Fusione nucleare, una possibile soluzione per la decarbonizzazione?

di John Ploeg (PGIM Fixed Income)
7 Aprile 2023 08:42

Per più di mezzo secolo gli investitori sono stati tentati dalla promessa che la fusione nucleare fosse sicura, affidabile e senza emissioni nocive per l’ambiente o scorie radioattive. Tuttavia, solo quando il Lawrence Livermore National Laboratory della California ha annunciato la prima “accensione” di successo alla fine del 2022, la fusione è entrata nelle discussioni principali. Questa notizia ha portato alcuni a concludere che la soluzione per la decarbonizzazione è a portata di mano, mettendo così in secondo piano l’urgenza e i benefici percepiti dell’installazione di nuove energie rinnovabili. Tuttavia, la realtà è che le sfide della fusione che restano da affrontare sono formidabili e la fusione non sarà mai la soluzione definitiva.

Cos’è la fusione nucleare

La fusione è di fatto il processo inverso alla fissione: invece di scindere un nucleo (di uranio arricchito), si combinano i nuclei di due o più atomi (di isotopi di idrogeno). Se la fusione potesse essere scalata, offrirebbe i vantaggi principali della fissione – un carico di base affidabile con basse emissioni e un’impronta geografica ridotta – senza la maggior parte degli svantaggi della fissione. La fusione non ha un rischio reale di fusione, genera solo scorie a bassa radioattività e a rapido decadimento e non richiede uranio arricchito. Al contrario, uno dei suoi combustibili, il deuterio, è abbondantemente presente nell’acqua di mare, e gli esperimenti per “allevare” l’altro, il trizio, in loco potrebbero aumentare la sicurezza energetica.

Sebbene il raggiungimento dell’accensione – quando la fusione produce più energia di quanta ne consuma – sia una pietra miliare importante, rappresenta un passo relativamente piccolo. La reazione dipendeva dai laser, ma “l’accensione” considera solo l’energia che i laser fornivano all’interno del reattore, non l’elettricità che li alimentava. Considerando l’intera operazione, “l’accensione” ha consumato circa 100 volte più energia di quanta ne abbia creata.

La svolta più importante avverrà quando un reattore creerà un’energia complessiva nettamente positiva, cosa che probabilmente sarà ancora lontana anni (se mai avverrà). Una volta ottenuta una reazione positiva netta e duratura, gli impianti di fusione nucleare dovranno essere finanziati e costruiti. La Figura 1 mostra come non si tratti di un compito da poco, considerando le dinamiche della domanda e dell’offerta. Per quanto riguarda quest’ultima, si prevede un’impennata della domanda di energia elettrica, in particolare negli scenari allineati agli obiettivi di Parigi, in cui la domanda dovrebbe più che raddoppiare entro il 2050.

Dal punto di vista dell’offerta, anche ipotizzando un generoso tasso di efficienza del 90%, per sostituire i circa 2/3 dell’elettricità attualmente generata dai combustibili fossili sarebbero necessari quasi 2.000 gigawatt (GW) di capacità di fusione. Tuttavia, i primi prototipi prevedono fattori di capacità di appena il 20-30% a causa di diversi fattori, tra cui la manutenzione prevista, la disponibilità di acqua di raffreddamento e le esigenze operative (ad esempio, i sistemi di raffreddamento e l’allevamento di trizio). Pertanto, affinché la fusione sia la soluzione per la decarbonizzazione, la capacità installata dovrebbe raggiungere i 10.000 GW prima della metà del secolo, un livello superiore a tutta la capacità elettrica installata oggi.

Un’altra considerazione sulla fusione è che crea elettricità, che rappresenta solo il 20% circa del consumo finale di energia a livello globale. La fusione è di scarso aiuto per il restante 80%, a meno che non venga elettrificato. Ad esempio, i trasporti rappresentano oltre il 25% del consumo energetico e nel 2020 oltre il 90% di questo consumo proverrà ancora da prodotti petroliferi, contro poco più dell’1% di elettricità. Una storia simile vale per l’elettrificazione del calore degli edifici, dove dominano ancora i combustibili fossili e le biomasse. In entrambi i casi, l’elettrificazione sta facendo passi avanti, ma rimane ben al di sotto del ritmo necessario per raggiungere gli obiettivi di Parigi. Inoltre, circa il 25% delle emissioni globali non sono affatto legate all’energia. Pertanto, anche se la fusione fosse praticabile, gli investimenti nell’elettrificazione e in altre tecnologie di decarbonizzazione dovrebbero accelerare rapidamente.

Fusione e decarbonizzazione

Allo stesso modo, la fusione (e le energie rinnovabili) non possono contribuire alla decarbonizzazione senza essere collegate ai consumatori. Si tratta di un’area di investimenti gravemente trascurata – nel suo scenario di emissioni net zero, l’AIE stima che gli investimenti nelle reti e nella trasmissione debbano più che raddoppiare entro il 2030. Come risultato dei mancati investimenti, i progetti rinnovabili nella maggior parte dei Paesi sviluppati devono affrontare lunghi tempi di connessione, ad esempio una media di sette anni negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Nel frattempo, 774 milioni di persone a livello globale non avranno ancora un accesso sicuro all’elettricità nel 2022.

Anche nel migliore dei casi, quando la fusione sarà commercialmente praticabile entro la fine del 2030, potrebbero essere necessari altri decenni per costruire la prima generazione di impianti. E altri decenni ancora prima che la fusione costituisca una quota rilevante del mix energetico (per non parlare dei costi astronomici). Ciò significa che, anche nel migliore dei casi, la fusione potrebbe non dare un contributo significativo fino alla fine di questo secolo.

Ma il tempo è fondamentale. Ai ritmi attuali, si prevede che il budget di carbonio di 1,5C° sarà completamente esaurito in meno di 10 anni. A quel punto, il riscaldamento di 1,5°C o più sarà bloccato. Per evitare tutto ciò, sono necessari tagli immediati alle emissioni dell’ordine dell’8% all’anno, rendendo troppo tardivo uno scenario di abbondante energia da fusione dopo la metà del secolo.

Questo scenario è in netto contrasto con le prospettive delle rinnovabili esistenti. L’AIE stima che il tempo medio necessario per costruire un nuovo progetto rinnovabile sia ora inferiore a due anni. Anche i costi delle rinnovabili e dello stoccaggio sono diminuiti rapidamente e si prevede che continueranno a scendere nel tempo. Pertanto, è possibile che la fusione non sia competitiva dal punto di vista dei costi se/quando diventerà commercialmente redditizia.

La prima accensione di successo della fusione rappresenta un risultato scientifico innegabile. Tuttavia, non è stata neanche lontanamente in grado di produrre energia netta complessiva e, anche se/quando sarà raggiunta, potrebbero essere necessari ancora diversi decenni perché la fusione abbia un impatto positivo sulla decarbonizzazione. I budget di carbonio in diminuzione sono destinati a esaurirsi ben prima di allora.

Pertanto, mentre monitoriamo i progressi della tecnologia di fusione, rimaniamo concentrati sulla conservazione e sugli effetti positivi delle fonti di energia rinnovabili. Queste ultime continuano ad apportare impatti positivi ben definiti alla decarbonizzazione e ai portafogli orientati al raggiungimento di impatti ambientali positivi.