La mancanza delle catene di approvvigionamento e delle tecnologie di processo essenziali per commercializzare l’energia da fusione potrebbe condannare gli Stati Uniti e i paesi europei a perdere questo importante vantaggio geopolitico.
L’energia da fusione ha il potenziale per cambiare il panorama geopolitico attualmente configurato attorno ai combustibili fossili. Lo sfruttamento della fusione garantirà la resilienza, la sicurezza e l’abbondanza energetica necessarie a tutti i settori industriali e dei servizi moderni. Tuttavia, questi vantaggi saranno controllati dalla nazione che sarà in testa sia nello sviluppo delle complesse catene di approvvigionamento necessarie sia nella costruzione di centrali a fusione su scala sufficientemente ampia da ridurre i costi economici.
Gli Stati Uniti e gli altri paesi occidentali dovranno costruire solide catene di approvvigionamento in una vasta gamma di tecnologie, oltre a creare la tecnologia fondamentale alla base delle centrali a fusione praticabili. Investire nelle catene di approvvigionamento e potenziare i complessi processi di produzione è stato sempre più un punto di forza della Cina e un punto debole dell’Occidente, con la conseguente migrazione di molte industrie critiche dall’Occidente alla Cina. Con la fusione, corriamo il rischio che la storia si ripeta. Ma non deve necessariamente andare così.
Gli Stati Uniti e l’Europa sono stati i principali finanziatori pubblici della ricerca sull’energia da fusione e ospitano molti dei progetti privati pionieristici in questo campo a livello mondiale. Di conseguenza, l’Occidente ha sviluppato molte delle tecnologie di base che renderanno possibile l’energia da fusione. Tuttavia, negli ultimi cinque anni il sostegno della Cina all’energia da fusione è aumentato, minacciando di consentire al Paese di dominare il settore.
Fonte: gli autori
La base industriale a disposizione della nascente industria cinese dell’energia da fusione potrebbe consentirle di scalare la curva di apprendimento molto più rapidamente e in modo più efficace rispetto all’Occidente. La commercializzazione richiede know-how, capacità e risorse complementari, tra cui catene di approvvigionamento e forza lavoro nei settori adiacenti. Soprattutto rispetto alla Cina, gli Stati Uniti e l’Europa hanno notevolmente sottovalutato le risorse industriali necessarie per un’industria della fusione, come la lavorazione di film sottili e l’elettronica di potenza.
Per competere, gli Stati Uniti, i loro alleati e i loro partner devono investire maggiormente non solo nella fusione stessa, cosa che già stanno facendo, ma anche nelle tecnologie adiacenti che sono fondamentali per la base industriale della fusione.
La traiettoria della Cina verso il dominio della fusione e il potenziale percorso dell’Occidente per competere possono essere compresi osservando il percorso scientifico e ingegneristico più promettente oggi per ottenere energia da fusione rilevante per la rete elettrica. Tale percorso si basa sul tokamak, una tecnologia che utilizza un campo magnetico per confinare il gas ionizzato, chiamato plasma, e infine fondere i nuclei. Questo processo rilascia energia che viene convertita da calore in elettricità. I tokamak sono costituiti da diversi sistemi critici, tra cui il confinamento e il riscaldamento del plasma, la produzione e il trattamento del combustibile, i rivestimenti e la gestione del flusso di calore e la conversione dell’energia.
Un’analisi approfondita delle industrie adiacenti necessarie per costruire questi sistemi critici mostra chiaramente il vantaggio della Cina, fornendo al contempo un’idea delle sfide che comporta la creazione di un e base industriale per la fusione negli Stati Uniti o in Europa. La Cina è leader in tre di queste sei industrie chiave e l’Occidente rischia di perdere la leadership in altre due. La potenza industriale della Cina nella lavorazione di film sottili, nelle grandi strutture in lega metallica e nell’elettronica di potenza costituisce una solida base per creare la catena di approvvigionamento a monte per la fusione.
Fonte: gli autori
L’importanza della lavorazione dei film sottili è evidente nel sistema di confinamento del plasma. I tokamak utilizzano potenti elettromagneti per mantenere il plasma di fusione in posizione, e le bobine magnetiche devono essere realizzate con materiali superconduttori. I superconduttori a base di ossido di bario e rame (REBCO) sono i materiali più performanti disponibili in quantità sufficienti per essere utilizzati nella fusione.
L’industria del REBCO, che si basa sulle tecnologie di lavorazione dei film sottili, ha attualmente volumi di produzione bassi e produttori distribuiti in tutto il mondo. Tuttavia, con la crescita dell’industria della fusione, la base produttiva del REBCO si consoliderà probabilmente tra gli operatori del settore in grado di sfruttare rapidamente le economie di scala. La Cina è oggi leader mondiale nella produzione di film sottili ad alto volume per pannelli solari e schermi piatti, con una forza lavoro esperta, un settore dell’utensileria, infrastrutture e una catena di approvvigionamento dei materiali a monte. Senza una significativa attenzione e investimenti da parte dell’Occidente, la Cina è ben posizionata per dominare la lavorazione di film sottili REBCO per magneti di fusione.
Gli elettromagneti in un tokamak su larga scala sono alti quanto un edificio di tre piani. Per sostenere questi elettromagneti attorno al grande recipiente sottovuoto che contiene fisicamente il plasma confinato magneticamente sono necessarie strutture realizzate con leghe metalliche resistenti. Strutture metalliche complesse e su larga scala simili sono necessarie per la costruzione navale, l’industria aerospaziale, le infrastrutture petrolifere e del gas e le turbine. Ma gli impianti di fusione richiederanno nuove versioni di leghe resistenti alle radiazioni, in grado di sopportare temperature criogeniche e resistenti alla corrosione. La capacità produttiva della Cina e i suoi sforzi nella ricerca metallurgica la posizionano bene per superare la concorrenza di altri fornitori globali nella produzione delle leghe metalliche speciali necessarie e nella loro lavorazione in strutture complesse richieste per la fusione.
Un tokamak richiede anche dispositivi elettronici di potenza su larga scala. Anche in questo caso la Cina è dominante. Sistemi simili si trovano nell’industria ferroviaria ad alta velocità (HSR), nelle micro-reti rinnovabili e nei forni ad arco. Nel 2024, la Cina aveva installato oltre 48.000 chilometri di HSR. Si tratta di una lunghezza tre volte superiore a quella della rete HSR europea e 55 volte superiore a quella della rete Acela negli Stati Uniti, che è più lenta dell’HSR. Sebbene anche altri paesi siano presenti in questo settore, l’esperienza della Cina è più recente e viene applicata su scala più ampia.
Ma la storia non finisce qui. L’Occidente ha ancora l’opportunità di guidare gli altri tre settori adiacenti importanti per la catena di approvvigionamento della fusione: gli impianti criogenici, il trattamento del combustibile e le coperte.
Gli elettromagneti di un tokamak operativo devono essere mantenuti a temperature criogeniche di circa 20 Kelvin per rimanere superconduttori. Ciò richiede impianti di raffreddamento criogenico su larga scala, da diversi megawatt. In questo caso, il Paese meglio posizionato per guidare il settore non è così chiaro. I due principali fornitori mondiali di impianti criogenici sono Linde Engineering e Air Liquide Engineering, con sede in Europa; gli Stati Uniti hanno Air Products and Chemicals e Chart Industries. Ma non sono gli unici: tra i leader nazionali cinesi nel settore criogenico figurano Hangyang Group, SASPG, Kaifeng Air Separation e SOPC. Ciascuna di queste regioni dispone già di una base industriale in grado di espandersi per soddisfare la domanda della fusione.
La produzione di combustibile per la fusione è una parte nascente della base industriale che richiede tecnologie di lavorazione per gas isotopi leggeri: idrogeno, deuterio e trizio. Alcune lavorazioni di gas isotopi leggeri sono già effettuate su piccola scala in medicina, nella produzione di armi all’idrogeno e nella ricerca scientifica in un , negli Stati Uniti, in Europa e in Cina. Tuttavia, la scala necessaria per l’industria della fusione non esiste nella base industriale odierna, il che rappresenta una grande opportunità per sviluppare le capacità necessarie.
Allo stesso modo, i mantelli e la gestione del flusso di calore rappresentano un’opportunità per l’Occidente. Il mantello è il mezzo utilizzato per assorbire l’energia dalla reazione di fusione e per generare trizio. I mantelli su scala commerciale richiederanno una tecnologia completamente nuova. Ad oggi, nessuna industria adiacente dispone di competenze commerciali rilevanti nel campo del litio liquido, dell’eutettico piombo-litio o dei sali fusi specifici per la fusione, necessari per la tecnologia dei mantelli. Alcune tecnologie per le coperte che si sovrappongono sono in fase di sviluppo iniziale da parte dell’industria della fissione nucleare. In qualità di maggiore produttore mondiale di berillio, gli Stati Uniti hanno l’opportunità di conquistare la leadership, poiché questo elemento è un materiale chiave nei principali concetti di coperte per la fusione. Tuttavia, l’uso del berillio deve essere accompagnato da programmi di sviluppo tecnologico per gli altri componenti speciali delle coperte.
Questi sei settori si riveleranno fondamentali per la diffusione dell’energia da fusione. In alcuni di essi, come la lavorazione di film sottili e le grandi strutture in lega metallica, la Cina ha già un vantaggio considerevole. È fondamentale che la Cina riconosca l’importanza di queste industrie adiacenti e le stia attivamente sfruttando nei suoi sforzi nel campo della fusione. Ad esempio, la Cina ha lanciato un consorzio per la fusione che riunisce giganti industriali dei settori dell’acciaio, delle macchine utensili, delle reti elettriche, della produzione di energia e dell’aerospaziale. Sarà estremamente difficile per l’Occidente recuperare il ritardo in questi settori, ma i responsabili politici e i leader aziendali devono prestare attenzione e cercare di creare solide catene di approvvigionamento alternative.
In quanto settore industriale di maggiore forza, gli impianti criogenici potrebbero continuare a rappresentare un’opportunità di leadership per l’Occidente. Rafforzare la produzione occidentale di impianti criogenici creando domanda per la liquefazione del gas naturale sarà un importante vantaggio per la futura catena di approvvigionamento degli impianti criogenici che sosterrà l’energia da fusione.
Gli Stati Uniti e i paesi europei hanno anche l’opportunità di assumere un ruolo di leadership nei settori industriali emergenti della lavorazione dei combustibili e delle tecnologie di copertura. Ciò richiederà ai responsabili politici di collaborare con le aziende per garantire che i finanziamenti pubblici e privati siano destinati a queste catene di approvvigionamento emergenti e fondamentali. I governi potrebbero dover fungere da primi acquirenti e fornire finanziamenti tramite prestiti per investimenti di capitale significativi. I governi possono anche fare di più per incentivare il capitale privato e il finanziamento tramite azioni, ad esempio attraverso una tassazione favorevole delle plusvalenze. Nei settori in ritardo della produzione di film sottili e leghe, gli Stati Uniti e l’Europa avranno probabilmente bisogno di partner, come la Corea del Sud e il Giappone, che dispongono delle basi industriali per competere a livello globale con la Cina.
La necessità di collegare e capitalizzare più industrie e catene di approvvigionamento richiederà una visione a lungo termine e una leadership chiara. È essenziale concentrarsi sul lato della domanda di questi settori complementari. La fusione è a un decennio dalla maturità, quindi la sua base di fornitori deve essere resa meno rischiosa e redditizia nel breve termine, concentrandosi su altri mercati di domanda primaria che contribuiscono alla nostra vitalità economica. Per citarne alcuni, i responsabili politici possono sostenere la modernizzazione della rete elettrica per rafforzare la domanda interna di elettronica di potenza e la produzione interna di semiconduttori a supporto della lavorazione dei film sottili.
L’Occidente deve inoltre concentrarsi sulla domanda di produzione energetica stessa. In qualità di maggiore consumatore di energia mondiale, la Cina sfrutterà la domanda del suo enorme mercato interno per scalare la curva di apprendimento e rafforzare i campioni nazionali. Si tratta di una strategia che la Cina ha utilizzato con enorme successo per dominare la produzione mondiale, più recentemente nel settore dei veicoli elettrici. Nel loro insieme, gli investimenti dal lato dell’offerta e della domanda hanno rappresentato una strategia vincente per la Cina.
La competizione per guidare il futuro dell’energia da fusione è iniziata. È giunto il momento per gli Stati Uniti e i loro alleati occidentali di iniziare a investire nell’ecosistema di innovazione fondamentale necessario per creare una base industriale dinamica e resiliente a sostegno di tale obiettivo.
Daniel F. Brunner è cofondatore di Commonwealth Fusion Systems e partner di Future Tech Partners.
Edlyn V. Levine è cofondatrice di una start-up tecnologica in modalità stealth e affiliata alla MIT Sloan School of Management.
Fiona E. Murray è professore di imprenditoria alla MIT School of Management e vicepresidente del Fondo per l’innovazione della NATO.
Rory Burke è laureato al MIT Sloan ed ex borsista estivo presso ARPA-E.
