della tecnologia alla base di DEMO [una centrale a fusione nucleare dimostrativa, erede di ITER], la preparazione delle future generazioni di scienziati e ingegneri e lo sfruttamento dei risultati della ricerca sul plasma e sulla fusione nell’industria e nella società. Con ITER, dimostreremo la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione nucleare sulla Terra, mentre con DEMO forniremo le prove che può essere sfruttata commercialmente”.

La SPC impiega 120 persone e oltre quaranta dottorandi e dottorande. Il TCV tokamak dell’EPFL è uno dei più importanti centri di ricerca ed esperimenti sulla fusione al mondo. È operato dal consorzio EUROfusion e da progetti scientifici elvetici. Scienziati e scienziate da tutto il mondo vengono all’EPFL per poter utilizzare il tokamak.

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La fusione si basa sul principio che dell’energia può essere ottenuta unendo nuclei atomici anziché scindendoli, come accade nella fissione nucleare utilizzata nelle attuali centrali atomiche.

Le enormi forze gravitazionali generate dalle stelle non possono essere riprodotte sulla Terra. Per unire atomi nel plasma all’interno del tokamak sono dunque necessarie temperature elevatissime, oltre i 100 milioni di gradi Celsius.

Deuterio e trizio (isotopi dell’idrogeno) saranno usati nelle centrali a fusione in futuro. Nel reattore, i nuclei del trizio e del deuterio collidono e si fondono, rilasciando elio e neutroni. EPFL

Non esistono materiali in grado di resistere a contatto diretto con tali temperature. Per fare esperimenti sulla fusione in laboratorio, la scienza ha ideato una soluzione: una “ciambella” di plasma all’interno di un campo magnetico nel tokamak.  

Contrariamente ai combustibili fossili o al processo di fissione, la fusione promette di generare abbondanti quantità di energia senza produrre inquinamento, detriti radioattivi o gas a effetto serra. Ma anche se la tecnologia si dimostrerà praticabile, non sarà disponibile prima della seconda metà di questo secolo.

“Un passo importante”

In febbraio, un’importante svolta nel settore della fusione nucleare è stata annunciata dagli scienziati del Joint European Torus (JET). Nel laboratorio di Culham, in Inghilterra, è stato segnato il record di quantità di energia da fusione prodotta (59 megajoule per cinque secondi), più del doppio del precedente primato segnato dal JET (22 megajoule per meno di un secondo, nel 1997).

“Non dobbiamo entusiasmarci troppo per il numero di megajoule di energia termica”, dice Fasoli che, con altri colleghi dell’EPFL, ha lavorato al progetto. L’energia rilasciata dal recente esperimento del JET è bassa. Sufficiente per far bollire l’acqua di una sessantina di teiere.

Tuttavia, il ricercatore sottolinea che l’esperimento rappresenta un “passo importante” che legittima le scelte fatte per il design di ITER.

ITER – “lo stiamo facendo davvero”

Circa l’80% del lavoro presso il cantiere del megaprogetto di ITER, a Saint-Paul-lès-Durance, è completo. “Siamo ben oltre il punto di non ritorno con questo progetto. Lo stiamo facendo davvero”, dice Fasoli.

ITER è un megaprogetto internazionale di ricerca sulla fusione nucleare. Nel sito di Saint-Paul-lès-Durance, nella Francia meridionale, si intende replicare il processo di fusione che si verifica nelle stelle. ITER.org

L’inaugurazione ufficiale di ITER è prevista nel 2025 ma, a causa della pandemia di coronavirus, sono attesi dei ritardi legati fornitura di componenti.

 “Mi aspetto che la data del primo plasma venga posticipata di un anno e mezzo. Ma il primo plasma non significa il primo grande esperimento. Per quello dovremo attendere forse il 2035”, dice Fasoli.

La scienza sta lavorando da decenni allo sviluppo dell’energia da fusione. ITER si concentrerà sull’aspetto scientifico per dimostrare la fattibilità della tecnologia ma, in pratica, non produrrà energia – per farlo bisognerà costruire un reattore di dimostrazione. Ci si aspetta che questo avverrà attorno al 2050 e, se tutto andrà bene, una prima generazioni di centrali a fusione nucleare sarà  realtà negli anni Sessanta o Settanta di questo secolo.

Partecipazione svizzera bloccata

La Svizzera e l’EPFL svolgono un ruolo importante nel settore della fusione nucleare. Il Paese collabora strettamente con la Comunità europea dell’energia atomica (Euratom) dal 1979 e ha partecipato indirettamente alla costruzione di ITER come membro dell’impresa comune europea “Fusion for Energy”. Come accennato prima, l’EPFL è parte del consorzio EUROfusion che lavora per il successo di ITER.

ITER, fusione nucleare e partecipazione svizzera

Dal 1979, la Svizzera ha collaborato strettamente con la Comunità europea dell’energia atomica nell’ambito della fusione nucleare. Ha scelto di partecipare a ITER non direttamente come membro dell’organizzazione corrispondente, ma indirettamente come membro dell’impresa comune europea “Fusion for Energy”. Il Paese è membro a pieno titolo dell’impresa comune dalla sua fondazione nel 2007 e partecipa attivamente alla sua Governance e quindi – indirettamente – anche alla Governance del progetto ITER. In questa veste, la Svizzera ha già versato all’UE 274,5 milioni di franchi nel periodo 2007–2020.

Poiché la continuazione della partecipazione a Fusion for Energy dal 2021 al 2027 è legata ai negoziati sull'associazione della Svizzera al programma Horizon Europe, alle Iniziative digitali europee e al programma Euratom 2021-2025, la partecipazione svizzera a ITER è attualmente sospesa. Le aziende e gli istituti di ricerca svizzeri possono rispondere ai bandi di Fusion for Energy e di ITER Organization solo se le competenze richieste non sono disponibili nei Paesi membri di queste organizzazioni.

Fonte: Segreteria di Stato per la formazione la ricerca e l’innovazione SEFRI

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“In quanto membri di EUROfusion ed Euratom partecipavamo attivamente a ITER. Questo significa essere rappresentati da Euratom nel consiglio di ITER, partecipare alle attività per ITER di Fusion for Energy a Barcellona e ottenere appalti per le componenti di ITER, a livello accademico e soprattutto industriale. Tutto ciò non è più possibile”, spiega Fasoli parlando delle conseguenze dirette della fine, lo scorso maggio, dei negoziati sull’Accordo istituzionale tra Svizzera e UE.

La situazione resta in stallo e la partecipazione elvetica a ITER e Fusion for Energy è stata sospesa. Dopo l’abbandono delle trattative da parte di Berna, Bruxelles ha ridotto la partecipazione svizzera al programma di finanziamento per la ricerca da cento miliardi di euro Horizon Europe, chiudendo alla Confederazione l’accesso a sussidi per progetti scientifici. Anche nel campo della fusione nucleare.

“I contratti legati a ITER che abbiamo siglato prima – e sono piuttosto numerosi perché avevamo molto successo - saranno onorati. Ma non possiamo firmarne di nuovi. Da gennaio siamo stati esclusi dal comitato direttivo di Fusion for Energy al quale partecipavo personalmente”, racconta Fasoli.

A causa dei recenti cambiamenti politici, la Svizzera non è più parte del trattato di Euratom che permette l’accesso a EUROfusion. Sul corto termine è stato trovato un espediente per permettere ai ricercatori e alle ricercatrici di continuare a lavorare ai progetti europei sulla fusione. Lo Swiss Plasma Center ora è affiliato a EUROfusion attraverso l’Istituto tedesco Max Planck per la fisica del plasma.

Impatto sull’industria

Per l’industria elvetica, la situazione è peggiore, indica Fasoli. Nel periodo 2007-2019, la partecipazione elvetica a ITER ha generato 190 milioni di franchi in contratti per le aziende svizzere che hanno fornito componenti high-tech.

“In alcuni progetti ora siamo inattivi. Non possiamo stipulare contratti. Lavoriamo ancora sui progetti scientifici e in collaborazioni informali. Tutto quello che facciamo è legato in qualche modo a ITER. Ma non partecipiamo davvero in modo diretto. Non possiamo mandare persone sul sito di ITER”, spiega.

“Il personale di ITER è molto gentile”, aggiunge Fasoli. “È pronto a chiudere un occhio o due per permetterci di partecipare a qualche riunione o cose simili. Laggiù sanno che abbiamo delle competenze speciali. Ma a un certo punto verrà loro detto di smettere di lavorare con gli svizzeri”.

Fusione nucleare, ITER e la guerra in Ucraina

ITER è stato concepito e sostenuto durante la Guerra Fredda da Ronald Reagan e Mikhail Gorbachev, che al tempo guidavano rispettivamente gli Stati Uniti e l'Unione Sovietica. La Russia, assiema a Cina, UE, India, Giappone, Corea e Stati Uniti, è tra i fondatori del progetto lanciato per dimostrare la fattibilità della produzione di energia da fusione su larga scala.

Il portavoce di ITER Laban Coblentz ha affermato che il progetto resta “un tentativo da parte di Paesi con ideologie diverse di costruire qualcosa insieme”.

La Russia è un contribuente attivo per ITER. Per esempio, è uno dei maggiori fornitori di superconduttori in niobio-stagno per i magneti di ITER e fabbrica componenti indispensabili, per esempio i girotroni.

L’Ucraina, dal canto suo, è parte di EUROfusion, il cui istituto a Charkiv, secondo delle testimonianze, è stato danneggiato durante l’invasione russa.

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Lo stallo attuale non ha avuto per ora conseguenze negative su studenti e studentesse, assicura il direttore dello Swiss Plasma Center. Ma è importante per la Svizzera poter partecipare alla ricerca e allo sviluppo della fusione nucleare in Europa, altrimenti “perderà attrattività per gli scienziati stranieri”.

Se l’impasse continuerà sarà un disastro per la Svizzera, la sua ricerca sulla fusione nucleare e la sua industria, aggiunge.

“Non è solo una questione di soldi; vuole anche dire non fare parte di uno sforzo al quale partecipa il mondo intero”, conclude Fasoli.  

Assemblaggio di una sezione dell’involucro a forma di ciambella del reattore in costruzione nella Francia meridionale. ITER Organisation

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