Nuovo studio mappa la fattibilità economica della fusione nucleare

L’energia da fusione promette un futuro con energia praticamente illimitata, generata con quasi nessun inquinamento.

Ciò avviene perché, a differenza dell’energia nucleare classica, la fusione nucleare non utilizza né produce elementi radioattivi pesanti come uranio, plutonio o torio. Invece, trasforma l’idrogeno o altri elementi leggeri in elementi leggermente più pesanti, non radioattivi, per generare energia.

(Puoi leggere di più su come funziona la fusione nucleare nel nostro rapporto dedicato sull’argomento)

L’energia da fusione era un concetto quasi fantascientifico, sempre sfuggente a 30 anni di distanza nel futuro. Questo sta cambiando rapidamente, come spiegato nel recentemente pubblicato DOE Fusion Roadmap. Molte aziende commerciali si stanno avvicinando alla produzione del loro primo reattore a fusione, in particolare Helion Energy, General Fusion (GFUZ ) , Proxima Fusion, e Commonwealth Fusion Systems.

Tuttavia, i prototipi che non hanno ancora prodotto ritorni energetici positivi ci dicono molto poco sulla futura redditività dei reattori a fusione nucleare. Non solo sarà necessario un catturamento energetico positivo, ma dovranno essere considerati anche i costi di manodopera, R&D e materiali per l’intera vita del reattore.

Un nuovo studio condotto da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT – USA) e Rutherford Energy Ventures (una società di investimento e consulenza focalizzata sulla commercializzazione dell’energia da fusione nucleare) indaga proprio questa domanda. Hanno sviluppato un metodo di valutazione indipendente dalla potenza assoluta dell’impianto, imparziale rispetto alle specifiche della sua tecnologia di fusione, e applicabile a qualsiasi concetto di confinamento della fusione.

Hanno pubblicato i loro risultati su Journal of Fusion Energy¹, con il titolo “Criteri per la fattibilità economica degli impianti di energia da fusione”.

Nessun profitto senza redditività operativa

Al centro della futura redditività degli impianti di energia da fusione c’è la loro capacità di generare elettricità in quantità superiore a quella consumata per avviare la fusione. Questo è determinato dal “Lawson criterion”, matematicamente imparziale rispetto alla tecnologia di fusione impiegata.

Imitando il criterio di Lawson, lo studio sviluppa il proprio equivalente economico, con i tassi di guadagno e perdita di energia normalizzati alla superficie di controllo, dove avviene fisicamente l’estrazione dell’energia.

L’economia è determinata dall’equilibrio tra periodi di guadagni e perdite economiche nel corso della vita dell’impianto di energia da fusione. Si assume che l’impianto abbia due periodi: uno per la produzione di energia e uno per la sostituzione dei componenti sulla superficie di controllo.

Quindi, mentre il criterio di Lawson valuta se viene prodotta energia netta, il fattore di guadagno economico Qecon dello studio deve superare 1 affinché l’impianto abbia una possibilità di essere sostenibile.

«Raggiungere questa soglia è necessario, ma non sufficiente per garantire la fattibilità commerciale reale perché, per definizione, la maggior parte ma non tutti i costi possono essere inclusi nel modello. Tuttavia, senza Qecon>1, non vi è alcuna prospettiva di ritorni netti.»

Un altro fattore importante è la potenziale redditività di un impianto di fusione, includendo il costo del capitale, il prezzo dell’energia, la durata dei componenti, la vita complessiva dell’impianto, ecc.

Fonte: Journal of Fusion Energy

Ottenere i parametri corretti

La parte del calcolo che misura il denaro generato dall’impianto è relativamente semplice.

Considera la produzione netta di energia, considerata in questo contesto come la produzione media di elettricità durante la vita dell’impianto. Sebbene siano possibili altri usi potenziali della fusione, come calore industriale o produzione di carburante, non costituiscono il caso d’uso principale né il mercato più grande.

Questa energia netta viene poi convertita in dollari tramite un “prezzo dell’energia” in $/MWh. Un calcolo alternativo potrebbe includere tutti i prodotti venduti dal FPP, includendo prodotti del mercato energetico (elettricità, calore, carburante) e prodotti non energetici il cui prezzo può essere legato alla produzione netta di energia (prodotti di transmutazione, acqua desalinizzata, ecc.).

Il prossimo elemento è il fattore di utilizzo, che tiene conto del fatto che il componente di superficie richiederà una sostituzione regolare a causa dei danni provocati da calore estremo e reazioni nucleari.

Ci si attendono danni o perturbazioni significative a livello atomico da particelle cariche ad alta energia, fotoni o neutroni neutri, che portano a un degrado cumulativo. L’accumulo di elio, prodotto della reazione di fusione, pone anche sfide nei componenti solidi.

Il degrado è stimato come il limite alla quantità di flusso energetico che può attraversare la superficie.

«Una volta raggiunto questo limite, la superficie non è più operativa, le operazioni di energia da fusione devono cessare e deve essere sostituita»

Economicam​ente, il costo della superficie, ma anche il tempo di inattività necessario per sostituirla, sono i fattori più impattanti. Altri fattori importanti saranno i costi di qualificazione fuori sede, di installazione e di smaltimento.

Va notato che nella maggior parte dei casi il combustibile dovrebbe rappresentare una parte molto piccola del costo operativo totale, rendendo l’economia delle centrali a fusione simile a quella delle centrali nucleari a fissione e radicalmente diversa da quella delle centrali a combustibili fossili.

Tecnologie di Fusione Diverse

Le diverse tecnologie di fusione presenteranno costi operativi differenti e avranno “consumabili” diversi oltre al combustibile nucleare stesso.

«La fusione inerziale guidata da laser comprende un bersaglio sferico e il suo assemblaggio di consegna, mentre la fusione a drive indiretto includerebbe l’hohlraum del bersaglio, entrambi completamente consumati ad ogni evento di fusione. Nella fusione magnetica pulsata, ciò comprende il bersaglio di combustibile e qualsiasi elettrodo o filo intenzionalmente consumato in un impulso o in un numero finito di impulsi.»

Ciò significa che le diverse tecnologie potrebbero avere economie radicalmente diverse, anche con un simile successo tecnico nella produzione netta di energia. Differiranno per costo della materia prima, difficoltà e costi di produzione, complessità dell’installazione, competenze tecniche richieste al personale e velocità di sostituzione della superficie.

Finanziamento & Ammortamento

Come per qualsiasi altra centrale elettrica e grandi progetti infrastrutturali, le centrali a fusione dovranno essere finanziate e il loro flusso di cassa dovrà coprire il costo del capitale.

Ciò implica un costo fisso associato al pagamento del capitale e degli interessi sui fondi presi in prestito per la costruzione e la consegna. Variazioni dei tassi d’interesse potrebbero influenzare significativamente l’economia di una centrale a fusione, e gli Stati‑nazione che facilitano il finanziamento potrebbero avere un impatto notevole sulla redditività finale.

In aggiunta, vi saranno costi fissi di operatività e manutenzione (O&M) annuali legati al personale della centrale, alla conformità normativa e alla manutenzione ordinaria al di fuori della sostituzione della superficie.

Va notato che alcune categorie di costi iniziali (ad es. oneri normativi, costi di sviluppo) sono state escluse di default da questo quadro. Ciò avviene perché tali costi iniziali tendono a diventare relativamente meno rilevanti man mano che un settore matura, poiché l’obiettivo è valutare la redditività della fusione nucleare nel lungo periodo, non per le prime unità commerciali. Pertanto lo studio sarà più applicabile a centrali a fusione NOAK (Nth Of A Kind) o quando la tecnologia è prodotta su larga scala, piuttosto che ai primi progetti/prototipi commerciali.

Stima della Redditività Reale delle Centrali a Fusione

Può essere difficile stimare l’effettiva economia delle centrali a fusione quando la tecnologia è ancora in fase sperimentale. Tuttavia, i confronti possono essere informativi.

Ad esempio, i ricercatori hanno applicato la loro formula matematica con alcune ipotesi:

• Un tempo di sostituzione di 0,1 anno (circa 5 settimane) è stato preso dal tipico tempo di rifornimento di una centrale nucleare a fissione.
• Si prevede una vita operativa della centrale di diversi decenni e un orizzonte di finanziamento di 15‑30 anni.
• Un prezzo medio al dettaglio dell’elettricità negli Stati Uniti, corretto per inflazione, degli ultimi dieci anni di 160 $/MWh.
• Un tasso di interesse reale del 2 % è stimato sulla base dell’obiettivo di inflazione della Federal Reserve statunitense.

Assumendo una densità di potenza della fusione generalmente considerata sufficientemente alta per la fattibilità economica (2‑5 MW/m²), si ottiene un risultato interessante: il pareggio si verifica dove “Cnet” incrocia lo zero, o per una densità di potenza della fusione di 1,9 MW/m².

Fonte: Journal of Fusion Energy

Va notato che questa soglia è sorprendentemente costante. Un valore simile di 2 MW/m² risulta essere il livello richiesto per la redditività quando si modificano altri parametri come l’efficienza di conversione energetica o il costo della superficie.

Fonte: Journal of Fusion Energy

Questa redditività aumenta rapidamente, per poi stabilizzarsi a densità energetiche molto elevate, poiché a quel punto il limite è l’estrazione dell’energia, non la sua produzione. Di conseguenza, una centrale a fusione avrà la massima redditività economica, anche con una produzione di energia “illimitata”.

«Ciò conferma il valore di un modello economico “top‑down” come quello sviluppato qui; sebbene debba necessariamente semplificare, sembra aver catturato correttamente il vincolo quantitativo di progettazione della densità di potenza della fusione rispetto alla fattibilità economica della fusione.»

Progettare un Reattore a Fusione per il Profitto

Per molto tempo, decenni addirittura, i reattori a fusione sono stati una sfida scientifica e ingegneristica. Ciò ha comportato che l’economia del reattore finale non fosse spesso la priorità della ricerca e sviluppo. Man mano che ci avviciniamo all’utilizzo commerciale, questa situazione cambierà.

Sfortunatamente, l’industria e la comunità scientifica della fusione hanno in gran parte evitato finora la questione.

“Poiché i progetti di fusione si avvicinano sempre più a quelli di una centrale a combustibili fossili (FPP), è deplorevole che vi sia una ‘auto‑oscuramento’ riguardo all’efficacia dei costi. Sarebbe inaccettabile se vi fossero fattori di incertezza di 2‑3 nella segnalazione dei risultati della scienza della fusione, quindi non è chiaro perché sia stato accettato che tale imprecisione sia consentita nella valutazione dei costi.”

Una serie di fattori come il costo del capitale, i mercati energetici e, in certa misura, anche il costo di costruzione avranno un impatto nella realtà, ma sono fuori dal controllo dei progettisti di reattori, quindi sono meno rilevanti dal punto di vista delle scelte di progettazione e tecnologia.

Al contrario, la densità di potenza della fusione, l’efficienza netta di conversione e le dimensioni e la durabilità della superficie sono questioni ingegneristiche suscettibili di miglioramento.

Un altro elemento da considerare è che prestazioni estremamente elevate in un dominio saranno difficili da raggiungere e potrebbero imporre compromessi evitabili. Pertanto, una combinazione di risultati “sufficientemente buoni” in più soluzioni ingegneristiche produrrà probabilmente risultati migliori, un’idea che può essere rappresentata visivamente.

Un esame visivo delle curve indica che esistono regioni delle isoquanti in cui un aumento del rischio tecnico diventa ingiustificato perché i ritorni economici si saturano.

Fonte: Journal of Fusion Energy

Cosa rende redditizio un reattore a fusione?

L’analisi evidenzia alcuni parametri probabilmente necessari per la redditività economica:

• Un tempo di sostituzione per i danni superficiali da radiazione inferiore a 1/4^thdi anno, con non più di 5 settimane come opzione migliore.
• Costi di sostituzione della superficie inferiori a 0,3 milioni di dollari/m².
• Miglioramenti creditizi come garanzie sui prestiti governativi, crediti d’imposta per investimenti o contratti per differenza miglioreranno efficacemente la fattibilità economica senza modificare i parametri ingegneristici.
• Affidabilità, in particolare pochissimi o nessun guasto non programmato, può generare ritorni aggiuntivi fornendo alle reti elettriche una fornitura regolabile. Pertanto, un reattore a fusione regolabile che può programmare interruzioni durante le stagioni a basso prezzo sarà più redditizio.
• Il fine vita degli impianti può includere costi come lo smantellamento e la gestione dei rifiuti, ma anche profitti dal valore di recupero dei componenti riutilizzabili: magneti HTS, turbine, sistemi a vuoto, elettronica di potenza, ecc.

Un’ultima osservazione di questo studio è che, poiché i diversi parametri ingegneristici influenzano la redditività in modo differente, diversi progetti di fusione potrebbero adattarsi meglio a differenti contesti economici. Per esempio, un alto costo del capitale potrebbe favorire reattori economici da produrre ma più costosi da gestire, oppure un eccesso di energia rinnovabile può valorizzare reattori facili da avviare e arrestare, con manutenzione programmata e alta affidabilità.

Investire nella fusione nucleare

General Fusion Group Ltd

Mentre la considerazione generale sulla redditività potrebbe presto diventare la principale preoccupazione dell’industria della fusione, raggiungere una produzione netta di energia con un modello commerciale rimane ancora la priorità.

Gli investitori possono ora accedere alle società di fusione nucleare sul mercato pubblico dalla combinazione SPAC di General Fusion, avvenuta a luglio 2026.

L’azienda punta alla validazione di sistemi e componenti commerciali entro la fine del 2020, e a iniziare la vendita di impianti commerciali a metà degli anni 2030.

Fonte: General Fusion

La scelta tecnologica e di design della fusione a bersaglio magnetizzato da parte di General Fusion dovrebbe, in teoria, conferirle un vantaggio, poiché offre un buon compromesso nei requisiti tecnici per mantenere le condizioni di fusione: con tempi di confinamento energetico moderati e densità di plasma adeguata.

Per entrambi questi parametri, le principali tecnologie concorrenti (confinamento inerziale e confinamento magnetico) tendono verso l’estremo, rendendo più difficile raggiungere risultati affidabili ed economici.

Fonte: General Fusion

Ciò consente a General Fusion di evitare magneti superconduttori e laser ad alta potenza, oltre a utilizzare materiali esistenti per macchine durevoli e una produzione di energia conveniente. Questo focus su componenti esistenti e sull’efficienza dei costi potrebbe, a lungo termine, essere più importante di parametri puramente tecnici come la produzione netta di energia.

Il funzionamento prevede la creazione di una cavità all’interno del contenitore di fusione. Successivamente, il plasma magnetizzato viene iniettato nella cavità e compresso con metallo liquido.

La pressione e il calore generati innescano la fusione, producendo ulteriore calore, che può essere recuperato per generare energia. Lo stesso processo viene ripetuto più volte al secondo, non dissimile dai pistoni di un motore a combustione, salvo che il combustibile è l’idrogeno e il processo di combustione è sostituito dalla fusione nucleare.

Fonte: General Fusion

Con soli 133 dipendenti, General Fusion è ancora una startup fortemente orientata alla R&D e alla tecnologia, con oltre 200.000 esperimenti di plasma condotti e 210 brevetti in suo possesso.

Questo è un profilo che gli investitori devono tenere a mente quando valutano le azioni dell’azienda, con una notevole crescita da una valutazione ancora modesta, ma anche molti fattori potenzialmente a rischio prima della metà degli anni 2030.

Pertanto, un investimento nell’azienda può essere successivamente integrato da investimenti in altre tecnologie di fusione, una volta che società come TAE Technologies effettuino la loro IPO (TAE punta alla fine del 2026), così come investimenti in altre tecnologie energetiche.

(Puoi leggere di più sulla fusione nucleare nel nostro rapporto dedicato su questa tecnologia, e sull’IPO di General Fusion nell’articolo che tratta questa azienda in particolare)

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni General Fusion (GFUZ)

Studio citato

^{1. D. G. Whyte et al., Criteri per la fattibilità economica delle centrali a fusione. Journal of Fusion Energy. 10 luglio 2026. Volume 45, numero articolo 49. https://doi.org/10.1007/s10894-026-00577-9}