Energia termojądrowa ma szansę zrewolucjonizować energetykę

Od kilkudziesięciu lat naukowcy na całym świecie, w tym z niemieckiego Instytutu Maxa Plancka, pracują nad rewolucyjnym urządzeniem do wytwarzania energii. W specjalnych reaktorach produkowana będzie energia termojądrowa, której opanowanie wynieść ma światową energetykę na zupełnie nowy poziom. Energia wychodząca z elektrowni termojądrowych ma być czysta, wydajna i bezpieczna – o węglu, OZE i elektrowniach jądrowych będziemy mogli zapomnieć. Czym dokładnie jest energia termojądrowa i kiedy możemy spodziewać się “rewolucji”?

Energia termojądrowa, czyli energia gwiazd

W założeniu, procesy zachodzące w reaktorach termojądrowych mają przypominać te zachodzące we wnętrzu gwiazd. Na przykład Słońca.

Fuzja – lub inaczej synteza – termojądrowa, która tworzy takie ciała niebieskie (a potencjalnie zasila naszą sieć elektryczną), polega na łączeniu się jąder lekkich atomów, jak np. wodór, w jądra cięższych atomów. W reaktorach używa się do tego izotopów wodoru, takich jak deuter i tryt, które są powszechne w naturze lub łatwo je uzyskać z innych pierwiastków. Efektem ubocznym jest oczywiście powstawanie energii – i to w ogromnych ilościach. Żeby jednak połączyć jądra atomowe (które się wzajemnie odpychają), trzeba wytworzyć ekstremalne warunki – od 80 do 200 mln stopni Celsjusza [1]. W takiej temperaturze z pierwiastków powstaje gorąca plazma, której utrzymanie w zamkniętej przestrzeni jest co najmniej problematyczne.

energia gwiazd

Problemy i przeszkody energii termojądrowej

Utrzymanie tak powstałej, niewyobrażalnie gorącej plazmy z dala od ścian reaktora termojądrowego jest możliwe tylko dzięki wytworzeniu bardzo silnego pola magnetycznego. Żaden ze znanych nam materiałów nie jest bowiem wystarczająco wytrzymały. Do wytworzenia pola magnetycznego o odpowiedniej sile potrzebne są z kolei elektromagnesy, których komponenty muszą być schłodzone do -269 stopni Celsjusza. Obie te skrajności temperaturowe ma dzielić zaledwie kilkanaście centymetrów. Nietrudno sobie wyobrazić jak ogromnym wyzwaniem jest zatem konstrukcja reaktora termojądrowego.

To nie koniec problemów – w końcu osiągnięcie tak ekstremalnych temperatur samo w sobie wymaga ogromnego nakładu energii. Cały proces będzie zatem opłacalny jedynie wtedy, kiedy fuzja termojądrowa dostarczy nam więcej energii niż potrzebujemy na jej zapoczątkowanie.

Uruchomienie elektrowni termojądrowej to jednak perspektywa kilkunastu – a może kilkudziesięciu lat. Ilość pieniędzy i energii wydanych przez ten czas, mogą osiągnąć monstrualne wartości. Kwestią sporną jest zatem, czy nie lepiej byłoby spożytkować te nakłady na doskonalenie fotowoltaiki albo energii wiatrowej – w końcu coraz głośniej tyka nad nami bomba ekologiczna.

Dlaczego energia termojądrowa miałaby być lepsza od OZE i energii jądrowej?

Naukowcy zajmujący się energią termojądrową twierdzą, że wysiłek i zużyte zasoby będą warte efektu końcowego. Główną jej przewagą nad wszystkim, czego dzisiaj używamy w energetyce, jest wydajność. Jeden gram wodoru (lub jego izotopu) jest w stanie dać tyle energii, co 8 ton ropy naftowej lub 11 ton węgla kamiennego [1].

Ponadto, w porównaniu z elektrowniami jądrowymi, w których rozszczepienie jądra uranu skutkuje powstaniem radioaktywnych odpadów, ten problem w elektrowniach termojądrowych jest zniwelowany do minimum. Jedynym promieniotwórczym odpadem może być tryt, którego powstaje niewiele, a także w mniejszym stopniu zagraża środowisku niż odpady z innych elektrowni. Elektrownia termojądrowa nie jest też narażona na wybuch.

Energia termojądrowa jest równie obiecująca jeśli chodzi o zużycie zasobów niezbędnych do przeprowadzenia fuzji. Deuter i tryt, które są niezbędne w tym procesie, są powszechne na Ziemi. Deuter występuje w dużych ilościach w wodzie morskiej. Z jednego jej litra można otrzymać 33g tego pierwiastka, co z kolei pozwala wytworzyć taką samą ilość energii jak z 360 litrów benzyny [2]. Do tego oczywiście niezbędny jest tryt, który otrzymuje się z litu. Wydobycie tego pierwiastka, chociaż nie pozostaje bez wpływu na środowisko naturalne, nie stanowi zagrożenia dla naruszenia jego zasobów. Tutaj dużo większy problem stanowią baterie litowo-jonowe np. w samochodach elektrycznych.

Kiedy uruchomione zostaną elektrownie termojądrowe?

reaktor termojądrowy

Nad urządzeniami, w których produkowana jest energia termojądrowa, pracują wszystkie kraje, które mają środki na tak ogromne przedsięwzięcia. Kto pierwszy uruchomi taką elektrownię, ten prześcignie innych technologicznie o lata. Wyścig o władzę energetyczną toczą po cichu Chiny, Unia Europejska, Japonia, Rosja, Stany Zjednoczone, Korea Południowa i Indie. Tym razem jednak stawka jest na tyle duża, że wszystkie te jednostki, w którymś momencie, musiały połączyć siły. W ostatnich latach wspólnie przeznaczono zatem 10 miliardów euro na rozbudowę, ulepszenie i testy reaktora ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Przez następne lata suma ta się niewątpliwie zwielokrotni. Taki nakład finansowy czyni go drugim (zaraz po Międzynarodowej Stacji Kosmicznej) najdroższym przedsięwzięciem badawczym na świecie.

Zanim jednak energia termojądrowa będzie dostępna na skalę komercyjną, naukowców czeka wiele lat zmagań. Na 2025 rok przewiduje się dopiero pokonanie pierwszej bariery – podtrzymywania mocy 500-1100 MW przez około 1000 sekund. Ostateczne cele są jeszcze bardziej ambitne, a ich osiągnięcie może zająć nawet kolejnych kilkanaście lat. Opanowanie urządzenia, które będzie zdolne w bezpieczny i wydajny sposób produkować energię gwiazd na Ziemi, to w końcu nie lada wyzwanie.

Źródła:

[1] Głowacka K., 2014: Kto opanuje energię termojądrową? Focus, 9: https://www.focus.pl/artykul/kto-opanuje-energi-termojdrow?page=1 [dostęp 20.10.2019].
[2] Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, Energia Termojądrowa: https://popul.ifj.edu.pl/uploads/file/energia_termojadrowa.pdf [dostęp 20.10.2019].

    Podziel się swoją opinią

    Dodaj Odpowiedź

    EcoReactor
    Logo
    Login/Register access is temporary disabled
    Compare items
    • Total (0)
    Compare
    0