Potrebbero davvero esistere in futuro delle batterie in grado di durare fino a 50 anni senza aver mai bisogno di una ricarica? C’è chi ha provato a rispondere a questa domanda per davvero, sviluppando dei particolari dispositivi che potenzialmente dovrebbero riuscire a garantire simili prestazioni. Vediamo dunque insieme tutto quello che è necessario sapere sulle cosiddette batterie nucleari, sul loro funzionamento e sui vantaggi che possono garantire.
Indice contenuti
- Cosa sono le batterie nucleari?
- Le tipologie
- Le batterie a conversione termica
- Le batterie a conversione non termica
- Batterie nucleari al diamante
- Il funzionamento delle batterie nucleari
- Gli ambiti di applicazione
- Il progetto cinese
Cosa sono le batterie nucleari?
Questo particolare tipo di batterie sfruttano l’energia che si genera a partire dal decadimento di isotopi radioattivi per produrre elettricità. I termini “batteria nucleare“, “batteria atomica” e “generatore a radioisotopi” sono di conseguenza sinonimi altrettanto validi e indicano specifici dispositivi capaci di convertire il decadimento radioattivo in energia elettrica.
A differenza delle batterie tradizionali, che funzionano attraverso reazioni elettrochimiche, le batterie nucleari impiegano particelle alfa, beta o gamma emesse durante il processo di decadimento per generare una corrente. Pur essendo evidentemente molto più costose delle batterie convenzionali, offrono importanti vantaggi in termini di longevità e affidabilità.
Le tipologie
Di batterie nucleari ne esistono in realtà di diversi tipi. Vediamoli insieme più nel dettaglio qui di seguito.
Le batterie a conversione termica
Questi dispositivi producono elettricità convertendo in energia il calore generato dal decadimento radioattivo, utilizzando strumenti come le termocoppie. Un esempio interessante in questo senso è rappresentato dal generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG), impiegato per alimentare missioni spaziali come il rover Perseverance lanciato dalla NASA su Marte. Tuttavia, l’efficacia di questi sistemi è limitata dalla quantità di calore che viene dispersa durante il processo di conversione.
Le batterie a conversione non termica
Tra le batterie non termiche spiccano le betavoltaiche, che trasformano l’energia delle particelle beta emesse durante il decadimento in corrente elettrica senza necessitare di differenze di temperatura. I modelli a conversione diretta sono più performanti, mentre quelli a conversione indiretta sfruttano la luce generata dal decadimento per alimentare celle fotovoltaiche. Tuttavia, questi ultimi risultano meno efficienti e longevi rispetto ai sistemi a conversione diretta.
Batterie nucleari al diamante
Tra le innovazioni più interessanti troviamo le batterie al diamante nucleare, che utilizzano il decadimento del carbonio-14 come fonte di energia. Grazie a una vita media di 5.700 anni, rappresentano un importante passo avanti nell’impiego di scorie nucleari. Nonostante il grande potenziale, queste batterie sono ancora in fase di sviluppo per un’applicazione pratica su larga scala.
ll funzionamento delle batterie nucleari
Le batterie nucleari sono generatori di energia basati su termocoppie, composte da un circuito formato dall’unione di diversi tipi di metalli. Quando una delle giunzioni viene riscaldata, si genera una forza elettromotrice, creando una corrente elettrica. Questo fenomeno è noto come effetto Seebeck, dal nome del fisico tedesco Thomas Seebeck che per primo lo scoprì nel 1821 (sulla scia degli studi del suo predecessore, Alessandro Volta).
Una batteria nucleare combina termocoppie e isotopi radioattivi. Quando gli isotopi radioattivi subiscono decadimento spontaneo, emettono radiazioni che generano calore quando vengono assorbite da una sostanza. Questo calore viene quindi convertito in elettricità attraverso le termocoppie, motivo per cui queste batterie sono anche chiamate batterie a radioisotopi.
Le batterie nucleari utilizzano isotopi come il plutonio-238 (elemento che ha un emivita di 87,7 anni, cioè la misura del tempo necessario affinché la quantità di una sostanza radioattiva si riduca della metà). Poiché il principio e la struttura di una batteria nucleare sono relativamente semplici, è tecnicamente possibile realizzarne versioni estremamente compatte.
Gli ambiti di applicazione
Non è un caso se in passato abbiamo assistito all’utilizzo delle batterie nucleari, giusto per fare un esempio, all’interno dei pacemaker dei pazienti in cura per problemi cardiaci. Il problema, tuttavia, è che questi dispositivi hanno generato non poche perplessità relative ai livelli di esposizione alle radiazioni, che come sappiamo con il tempo possono facilmente dare vita a malattie mortali come il cancro.
Inoltre, nel caso in cui un veicolo spaziale dotato di una batteria nucleare rientrasse sulla Terra in modo incontrollato, potrebbe verificarsi una grave contaminazione ambientale dovuta alla dispersione di materiale radioattivo. Per questi motivi, l’utilizzo delle batterie nucleari è ad oggi ristretto a contesti specifici e richiede l’adozione di rigide misure di sicurezza, come l’inserimento del materiale radioattivo in pellet e la protezione del dispositivo con contenitori altamente resistenti.
Tra le altre potenziali applicazioni delle batterie nucleari vi sono i sensori e i sistemi di monitoraggio destinati a luoghi in cui la manutenzione è difficoltosa, oltre agli strumenti scientifici utilizzati in ambienti estremi, come le profondità oceaniche.
Il progetto cinese
Betavolta, startup cinese, con sede a Pechino, ha a proposito dichiarato di avere creato una batteria nucleare capace di realizzare la miniaturizzazione dell’energia atomica, integrando isotopi di nichel-63 in un modulo più piccolo di una moneta. L’azienda ha affermato che la batteria di nuova generazione è già entrata nella fase di test pilota e sarà successivamente prodotta in massa per applicazioni commerciali come telefoni e droni.
In un comunicato stampa ufficiale, l’azienda ha dichiarato:
Le batterie a energia atomica Betavolt possono soddisfare le esigenze di alimentazione a lungo termine in numerosi scenari, come il settore aerospaziale, le apparecchiature AI, i dispositivi medici, i microprocessori, i sensori avanzati, i piccoli droni e i micro-robot. […] Questa innovazione nel campo dell’energia aiuterà la Cina a ottenere un vantaggio competitivo nella nuova fase della rivoluzione tecnologica dell’AI.
