Energia
Elon Musk: Solare vs Fusione — Chi Vince e Perché?
Quando si parla di fonti di energia, il partitismo oggi fa parte integrante dell’argomento. I conservatori potrebbero preferire i combustibili fossili, i liberali i pannelli solari e le auto elettriche, e i tecnologi sperano in un rinascimento nucleare (fissione nucleare).
Nel frattempo, gli scienziati utilizzano budget di diversi miliardi di dollari per cercare di sbloccare la fusione nucleare, che potrebbe, in teoria, essere la fonte di energia definitiva che è sia pulita che illimitata. Ma non tutti sono d’accordo che questo sia probabile che funzioni presto.
Per iniziare, gli scettici sono piuttosto vendicati dal terribile record di previsioni sulla fusione nucleare che diventa utile e commercialmente fattibile – un punto nel tempo che sembra sempre a 20-30 anni di distanza, e lo è stato per gli ultimi 80 anni.
Recentemente, il leader tecnologico, miliardario e figura controversa Elon Musk ha inserito il suo peso nella discussione. Ha sostanzialmente detto che i progetti di ricerca sulla fusione nucleare sono inutili, poiché il miglior e più utile reattore nucleare già esiste: il Sole.
E in effetti, la produzione di energia del Sole supererà probabilmente per sempre quella dell’umanità.
Mentre il volume di Giove è ~1.300 volte quello della Terra, il Sole lo supera ancora. Contiene il 99,86% di tutta la massa del nostro sistema solare e brucia costantemente 600 milioni di tonnellate di idrogeno ogni secondo.
Quindi, secondo Musk, l’umanità dovrebbe semplicemente raddoppiare gli sforzi sull’energia solare e dimenticare la fusione nucleare.
Ma ha ragione?
Riassunto
- L’argomentazione di Elon Musk secondo cui “il Sole è già il reattore a fusione” evidenzia perché il solare sta vincendo oggi: funziona adesso e continua a diventare più economico.
- Il punto debole più grande del solare è l’affidabilità, con notti, inverni e periodi prolungati di nuvolosità che richiedono un enorme archiviazione o potenza di backup.
- La fusione nucleare promette energia densa, a richiesta, a basso contenuto di carbonio, ma non ha ancora dimostrato di produrre rete elettrica commerciale o costi prevedibili.
- Se la fusione ha successo, è probabile che domini le applicazioni che richiedono potenza concentrata e costante piuttosto che generazione diffusa.
- Il futuro più realistico è un sistema ibrido in cui il solare economico si diffonde ampiamente mentre le fonti di potenza stabile colmano le lacune di affidabilità.
Il Grande Vantaggio dell’Energia Solare: Costo e Velocità
In un articolo precedente intitolato “L’Età del Solare – Un Futuro Brillante per l’Umanità“, abbiamo discusso come l’energia solare sta rapidamente diventando la principale fonte di energia della nostra civiltà.
In gran parte, ciò è stato guidato da diversi decenni di progressi che hanno visto il prezzo dei pannelli solari diminuire di un fattore di 30.
Source: IEA
In parallelo, le auto elettriche e i parchi di batterie abbastanza grandi da alimentare la rete elettrica hanno aumentato l’utilità dell’elettricità rispetto ai combustibili fossili.
Tuttavia, l’energia solare soffre di alcune limitazioni:
- La produzione è molto più bassa in inverno, specialmente nelle latitudini settentrionali.
- La velocità di diminuzione del prezzo ha iniziato a rallentare.
- La produzione è intermittente e difficile da prevedere, portando a scenari meno che ideali:
- Oppure il solare rimane una piccola parte del mix energetico totale, contribuendo seriamente solo in giorni soleggiati.
- Oppure il solare diventa una parte più grande del mix energetico, ma con una capacità di produzione eccessiva per i giorni senza sole.
- Oppure enormi parchi di batterie, impianti di idrogeno o altri sistemi di archiviazione dell’energia – che costano trilioni – devono essere costruiti per integrare il solare durante i giorni nuvolosi, le sere e gli inverni.
Allo stesso tempo, l’energia solare funziona adesso, mentre i reattori a fusione sono ancora solo una teoria quando si tratta di modelli commercialmente utili.
La Fusione Nucleare può Diventare Commerciale?
Come abbiamo spiegato in il nostro rapporto approfondito sulla fusione nucleare, la fusione è, in teoria, la fonte di energia ideale: non produce inquinamento (il prodotto è elio), consuma il materiale più abbondante nell’Universo (idrogeno) e è orders di grandezza più potente anche delle più grandi centrali elettriche nucleari a fissione.
Il problema è che richiede la gestione del materiale in modo sicuro ed economico mentre è compresso e riscaldato a decine o centinaia di milioni di gradi – e allo stesso tempo estrarre energia da esso.
Mentre sappiamo come scatenare la fusione nucleare dal 1950, renderla utile per la generazione di energia è stato un obiettivo elusivo.
Tuttavia, il progetto internazionale ITER sta progredendo. E le aziende private come Commonwealth Fusion Systems e Proxima Fusion stanno annunciando i loro modelli commerciali da rilasciare nei prossimi anni.
Quindi, per continuare il confronto scatenato da Elon Musk: anche se la fusione commerciale viene sviluppata, è resa obsoleta dal solare?
Confronto Solare vs Fusione
Panoramica
Gli argomenti chiave dipendono dall’angolo in cui si guarda ogni fonte di energia.
L’argomentazione a favore del solare è che è essenzialmente “gratuito”, nel senso che l’energia è già stata generata dal grande reattore a fusione che è il Sole, e arriva sulla Terra ogni giorno, aspettando di essere raccolta.
I critici diranno che mentre la quantità totale che colpisce la Terra è enorme, è troppo diffusa per metro quadrato per essere veramente efficiente e troppo vulnerabile alle variazioni ambientali.
D’altra parte, i futuri reattori a fusione nucleare produrrebbero energia che è molto più concentrata, generando potenza su richiesta. È anche completamente indipendente dal meteo, dalle stagioni o dall’ora del giorno.
Alla fine, l’argomentazione non è tanto tecnica quanto concettuale ed economica.
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| Fattore | Solare (oggi) | Fusione (oggi) | Cosa cambierebbe il vincitore? |
|---|---|---|---|
| Velocità di distribuzione | Rapida (mesi) | Lenta (anni/decenni) | Se le piante di fusione diventano modulari + costruzioni ripetibili |
| Carburante e catena di approvvigionamento | Produzione di materiali pesanti | Componenti complessi; il percorso del trizio è importante | Se la fusione semplifica le parti + risolve la logistica del carburante |
| Affidabilità | Intermittente senza archiviazione | Potenziale di base e su richiesta | Se l’archiviazione diventa estremamente economica su larga scala |
| Uso del terreno | Grande area (ma i tetti aiutano) | Piccolo impatto per MW | Se il solare nello spazio diventa economico |
| Prospettiva dei costi | In diminuzione, ma in maturazione | Inverificabile; potrebbe diminuire drasticamente se funziona | Se la fusione raggiunge l’elettricità netta + lunga vita dei componenti |
Come il Solare può Vincere?
Il Percorso Economico
Ci sono alcuni percorsi per il solare per avere senso, indipendentemente da quanto efficiente diventi la fusione nucleare.
Uno è diventare così economico e onnipresente che la generazione di energia diventi un pensiero secondario. Ad esempio, se i pannelli solari diventano abbastanza economici, ha senso coprire ogni tetto, ogni recinzione e forse ogni parete esterna con essi.
I pannelli bifacciali, che producono energia da entrambi i lati, sarebbero ideali per molti di questi design. I pannelli ultra-duraturi avrebbero anche grandi benefici economici se potessero produrre per 30 o 50 anni con perdite minime.
Source: Next2Sun
In quel contesto, quel scenario richiede anche costi trascurabili per le batterie, in modo che le sere e gli inverni possano essere interamente integrati da una maggiore produzione solare durante i giorni soleggiati. Le connessioni a lunga distanza (migliaia di chilometri o miglia) tra le reti potrebbero aiutare anche.
Quindi, indipendentemente da quanto efficiente diventi la fusione nucleare, sarebbe probabilmente relegata ad applicazioni di nicchia, con la maggior parte della rete alimentata da pannelli solari, probabilmente situati in luoghi soleggiati come deserti o alte montagne.
Il Percorso Tecnologico
Un’altra opzione per i pannelli solari per alleviare le loro limitazioni – principalmente legate al ciclo giorno-notte e al meteo – è spostarsi dove entrambi i problemi scompaiono: nello spazio.
Il solare nello spazio, di cui abbiamo discusso in un articolo dedicato, si basa sul posizionamento di fattorie solari in orbita, dove il Sole splende 24/7, e a un’intensità molto più alta che sulla superficie terrestre. L’energia viene poi trasmessa sulla Terra utilizzando fasci di microonde e stazioni di ricezione dedicate.
Per questo, tali stazioni solari potrebbero, nel lungo termine, essere posizionate in orbita attorno a Venere, Mercurio o addirittura più vicino al Sole, aumentando ulteriormente la loro produzione.
Sebbene non spiegato nell’argomentazione di Musk, questo potrebbe essere il ragionamento dietro di essa. Mentre il solare a terra non è ancora perfetto, i costi di lancio in caduta con razzi come lo Starship di Musk potrebbero rendere il solare nello spazio così economico da poter competere direttamente con tutte le altre fonti di energia.
Come la Fusione può Vincere?
Naturalmente, il primo passo per la fusione nucleare per vincere la corsa a diventare la principale fonte di energia dell’umanità è riuscire a produrre più energia di quanta se ne consumi per l’accensione.
Se questo accade, allora la questione sarà principalmente una questione economica, con alcune domande chiave che richiedono risposte:
- Qual è il costo per costruire un impianto di fusione nucleare? (Costi di capitale)
- Quanto costa generare un kWh una volta costruito, considerando tutte le spese – non solo il carburante ma anche le risorse umane, la manutenzione, le riparazioni, il tempo di fermo, l’assicurazione, ecc.? (Costi operativi)
- Quanto a lungo può funzionare prima di dover essere ritirato (periodo di ammortamento)?
Sappiamo che questo potrebbe essere difficile, poiché la fissione nucleare, sebbene sia una meraviglia della tecnologia, è anche molto costosa da costruire e gestire.
Mentre alcuni di questi costi sono legati ai rischi intrinseci della fissione nucleare (che sono assenti nella fusione), una tecnologia che ci ha impiegato quasi un secolo a padroneggiare probabilmente non sarà economica.
Tuttavia, la fusione vincerà in qualsiasi applicazione che richieda molta potenza in un’unica posizione, su richiesta. Quindi, indipendentemente da cosa, se la fusione nucleare diventa una realtà, probabilmente diventerà la fonte di energia scelta per le grandi navi militari, gli spacecraft e alcune industrie pesanti.
Questo sarà anche la fonte di energia preferita per qualsiasi esplorazione dello spazio profondo, poiché la luce solare diminuisce esponenzialmente man mano che ci si allontana dal Sole. Ad esempio, Giove riceve solo il 4% della luce solare che riceve la Terra.
Tre Scenari per il Mix Energetico: Solare, Archiviazione, Fusione
Nel complesso, il mix energetico futuro dell’umanità dipenderà da alcune variabili, alcune delle quali Elon Musk sta lavorando duramente per cambiare.
Scenario 1: Il Muro delle Limitazioni del Solare
Se né i pannelli solari più economici né l’archiviazione dell’energia a basso costo si materializzano, la tecnologia inizierà a progredire sempre più lentamente.
In questo caso, il solare diventa incapace di gestire l’intera domanda della rete energetica, e la base e il consumo invernale devono essere coperti da combustibili fossili o da una forma di energia nucleare – con la fusione nucleare come opzione ideale se possibile, grazie al fatto di essere sia a basso contenuto di carbonio che a basso rischio.
Considerata la popolarità attuale dell’energia solare, questo probabilmente accadrà se la tecnologia dei pannelli solari e delle batterie raggiunge limiti fisici che ostacolano ulteriori progressi.
Scenario 2: Ubiquità dell’Energia Solare
In questa opzione, l’energia solare diventa così economica da essere appena degna di essere misurata. La produzione è così abbondante che i giorni soleggiati vedono un’enorme “eccedenza inutile”, mentre i giorni più bui sono ancora coperti dal grande parco di pannelli solari onnipresente che copre la maggior parte degli edifici, delle strade, ecc.
