Fusion for Energy: rendere l'energia da fusione una realtà
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GLI SCENARI_
Fusion for Energy: rendere
l’energia da fusione una realtà
Dall’avvio delle attività nel 2007 al 2018, Fusion for Energy ha stipulato contratti per oltre 4 miliardi di
euro con le industrie europee per la progettazione, lo sviluppo e la produzione di tecnologie, sistemi e
componenti per ITER. Investimenti altrettanto consistenti sono previsti per il periodo 2021-2027 con
l’obiettivo di fare della produzione di energia da fusione una realtà. Le aziende e il mondo scientifico
italiano hanno fornito e continuano a fornire un contributo di rilievo alla realizzazione di ITER con
ricadute molto positive su crescita e occupazione nei settori hi-tech, grazie alla capacità di innovare
sviluppata negli anni, alle caratteristiche del sistema industriale e alla qualità delle istituzioni di ricerca
DOI 10.12910/EAI2019-007
di Johannes P. Schwemmer, Direttore di Fusion for Energy (F4E)
F
usion for Energy (F4E) è della storia e futura pietra miliare opportunità per le sue imprese. Ol-
un’agenzia con sede a Bar- sul percorso di questa tecnologia; tre a ITER, F4E supporta lo sviluppo
cellona, istituita nel 2007 in si tratta una partnership scientifica della ricerca scientifica nel settore
ambito UE con la mission di internazionale senza precedenti1 che della fusione attraverso l’accordo
rendere l’energia da fusione una real- unisce metà della popolazione mon- Broader Approach con il Giappone2.
tà. Di fatto, F4E ha gestito e gestisce diale e l’80% del suo PIL. F4E sta lavorando insieme alle im-
il contributo europeo alla realizza- Al progetto partecipano Cina, Giap- prese e agli organismi di ricerca
zione di ITER attraverso la fornitura pone, India, Repubblica di Corea, europei per fabbricare migliaia di
di componenti realizzati dalle indu- Federazione Russa, Stati Uniti e componenti: ciò implica la realiz-
strie europee per un controvalore Unione Europea che forniscono un zazione di molti sistemi tecnologici
di 6,6 miliardi di euro fra il 2008 e contributo principalmente in tecno- d’avanguardia e con standard elevati
il 2020. logia, ovvero in componenti fabbri- di qualità, in grado di generare nuo-
ITER, attualmente in fase di realiz- cati dalle proprie industrie. L’Europa va conoscenza e di favorire la crea-
zazione a Cadarache, in Francia, è è responsabile di quasi la metà del zione di futuri spin-off. Investire in
il più grande esperimento di fusione progetto, il che in significa molte questa nuova fonte di energia con-
26 Energia, ambiente e innovazione | 2/2019
Fig. 1 Il tokamak sperimentale JT-60SA visto dall’alto con la serie di 18 bobine di campo toroidale del superconduttore. Il tokamak è stato
realizzato a Naka, in Giappone, nell’ambito di una collaborazione tra Europa e il Paese orientale
sente all’Europa di mantenersi leader UE e della Svizzera sono coinvol- scriminazione, la correttezza e la
nella ricerca sulla fusione nucleare e te in queste attività che costitu- trasparenza dell’intero iter di gara.
di diventare protagonista nello svi- iscono uno dei più grandi sforzi
luppo di un’economia sostenibile. Le tecnologici coordinati a livello Cluster industriali e storie di
aziende europee diventano quindi europeo dalla fine della Seconda successo
più competitive e possono offrire più Guerra Mondiale. Un ulteriore in-
lavori altamente qualificati. vestimento, pari a circa lo stesso L’industria italiana si è dimostrata
Dall’inizio delle attività di costru- importo, è previsto per il periodo molto competitiva nei contratti per
zione di ITER nel 2007 fino alla 2021-2027. ITER. A fine 2018, infatti, le impre-
fine del 2018, F4E ha stipulato con- F4E aggiudica la maggioranza dei se italiane si erano aggiudicate con-
tratti per 4.024 miliardi di euro con contratti con le imprese europee tratti di fornitura e servizi per un
l’industria europea per lo sviluppo a seguito di gare d’appalto su base valore totale secondo solo a quello
di tecnologie e progettazione, per concorrenziale, selezionando l’of- della Francia, se si considerano le
la produzione di sistemi e compo- ferta migliore secondo specifici opere civili e le infrastrutture. Oltre
nenti e per costruire l’infrastrut- criteri tecnico-economici. Tali gare che alla positiva esperienza matu-
tura di ITER in accordo con gli seguono le regole ed i principi della rata nelle attività industriali di JET
impegni europei per il progetto. contrattazione pubblica comunita- e EFDA, questo successo deriva da
Le industrie di 24 Paesi membri ria, al fine di garantire la non-di- alcuni specifici elementi.
2/2019 | Energia, ambiente e innovazione 27
modo da poter affrontare la sfida.
La combinazione che ne risulta è
spesso difficile da gestire e comporta
costi maggiori. D’altro canto, gran-
di aziende manifatturiere in grado
di realizzare i componenti di ITER
hanno a volte dimostrato scarso in-
teresse verso queste attività molto
lontane dal loro core business, pur
avendo a disposizione competenze
di valore senza dover ricorrere ad al-
cun aiuto esterno.
Di fatto, ITER rappresenta il ter-
reno ideale per le aziende di me-
dia dimensione: infatti, i fornitori
Fig. 2 Sistema di protezione del magnete superconduttore fornito dal Consorzio RFX di Padova più attivi e di successo hanno di
per il tokamak JT-60SA di Naka, in Giappone solito una taglia sufficiente per
gestire agevolmente il volume di
produzione, un’organizzazione che
Uno di questi è senz’altro la presen- (Vicenza), rappresentato da due del- consente di impegnarsi in lavori
za di una forte industria manifattu- le sue realtà imprenditoriali più lon- altamente specializzati e stabilità
riera, la seconda in Europa dopo la geve: De Pretto Industrie (DPI) e Et- finanziaria. Nei settori tradizionali
Germania, un comparto che rap- tore Zanon (EZ). Avvalendosi di una (ad es. petrolio & gas, automobili-
presenta quasi un quarto dell’intero comunità locale di specialisti esperti stico, energetico, aerospaziale, ecc.),
PIL nazionale mantenendo il quinto nella lavorazione e nella saldatura queste società solitamente agiscono
surplus commerciale manifatturie- dei metalli, queste due aziende sono come subappaltatori, ma nella filie-
ro al mondo, con un know-how di state coinvolte nelle attività di realiz- ra di approvvigionamento di ITER
eccellenza nell’industria metallurgi- zazione degli iniettori di fasci di neu- operano in prima linea.
ca, metalmeccanica, delle macchine tri (Neutral Beam Injectors) e delle Più che in altri Paesi europei indu-
utensili, dei macchinari e dei sistemi camere per prove da vuoto (Vacuum strializzati, una parte significativa
elettromeccanici, tutti settore chiave Test Chambers) per ITER. Le carat- delle industrie manifatturiere italia-
per la maggior parte dei componenti teristiche del cluster consentono un ne sono di media dimensione, sono
di ITER. approccio flessibile alla produzione fortemente orientate alle esporta-
In molte zone d’Italia esistono clu- e di identificare ‘in loco’ le risorse zioni e guardano a ITER e alla Big
ster di industrie manifatturiere disponibili per soddisfare le diverse Science come ad un’area importante
strettamente interconnesse, con una esigenze di ITER. per la propria strategia di business.
profonda integrazione della filiera Un secondo elemento a favore Una delle chiavi del successo ita-
produttiva. Tali distretti industriali dell’industria italiana è la taglia delle liano nel settore della fusione è
contribuiscono significativamente aziende: la maggior parte dei sistemi proprio la partecipazione di nume-
alla competitività del settore ma- e dei componenti di ITER sono all’a- rose aziende di medie dimensioni
nifatturiero italiano: sostengono la vanguardia, con contenuti tecnolo- come la SIMIC (Cuneo), la OCEM
produttività, danno forte impulso gici fortemente innovativi e requisiti Power Electronics (Bologna) e An-
all’innovazione e riducono le barrie- tecnici senza precedenti; i contratti gelantoni Test Technologies (ATT,
re di ingresso per nuove imprese. di fornitura sono spesso molto con- Perugia) che hanno focalizzato la
Alcune delle storie di successo più sistenti e poco adatti per imprese di propria strategia di business su
interessanti sono direttamente con- piccola dimensione che dovrebbero prodotti altamente specifici e con-
nesse ai cluster industriali, ad esem- necessariamente individuare altri tribuiscono alla realizzazione di
pio quello nel settore metallurgico soggetti con i quali mettere a fattor componenti di particolare rilievo
e metalmeccanico nell’area di Schio comune risorse e competenze in come i magneti di campo toroida-
28 Energia, ambiente e innovazione | 2/2019GLI SCENARI_
le (SIMIC) e gli iniettori di fasci di
neutri (OCEM e ATT).
Forte capacità di innovazione e
gestione ‘familiare’
Un terzo elemento è la gestione fami-
liare: la natura innovativa delle atti-
vità di ITER attrae aziende in grado
di gestire lavori altamente specifici,
interessate a sviluppare capacità tra-
sferibili in altri campi e da valorizza-
re nel lungo periodo. Le più adatte a
questo tipo di sfida sono proprio le
imprese a gestione familiare che han-
no una strategia di business a lungo
termine, la volontà di raggiungere
livelli di eccellenza e di generare in-
novazione. E le aziende familiari ita- Fig. 3 Assemblaggio del quadrupolo a radiofrequenza (RFQ) dell’acceleratore di particelle per
liane corrispondono a questo profilo: la International Fusion Material Irradiation Facility (IFMIF), realizzato da INFN - Laboratori
Nazionali di Legnaro - a Rokkasho, in Giappone
sono la spina dorsale dell’economia
manifatturiera e hanno un retaggio di
eccellenza e di longevità che dura da hanno sviluppato nel corso degli fico all’industria; e la fusione è solo
diverse generazioni. anni un’attitudine all’innovazione una delle storie di successo. L’inten-
Un caso emblematico è la Walter To- industriale determinante per il suc- sa collaborazione sviluppata in oltre
sto (WT, Chieti) che ha individuato cesso in ITER. 25 anni tra il mondo dell’industria e
nel progetto ITER un campo di ap- Un esempio di questa forte capacità i ricercatori ENEA (e della più vasta
prendimento stimolante e ha dimo- di innovazione è la ASG Supercon- comunità italiana della fusione che
strato un forte e stabile interesse per le ductors (Genova), azienda leader include CNR, INFN, RFX e molte
opportunità che ne possono derivare. nella realizzazione di grandi magneti università) sono state essenziali per
Le capacità acquisite per soddisfare i superconduttori per applicazioni di la realizzazione in laboratorio di
requisiti nel campo della fusione han- “Big science” (ad es. ITER e il gran- tecnologie promettenti e per il suc-
no consentito all’azienda di accedere de acceleratore di particelle LHC del cessivo trasferimento alle aziende.
a nuovi mercati e ad avere maggiore CERN) che ha imparato a padroneg- Molti attori chiave italiani con con-
visibilità nell’arena mondiale; attual- giare con successo nuove tecnologie solidate relazioni con l’ENEA hanno
mente Walter Tosto è uno degli attori e a migliorare quelle esistenti. La sua saputo cogliere con tempestività la
chiave nella fabbricazione della came- esperienza e volontà di andare oltre sfida di ITER. Un esempio di eccel-
ra a vuoto di ITER e nella produzione lo stato dell’arte è stata fondamenta- lenza è Ansaldo Nucleare (Genova),
in serie di cassette del divertore. le per la realizzazione delle bobine di una delle aziende leader nel campo
Ma non solo. Un ulteriore elemento campo poloidale e toroidale, due dei della fissione che a metà degli anni
a favore delle aziende italiane è la principali sistemi per il confinamento Ottanta ha dovuto affrontare il con-
capacità di innovazione: i sistemi e magnetico del tokamak di ITER. traccolpo dell’uscita del nostro Pa-
i componenti per ITER richiedono ese da questa tecnologia. L’azienda
infatti l’estensione di tecniche e pro- L’ENEA e il contributo della è tuttavia rimasta fortemente coin-
getti a un livello mai tentato prima e ricerca italiana ai progetti per la volta nella fusione assicurando il
i fornitori si trovano spesso a dover fusione proprio supporto alle relative attivi-
imparare in corso d’opera, ad assu- tà di ricerca ENEA, ad esempio per
mere dei rischi e operare adegua- L’ENEA è stata storicamente molto il divertore in tungsteno. Ansaldo
menti continui. Le aziende italiane attiva nel fornire supporto scienti- è anche stata scelta come una delle
2/2019 | Energia, ambiente e innovazione 29GLI SCENARI_ due candidate alla realizzazione del- di Palermo, Università di Roma La • realizzazione del tokamak spe- lo European Inner-Vertical Target, Sapienza e Tor Vergata) e diverse rimentale superconduttore JT- e resta fra le realtà industriali più società private (LTC Calcoli e SRS 60SA, il più grande mai costru- competitive grazie alle campagne di Engineering Design) sono state am- ito prima di ITER, con livelli di qualificazione e sviluppo di prototi- piamente coinvolte sin dalla fase ini- performance elevatissimi. Attual- pi, anche in vista della competizione ziale in studi di progettazione, ana- mente in fase di assemblaggio fi- per la futura produzione in serie. I lisi e ideazione a supporto di ITER. nale a Naka, in Giappone, si pre- laboratori italiani di ricerca sulla vede che genererà i primi impulsi fusione hanno fornito contribu- Il contributo ai progetti di plasma nel 2020 (Figure 1 e 2); ti fondamentali allo sviluppo di dell’Accordo Broader Approach • progettazione e costruzione di diversi sistemi e componenti di con il Giappone prototipi per la sorgente intensa ITER. L’ENEA da sola e insieme ad di neutroni IFMIF (Internatio- una rete di università (in particola- A margine delle trattative per nal Fusion Material Irradiation re le Università di Pisa, Palermo, La decidere sul sito di ITER, Europa e Facility) a Rokkasho, in Giappo- Sapienza di Roma e il Politecnico di Giappone hanno firmato l’accordo ne (Figura 3). L’implementazione Torino), è stata storicamente molto di collaborazione Broader Approach di questo acceleratore di parti- attiva nella fusione, soprattutto nelle (BA) con l’obiettivo di accelerare celle è attualmente ad uno stadio attività di ricerca e sviluppo e di pro- lo sviluppo dell’energia da fusione. avanzato grazie al fondamentale gettazione relative allo sviluppo del I costi sono stati suddivisi al 50% contributo italiano dell’INFN mantello per la produzione di trizio e, oltre al contributo Euratom (per i componenti dell’accelera- (breeding blanket, BB) per DEMO e gestito da F4E, alcuni Paesi UE tore stesso) e dell’ENEA con la per il programma europeo di speri- (Francia, Italia, Spagna, Germania tecnologia del litio fuso necessa- mentazione di moduli di mantelli in e Belgio) hanno deciso di offrire un ria per i bersagli bombardati; ITER. Nel campo del riscaldamento ulteriore supporto ‘in beni e servizi’, • creazione del centro internazio- del plasma e della trasmissione di evidenziando il valore industriale e nale di ricerca sull’energia da corrente, il Consorzio RFX (Padova) strategico dell’Accordo3. lI Broader fusione IFERC (International ha fornito, nell’ultimo decennio un Approach si articola in tre progetti: Fusion Energy Research Center) importante contributo allo svilup- po della Neutral Beam Test Facility (NBTF) di ITER. In particolare, il team RFX ha svi- luppato e progettato in dettaglio la NBTF, a partire dal progetto concet- tuale ideato dal team di ITER. Inoltre, coordina e gestisce l’intera costruzio- ne e l’avviamento di questo complesso impianto con notevole successo. Per quanto riguarda il sistema di ri- scaldamento del plasma, il gruppo di ricerca del CNR di Milano ha proget- tato, sviluppato e collaudato il simu- latore di carico per l’alimentazione delle sorgenti di onde di ciclotrone elettroniche (ECH, Electron Cyclo- tron Heating) di ITER (gyrotron). Inoltre, numerose università italia- ne (Università di Napoli Federico II, Consorzio CREATE, POLITO, Cerimonia inaugurale per l’avvio dell’assemblaggio del TFCs per il tokamak JT-60SA Università di Padova, Università nell’ambito del progetto Broader Approach con il Giappone 30 Energia, ambiente e innovazione | 2/2019
a Rokkasho. Il progetto include Germania (3%). Il supporto italiano della ricerca italiano stanno contri-
una serie di sottoprogetti, tra cui è stato fornito da Consorzio RFX buendo a questi impegni in modo
la realizzazione di un supercom- (Padova), INFN (Legnaro) ed ENEA4. significativo grazie alle caratteri-
puter, la fase di progettazione di stiche dell’industria manifatturiera
DEMO e alcune attività di ricerca Conclusione nazionale e alla qualità dei labo-
e sviluppo ad esso associate. ratori scientifici. Il costante coin-
In collaborazione con i partner ITER volgimento del tessuto industriale
Il contributo europeo ai tre progetti, e con il Giappone nell’accordo Bro- italiano genera crescita economica
oltre a quello di EURATOM, è ader Approach, l’Unione Europea è e nuova occupazione e incrementa
stato di circa 500 milioni di euro, attualmente coinvolta in una serie la capacità innovativa e di spin-off,
soprattutto grazie alla fornitura di di grandi progetti per lo sviluppo consentendo a tale tessuto di man-
beni e servizi così ripartiti: Francia della fusione, una fonte di energia, tenere il massimo livello di compe-
(44%), Italia (23%), EURATOM abbondante, sicura e sostenibile titività nei progetti hi-tech.
(16%), Spagna (11%), Belgio (3%) e per il futuro. Le aziende e il mondo
¹ ITER consentirà agli scienziati di studiare un gas di idrogeno ad una temperatura di oltre 200 milioni di gradi (plasma) in grado di
rilasciare, grazie alle reazioni di fusione, più energia di quanta ne sia necessaria per riscaldarlo e farà affidamento su una gamma
imponente di tecnologie fondamentali per la generazione in futuro di energia da fusione
² Quest’ultimo include la realizzazione di un esperimento di fusione nucleare con magneti superconduttori, noto come JT-60SA.
Successivamente, F4E metterà a frutto le conoscenze e le competenze acquisite con il lavoro su ITER e nell’ambito del Broader
Approach per la costruzione di impianti di fusione industriali
³ Accordi di collaborazione specifici stipulati tra F4E e ciascuno dei Paesi contribuenti definiscono in dettaglio gli obblighi reciproci.
In particolare, l’accordo con l’Italia consiste in una serie di attività di ricerca sulla fisica e di sviluppo di tecnologie specifiche
⁴ L’ENEA ha contribuito alla realizzazione del progetto IFMIF/EVEDA e dei componenti essenziali di JT-60SA: con la metà dei magne-
ti superconduttori necessari alla formazione del campo toroidale e la fornitura di unità di alimentazione elettrica ad alta potenza.
Anche il Consorzio RFX ha dato un importante contributo a JT-60SA, fornendo un sistema di protezione dei magneti supercondut-
tori ed alcuni alimentatori per bobine all’interno della camera a vuoto. Il contributo dell’INFN è stato fornito mediante la realiz-
zazione del quadrupolo di radiofrequenza (RFQ, Radio Frequency Quadrupole) dell’acceleratore di particelle per la sorgente IFMIF
costruito a Rokkasho, dove è attualmente in fase di collaudo
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