Il Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT di Aachen è tra i protagonisti europei più attivi nello sviluppo di tecnologie laser e processi di manifattura additiva destinati alle future centrali a fusione, considerate una delle opzioni più promettenti per la produzione di energia a basse emissioni nel lungo periodo. L’istituto opera all’interno di reti di ricerca e grandi programmi nazionali in cui la Germania prevede investimenti pubblici nell’ordine di oltre 2 miliardi di euro entro il 2029 per portare i concetti di fusione dalla scala di laboratorio verso impianti dimostrativi e, in prospettiva, centrali commerciali.
Laser ad alta energia per la fusione a confinamento inerziale
Una linea di lavoro centrale per Fraunhofer ILT riguarda lo sviluppo di laser ad alta energia e alta efficienza per la cosiddetta Inertial Fusion Energy (IFE), la fusione a confinamento inerziale in cui impulsi laser estremamente intensi comprimono e riscaldano una piccola capsula di combustibile fino a innescare le reazioni di fusione. In questo ambito, ILT collabora con il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) negli Stati Uniti all’interno del progetto ICONIC-FL (International Cooperation on Next-gen Inertial Confinement Fusion Lasers), con l’obiettivo di validare e armonizzare modelli di simulazione avanzati per progettare la nuova generazione di laser di potenza, in grado di passare da dimostratori scientifici a sistemi robusti per un funzionamento 24/7 in contesti di impianto.
Efficienza, scalabilità e architetture laser di nuova generazione
Perché la fusione a confinamento inerziale possa sostenere un vero bilancio energetico positivo a livello di centrale, non basta raggiungere la soglia di accensione sperimentale: occorre garantire che l’intera catena di conversione – dal sistema di pompaggio fino alla generazione del fascio – mantenga rendimenti molto elevati e cicli operativi ripetitivi. Fraunhofer ILT mette quindi al centro del proprio lavoro la simulazione numerica dei parametri chiave (distribuzione termica nei componenti ottici, efficienza delle sorgenti di pompaggio, qualità del fascio, gestione dei picchi di potenza), per definire architetture laser scalabili che possano essere industrializzate e integrate in infrastrutture energetiche.
Manifattura additiva per componenti critici dei sistemi di fusione
Oltre al laser in sé, un reattore a fusione richiede un’ampia gamma di componenti strutturali e funzionali sottoposti a condizioni estreme: flussi neutronici elevati, gradienti termici importanti, cicli di carico ripetuti e requisiti di tenuta e sicurezza particolarmente stringenti. In questo contesto, Fraunhofer ILT sviluppa processi di manifattura additiva, in particolare basati su Laser Powder Bed Fusion (LPBF) e altre varianti di fusione laser su letto di polvere o di deposizione diretta, per realizzare geometrie complesse, canali di raffreddamento integrati e strutture leggere ma resistenti, con l’obiettivo di ridurre tempi e costi di sviluppo e produzione di componenti per la tecnologia di fusione.
Integrazione tra progettazione, simulazione e processo additivo
La possibilità di combinare modelli di simulazione per la fusione e per il processo di stampa 3D metallica consente di ottimizzare l’intero ciclo, dalla progettazione concettuale di un componente all’analisi del comportamento in esercizio. Fraunhofer ILT utilizza l’esperienza maturata su applicazioni aerospaziali e di alta tecnologia – dove LPBF e processi laser avanzati sono già impiegati per parti soggette a condizioni severe – per trasferire metodologie di progettazione “design for additive manufacturing” e strategie di controllo di processo anche ai futuri sistemi per l’energia da fusione.
Reti industriali e catene di fornitura per la fusione
Oltre alla ricerca scientifica, il ruolo di Fraunhofer ILT è anche quello di catalizzatore per nuove catene di fornitura che mettano in relazione costruttori di sistemi laser, fornitori di polveri metalliche, produttori di macchine per la stampa 3D e integratori di impianto. In Germania stanno nascendo consorzi che riuniscono aziende e centri di ricerca per sviluppare tecnologie chiave per la fusione – dalla diagnostica ottica alle strutture metalliche realizzate in additivo – con l’obiettivo di creare un ecosistema industriale in grado di fornire soluzioni complete a progetti di reattori di nuova generazione.
Eventi e piattaforme per la diffusione della tecnologia
La centralità della fusione laser come “mercato del futuro” per la fotonica emerge anche da appuntamenti come la fiera LASER World of PHOTONICS 2025, dove Fraunhofer ILT partecipa a panel applicativi dedicati alle opportunità industriali della laser fusion. In queste sedi vengono presentati casi d’uso, prototipi di componenti, roadmap tecnologiche e scenari di business che mostrano come le innovazioni nel campo dei laser ad alta energia e della manifattura additiva possano tradursi in applicazioni concrete per la generazione di energia e per settori adiacenti, dalla difesa allo spazio.
