Opłacalna generacja energii z fuzji jądrowej coraz bliżej?
Naukowcy z National Ignition Facility, części Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii, wytworzyli 10 biliardów (10^15) watów energii w reakcji syntezy jądrowej w wyniku ogrzania zbiornika z wodorem szeregiem wiązek laserowych. Daje to nadzieję, że kiedyś będzie możliwe wykorzystywanie tej reakcji do wytwarzania użytecznej energii.
Doświadczenie National Ignition Facility
Eksperyment polegał na skupieniu światła na niewielkiej przestrzeni wewnątrz komory próżniowej o średnicy 10 m. Wywołało to implozję kapsułki z paliwem, która z kolei wytworzyła warunki bardzo wysokiej temperatury i ciśnienia. To umożliwiło zajście reakcji syntezy jądrowej, nazywanej też fuzją jądrową, polegającej na łączeniu się jąder izotopów wodoru i tworzeniu atomów innych pierwiastków. Właśnie ta reakcja, będąca źródłem ogromnej ilości energii (10 mln razy większej niż uzyskiwana ze spalenia takiej samej masy węgla), zachodzi w gwiazdach. Energia wytworzona w wyniku fuzji jądrowej w eksperymencie NIF wyniosła ok. 70% energii, jaka została dostarczona przez wiązki laserowe. Oznacza to, że w ciągu ostatnich 10 lat dokonano ponad 1000-krotnej poprawy w dziedzinie uzyskiwania energii w wyniku takiej reakcji. A to sugeruje, że w przyszłości będzie możliwe przekroczenie progu 100%, czyli wygenerowanie więcej energii, niż zostanie dostarczone z zewnątrz.
Korzyści ze stosowania syntezy jądrowej
Fuzja jądrowa jest bardzo obiecującym sposobem generacji energii. Nie jest ona źródłem zanieczyszczeń, natomiast paliwo, które wykorzystuje – izotopy wodoru deuter i tryt – są na tyle powszechne, że bez problemu zaspokoją zapotrzebowanie na tysiące lat. Co bardzo ważne, ta technologia nie generuje odpadów radioaktywnych i nie wiąże się z ryzykiem stopienia reaktora. To stawia ją na wyższej pozycji niż wykorzystywana obecnie w elektrowniach jądrowych technologia rozszczepienia atomu. Uzyskiwanie energii z syntezy jądrowej ma też pewną przewagę nad instalacjami OZE, które zajmują stosunkowo rozległe powierzchnie. W przeliczeniu na moc, jaką można z nich uzyskać, elektrownie wykorzystujące syntezę jądrową zajmowałyby niewielkie obszary.
Wyzwania związane z generacją energii w reakcji syntezy jądrowej
Aby komercyjne elektrownie wykorzystujące tę technologię mogły funkcjonować, musiałyby prawdopodobnie przynosić ponad trzydziestokrotny zysk energii. Kolejnym wyzwaniem w ich projektowaniu jest stworzenie reaktora wytrzymującego nieustannie zachodzące przemiany jądrowe generujące ogromną ilość ciepła. Potrzebny jest również odpowiedni system odprowadzania tej energii. Reaktory mają także wykazywać się samowystarczalnością pod względem uzyskiwania trytu, jednego z wykorzystywanych paliw. W tym celu konieczne jest otoczenie komory reaktora litem, którego atomy są przekształcane w tryt jako skutek uboczny reakcji syntezy. To zjawisko jednak nie było do tej pory stosowane na dużą skalę.
Obecnie dokonywane doświadczenia służą jedynie zademonstrowaniu, że generacja energii poprzez syntezę jądrową jest możliwa. Przed naukowcami jednak jeszcze daleka droga do pokonania tych technologicznych wyzwań.
Dalsze możliwości
W ostatnich latach wydarzyło się wiele przełomów w wykorzystaniu energii syntezy jądrowej. Większość nich jednak miała miejsce w tokamakach, reaktorach, w których w celu osiągnięcia reakcji syntezy wytwarzana jest plazma, utrzymywana w odpowiedniej przestrzeni przez elektromagnesy. Testowane są również nowe technologie, takie jak magnesy nadprzewodzące, które umożliwią lepszą kontrolę nad plazmą. Rząd Wielkiej Brytanii planuje budowę nowoczesnego tokamaka o geometrii sferycznej w przeciwieństwie do istniejących obecnie maszyn o toroidalnym kształcie. Co ważne, wiele prywatnych firm zaczęło inwestować w technologie związane z generacją energii z fuzji jądrowej, m. in. Jeff Bezos, Goldman Sachs i Chevron brali udział w finansowaniu takich badań. Wsparcie sektora prywatnego daje nadzieję na dalszy rozwój tej technologii.
Choć w tej chwili nie wiadomo jeszcze, czy wykorzystanie fuzji jądrowej będzie opłacalnym sposobem wytwarzania energii, to na pewno ta technologia jest warta choćby próby. Nie tylko daje ona szansę na ograniczenie światowych emisji, ale także może kiedyś pozwolić na usunięcie z atmosfery nadmiaru dwutlenku węgla, który już się w niej znajduje. Jest to także źródło energii, które mogłoby w przyszłości umożliwić ludzkości zbadanie przestrzeni kosmicznej poza bezpośrednim sąsiedztwem Ziemi.
Źródła: