Tra le tante parole con cui può fare rima il futuro, ce n’è una che avrai già sentito tante volte: nucleare. Sì, lo so che questo termine potrebbe istintivamente scatenarti emozioni contrastanti, trainate da immagini di guerre, bombe e disastri, ma la scienza dell’atomo è probabilmente uno degli alleati con cui potremo costruire un domani energeticamente più sostenibile, pulito e privo di gas, carbone e delle emissioni di CO2.
Ce l’hanno detto i dati e anche diversi esperti, come il professor Marco Enrico Ricotti: le rinnovabili sono la strada da seguire, senza ombra di dubbio, ma da sole potrebbero non bastare. Ecco allora che l’atomo deve per forza di cose ritornare nel ventaglio di possibilità da sfruttare, o quantomeno da non scartare a priori.
Se il suo ruolo non è – quasi – più in discussione, resterà da capire piuttosto a quale nucleare ci affideremo: se, insomma, ci serviremo della fissione come una buona fetta di mondo fa da oltre 70 anni oppure se riporremo tutte le nostre speranze nella fusione, la famosa reazione energetica delle stelle. Ma sai quale differenza c’è tra fissione e fusione nucleare?
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Fissione nucleare
La fissione nucleare è un particolare processo atomico scoperto nel 1938, quando il fisico tedesco Otto Han e la fisica austriaca Lise Meitner osservarono un fenomeno estremamente importante e affascinante: colpendolo, o bombardandolo con un neutrone, un atomo di Uranio (o del torio) tende a scomporsi e spezzarsi in due originando a sua volta altre particelle subatomiche.
Alcune, a causa della loro carica positiva, tendevano a respingersi tra di loro attraverso un’elevata quantità di energia cinetica, altre invece, di carica negativa, erano in grado di innescare a loro volta altre reazioni di fissione.
Una volta compreso appieno questo meccanismo atomico, la scienza pensò di utilizzarlo all’interno di ambienti controllati per produrre energia. Fisici e ingegneri di tutto il mondo, infatti, avevano capito che l’energia cinetica delle particelle di carica positiva poteva essere trasformata in calore con cui riscaldare dell’acqua fino a produrre vapore: questo, a sua volta, azionando una turbina, sarebbe potuto diventare energia elettrica.
Sfruttando poi gli almeno due neutroni che a loro volta venivano rilasciati durante il processo, gli scienziati riuscirono ad avviare un sistema chiuso e controllato in cui da una singola fissione poteva innescarsi una reazione a catena, confinata all’interno di un reattore nucleare capace di produrre energia in modo sicuro e costante.
A partire dagli anni ’50 (dopo la drammatica esplosione delle due bombe atomiche a Hiroshima e Negasaki), diversi Stati del mondo hanno cominciato ad utilizzare la fissione nucleare per il proprio sostentamento energetico, compresa l’Italia che però fece dietrofront con il referendum del 1987, successivo al tragico incidente di Chernobyl, e quello del 2011 post Fukushima.
Altri invece hanno continuato e secondo i dati riportati dal ministero dell'Ambiente, erano circa 440 i reattori a fissione ancora in funzione in 30 paesi diversi nel 2019: insieme rappresentavano circa il 10% della produzione mondiale di elettricità.
La fissione nucleare per lungo tempo è stata considerata una buona fonte di energia “sostenibile” dal momento che non produce praticamente emissioni e non rilascia gas serra. Pensa che la fissione di 1 grammo di uranio produce tanta energia quanta quella ottenibile dalla combustione di quei 3mila kg di carbone.
Come sai, però, la sua etichetta di fonte green deve fare i conti con un problema annoso e impossibile da sottovalutare come quello delle scorie e dei rifiuti radioattivi, il cui impatto sulla salute umana e del Pianeta, se non gestito correttamente, è drammatico e catastrofico.
Fusione nucleare
Quando senti parlare di fusione nucleare potresti sentirla nominare come l’energia delle stelle. E a giusta ragione.
Per comprendere cosa sia la fusione devi pensare al processo opposto alla fissione che ti ho appena descritto. Se atomi di urano o torio, bombardati con neutroni, si dividono producendo energia, nella fusione invece avviene una reazione contraria per cui atomi leggeri (come l'idrogeno) si fondono tra loro formandone di più pesanti. L’unione, o appunto la fusione, di questi atomi genera un altro elemento, l’elio, e rilascia anche in questo caso un’enorme quantità di energia sotto forma di calore.
Ecco: la fusione è la stessa reazione nucleare che avviene nel Sole e all’interno delle altre stelle, dove nuclei di elementi leggeri come deuterio e trizio, a temperature e pressioni elevate, si fondono insieme formando nuclei di elementi più pesanti come l’elio emettendo moltissima energia.
Ottenere e controllare questo tipo di reazioni in laboratorio e poi all’interno di un reattore a fusione oggi è purtroppo ancora molto complicato. Devi sapere che affinché i nuclei possano fondersi tra loro servono distanze molto brevi (nel sole avviene grazie alle enormi forze gravitazionali presenti) e di una velocità d’urto molto alta, così come di un’elevatissima temperatura (100 milioni di gradi).
La fusione però è la vera sfida energetica del futuro. Una volta che avremo imparato a innescarla e controllarla (e ci stiamo lavorando: ti abbiamo già raccontato il progetto Iter), questa reazione atomica sarà una fonte inesauribile e illimitata di energia. Non andrà mai incontro infatti a scarsità di combustibile dal momento che l’idrogeno si può estrarre dall’acqua, praticamente infinita sul nostro Pianeta: ce l'ha confermato anche il direttore del Dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare dell'Enea Alessandro Dodaro.
Quella che otterremo attraverso la fusione, però, sarà soprattutto energia pulita. La produzione di elettricità attraverso la fusione nucleare non emetterà emissioni, non produrrà scorie e avrà dunque un impatto ambientale davvero limitato e contenuto.