Na Słońcu dzieje się to cały czas: atomy łączą się, to znaczy zachodzi reakcja termojądrowa, w wyniku której uwalniana jest niewyobrażalna ilość energii. Naukowcy od dawna marzyli o takiej energii, a tu na Ziemi można ją uzyskać, tworząc kontrolowane reakcje termojądrowe.
Ale jak dotąd nie było to możliwe.
Po zakończeniu II wojny światowej naukowcy na całym świecie próbują to osiągnąć.
Przy pomocy eksperymentalnych reaktorów w Rosji, USA, Anglii, Japonii i wielu innych krajach uzyskano krótkoterminowe procesy syntezy termojądrowej, ale wszędzie zużyto więcej energii do utrzymania tego procesu niż do uzyskania samej energii - wyjaśnia Søren Bang Korsholm, starszy naukowiec z Politechniki Danii. (Søren Bang Korsholm).
W odległej przyszłości
Duński naukowiec i jego współpracownicy z Wydziału Fizyki Politechniki uczestniczą w globalnym projekcie naukowym, który w 2025 roku pozwoli na wdrożenie wydajnego procesu syntezy termojądrowej - tj. więcej energii zostanie przydzielonych niż wydanych na jej uzyskanie. Uważa się jednak, że przez wiele lat nie będziemy mogli zobaczyć elektrowni działających na zasadach syntezy termojądrowej.
„Dopiero w latach pięćdziesiątych tego wieku energię elektrowni termojądrowych można wykorzystać w sieciach energetycznych. W każdym razie są to wytyczne dla europejskiego programu syntezy termojądrowej”- mówi.
Film promocyjny:
Pomimo oddalenia perspektyw wielu naukowców, takich jak Søren, poważnie pracuje nad zagadnieniami energii termojądrowej. I są ku temu dobre powody. Dla elektrowni działającej na zasadach syntezy termojądrowej wymagana jest nieskończenie mała ilość paliwa jądrowego, dodatkowo nie emitują CO2 i innych szkodliwych substancji.
Tania zielona energia
Kiedy dziś ładujesz smartfon, 24% energii elektrycznej w tym przypadku pochodzi z ciepłowni węglowych. Jest to ciężka i niezbyt przyjazna dla środowiska produkcja energii.
„Aby wyprodukować jeden gigawat energii elektrycznej, elektrownia węglowa musi spalać 2,7 miliona ton węgla rocznie. Aby osiągnąć ten sam efekt, stacje termojądrowe potrzebują tylko 250 kilogramów paliwa jądrowego. 25 gramów paliwa jądrowego wystarczy, aby taka elektrownia mogła dostarczyć energię jednemu Duńczykowi na całe życie”- mówi Søren Bang Korsholm.
W przeciwieństwie do węgla synteza jądrowa nie emituje CO2, a tym samym nie wpływa na klimat.
„Jedynym„ bezpośrednim”odpadem produkcyjnym energii z syntezy jądrowej jest hel, który może być używany w wielu różnych zastosowaniach. To około 200 kilogramów helu na cały rok - wyjaśnia.
Jednak energia termojądrowa ma mały problem. Tutaj nie można całkowicie obejść się bez radioaktywności. „Wewnętrzna powierzchnia reaktora staje się radioaktywna, ale jest to forma radioaktywności, która staje się bezpieczna po 100 latach” - mówi naukowiec. Następnie ten materiał może być ponownie użyty.
Prawie nieskończone paliwo jądrowe
W przeciwieństwie do węgla, paliwa do elektrowni termojądrowej nie trzeba wykopywać z ziemi. Można go uzyskać pompami z morza, ponieważ energię syntezy termojądrowej pozyskuje się z ciężkiego wodoru (deuteru), który jest pozyskiwany z wody morskiej.
„Morze dostarcza paliwa jądrowego, które wystarczy na zużycie energii na całym świecie przez miliardy lat. Dlatego nie pozostaniemy bez energii, jeśli nauczymy się wykorzystywać energię termojądrowej syntezy jądrowej”- wyjaśnia Søren Bang Korsholm.
Oprócz ciężkiego deuteru wodoru, naukowcy wykorzystują super ciężki wodór trytu w reaktorze termojądrowym. W naturze nie istnieje, ale jest wykonany z litu, czyli tej samej substancji, która jest używana w bateriach.
W reaktorze ciężki i superciężki wodór łączy się po osiągnięciu w reaktorze temperatury 200 mln stopni.
„Temperatura w reaktorze jest niewyobrażalnie wysoka. Dla porównania temperatura jądra Słońca wynosi zaledwie 15 milionów stopni. W ten sposób tworzymy znacznie wyższą temperaturę”- mówi.
Gigantyczny reaktor jądrowy we Francji
Søren Bang Korsholm i wielu jego kolegów z Politechniki jest uczestnikami dużego międzynarodowego projektu ITER, w ramach którego UE, USA, Chiny i wiele innych krajów współpracują w celu stworzenia największego reaktora termojądrowego na świecie na południu Francji. Będzie to pierwszy tego rodzaju reaktor, który będzie dostarczał więcej energii niż zużywa.
„ITER, zgodnie z projektem, będzie produkował 500 megawatów, a do jego ogrzania potrzeba 50 megawatów. Zużywa nieco ponad 50 megawatów energii, ponieważ część tej energii zużywamy na chłodzenie i magnesy, co w tym przypadku nie jest brane pod uwagę, ale daje niezłą nadwyżkę energii w samym reaktorze”- wyjaśnia.
Zdaniem naukowca reaktor wkrótce będzie gotowy do pracy.
„W 2025 r. Reaktor będzie gotowy do pierwszego testu, po którym będziemy go modernizować, aż będzie w pełni gotowy w 2033 r.” - mówi Søren Bang Korsholm.
Prezentacja energii przyszłości
Nie należy jednak myśleć, że po zakończeniu projektu ITER energia elektryczna, dzięki której pracuje nasza lodówka, będzie energią termojądrową. Reaktor nie będzie wytwarzał energii elektrycznej.
„ITER nie jest elektrownią. Reaktor nie jest budowany w celu wytwarzania energii elektrycznej, ale w celu zademonstrowania możliwości wykorzystania syntezy termojądrowej jako źródła energii”- mówi.
Naukowiec ma nadzieję, że projekt będzie miał partnerów handlowych, którzy zwrócą uwagę na możliwości energii termojądrowej.
„Może duże koncerny energetyczne i naftowe zaczną inwestować w energię termojądrową, gdy zobaczą jej potencjał. A kto wie, może takie elektrownie pojawią się w najbliższej przyszłości”- mówi Søren Bang Korsholm.
Następny przystanek to księżyc
Jeśli naukowcom uda się stworzyć wydajne elektrownie oparte na fuzji termojądrowej, natychmiast pojawi się wiele pomysłów, jak można je ulepszyć. Jeden z pomysłów już sugeruje użycie innego rodzaju paliwa, którego jednak na Ziemi nie ma.
„Hel-3, który występuje w dużych ilościach na Księżycu, ma tę zaletę, że produkty syntezy plazmy słabiej reagują ze ścianami reaktora, przez co ściana staje się mniej radioaktywna i może mieć dłuższą żywotność” - mówi Søren Bang Korsholm.
Jak dotąd wydobywanie paliwa na Księżycu i dostarczanie go na Ziemię jest kosztowne. Ale może energia syntezy termojądrowej będzie tak wydajna, że te koszty się zwrócą.
„Jeśli istnieją myśli o tym, jak dostarczać paliwo z Księżyca, to elektrownie termojądrowe mogą być niewiarygodnie wydajne” - podsumowuje naukowiec.
Jeppe Kyhne Knudsen, Jonas Petri, Lasse From