Le batterie nucleari di nuova generazione promettono di alimentare dispositivi autonomi per decenni senza bisogno di manutenzione o ricarica. Grazie a innovazioni nella tecnologia betavoltaica e all’impiego di isotopi come il nichel-63 e il trizio, queste soluzioni potrebbero trasformare settori strategici come la medicina, l’esplorazione spaziale, la robotica e la difesa.
Secondo un’approfondita analisi pubblicata da IEEE Spectrum, il ritorno dell’energia nucleare su scala ridotta è ormai al centro degli interessi di startup, enti di ricerca e governi in tutto il mondo.
Cosa sono le batterie nucleari e come funzionano
A differenza dei reattori tradizionali, le batterie nucleari moderne sfruttano la decadimento radioattivo di isotopi specifici per generare elettricità. Questo processo avviene in modo simile a quanto accade in una cella solare, ma con particelle beta invece della luce solare.
Due sono le principali tecnologie attualmente in fase di sviluppo:
- Betavoltaica: utilizza semiconduttori per convertire la radiazione beta in energia elettrica. Alcuni sistemi recenti hanno superato il 10% di efficienza, con punte dichiarate fino al 60%.
- Termoelettrica: converte il calore generato dalla radiazione in elettricità, una tecnologia già utilizzata dalla NASA nelle missioni spaziali.
La scelta dell’isotopo è fondamentale per bilanciare potenza, sicurezza e durata. Il trizio e il nichel-63 offrono maggiore maneggevolezza grazie alla bassa energia emessa, mentre il plutonio-238 e il polonio-210 garantiscono prestazioni più elevate ma richiedono schermature più complesse.
Lunga durata e zero manutenzione: vantaggi chiave delle batterie nucleari
Tra i principali vantaggi delle batterie nucleari a lunga durata spiccano:
- Autonomia di decenni o secoli;
- Nessuna necessità di ricarica;
- Capacità di operare in ambienti estremi;
- Dimensioni compatte per dispositivi miniaturizzati;
- Fornitura di energia continua anche in luoghi remoti.
Queste caratteristiche rendono le batterie nucleari ideali per applicazioni in cui il ricambio di energia è difficile, costoso o pericoloso, come nel caso di sensori remoti, impianti medici impiantabili, microdroni o missioni interplanetarie.
Applicazioni attuali e storiche: dallo spazio ai dispositivi medici
L’uso delle batterie nucleari nei dispositivi medici non è una novità. Già nel 1970, a Parigi, fu impiantato il primo pacemaker alimentato da energia nucleare. Nei cinque anni successivi, oltre 1.400 pazienti in Francia e negli Stati Uniti ricevettero dispositivi simili, contenenti piccole quantità di plutonio-238. L’obiettivo era evitare frequenti interventi chirurgici grazie alla loro eccezionale durata.
Tuttavia, la difficoltà nel monitorare il destino dei materiali radioattivi dopo il decesso dei pazienti portò al progressivo abbandono di queste tecnologie in ambito sanitario civile.
In ambito spaziale, invece, le batterie nucleari restano fondamentali. Dal 1977, le sonde Voyager della NASA sono alimentate da generatori termolettrici a radioisotopi (RTG) che garantiscono energia anche dopo oltre 40 anni nello spazio profondo. Ognuno di questi dispositivi pesa circa 38 kg e produce inizialmente circa 157 watt di potenza elettrica.
Durante la Guerra Fredda, sia gli Stati Uniti che l’Unione Sovietica utilizzarono RTG per alimentare fari artici, sensori oceanici e stazioni meteorologiche in regioni inaccessibili.
Nuove frontiere: robotica, difesa e Internet of Things
L’interesse per le batterie nucleari sta crescendo in ambiti innovativi come:
- Robot miniaturizzati e microdroni per ispezione o esplorazione;
- Dispositivi medici impiantabili, con autonomia fino a 20 anni;
- Sensori industriali e ambientali in luoghi inospitali;
- Tecnologie militari, dove ridurre il peso delle batterie può fare la differenza nelle missioni a lungo raggio.
In particolare, il settore militare intravede un grande potenziale per ridurre la dipendenza da batterie tradizionali e aumentare l’autonomia operativa dei soldati.
Sfide normative e costi elevati: gli ostacoli alla diffusione
Nonostante i progressi, l’adozione su larga scala delle batterie nucleari è ancora frenata da:
- Costi elevatissimi: ad esempio, il trizio può superare i 30.000 dollari al grammo;
- Rigorose normative internazionali sul trattamento dei materiali radioattivi;
- Complessità nella gestione e nello smaltimento dei dispositivi a fine vita;
- Barriere legali e burocratiche per ottenere le autorizzazioni necessarie.
Ogni fase del ciclo di vita, dall’approvvigionamento dell’isotopo al suo smaltimento, richiede controlli stringenti e una gestione responsabile, elemento essenziale per conquistare la fiducia di autorità e utenti finali.
Innovazioni recenti e progetti sperimentali in corso
Diversi attori stanno lavorando per superare le barriere tecniche ed economiche legate a queste tecnologie. Tra le realtà più attive:
- Infinity Power (San Diego), in collaborazione con la UK Atomic Energy Authority, ha sviluppato una batteria al nichel-63 in soluzione liquida con efficienza dichiarata del 60%;
- Beijing Betavolt ha realizzato un prototipo da 100 microwatt con 50 anni di autonomia e prevede una versione da 1 watt entro il 2025;
- City Labs (Miami) sviluppa batterie al trizio per ambiti medicali e aerospaziali, con durata fino a 20 anni;
- Arkenlight (Regno Unito) studia soluzioni basate su carbonio-14 e trizio per satelliti, sensori e impianti medici;
- La collaborazione tra UKAEA e l’Università di Bristol ha portato alla creazione di una batteria al carbonio-14 con emivita superiore ai 5.700 anni, destinata a durare potenzialmente secoli.
Prospettive future: verso un’adozione mirata e sostenibile
Il futuro delle batterie nucleari dipenderà dalla capacità del settore di dimostrare che i vantaggi energetici superano i rischi e gli alti costi di gestione. Secondo esperti citati da IEEE Spectrum, la tecnologia è già considerata sicura ed efficiente sotto rigidi standard di controllo.
Il campo con maggiori prospettive resta quello spaziale, dove la necessità di energia affidabile a lungo termine si sposa perfettamente con le caratteristiche di queste batterie. Tuttavia, anche l’uso civile a terra potrà espandersi, a patto che venga garantita la sicurezza lungo tutto il ciclo di vita del dispositivo.
Le batterie nucleari di nuova generazione rappresentano una svolta potenziale nella gestione energetica di dispositivi autonomi, offrendo soluzioni a lungo termine per ambiti critici. Se riusciranno a superare le barriere normative e commerciali, potrebbero ridefinire il concetto stesso di autonomia tecnologica.