Během pěti let budeme schopni získat téměř neomezenou energii z „miniaturních sluncí“, říkají někteří startupové společnosti. Jedná se o fúzní reaktory, které mohou poskytnout spoustu levné a čisté energie.
S ohledem na globální oteplování způsobené naší závislostí na uhlovodíkových palivech svět potřebuje udržitelné zdroje alternativní energie. Pokud je nenajdeme, může být budoucnost pro miliony lidí velmi ponurá: nedostatek vody a jídla, což vede k hladu a válce.
Termonukleární fúze byla dlouho považována za potenciální odpověď na tyto výzvy. Ale byl to vždycky něco „30 let od nás“, jak si žertoval průmysl.
Několik startupů nyní tvrdí, že z tohoto projektu mohou učinit ekonomickou realitu mnohem dříve.
Co je termonukleární reakce?
Termonukleární reakce je fúze atomových jader, v jejímž důsledku se uvolňuje energie, což může pomoci vyřešit energetickou krizi.
Je to stejný proces, který probíhá uvnitř Slunce, je čistý a relativně bezpečný. Nejsou žádné emise.
Propagační video:
Srážení těchto jader deuteria a tritia (dvou izotopů vodíku) pod obrovským tlakem však vyžaduje obrovské množství energie - více, než můžeme z reakce extrahovat.
Až dosud se věřilo, že je nemožné dosáhnout okamžiku „energetického přírůstku“, kdy můžeme získat více energie ze syntézy, než kolik na ni musíme utratit.
Ale to již není pravda, ujistit se o spuštění fúzí.
"Je to okamžik pro fúzi společnosti SpaceX," řekl Christopher Mowry, ředitel kanadské společnosti General Fusion, která chce v příštích pěti letech učinit fúzi komerčně životaschopnou.
"To je okamžik, kdy zralost vědy splňuje technologii 21. století," pokračuje. - [Termonukleární] fúze již není „30 let daleko“.
Věda již vykonala svou práci, říká Wade Ellison, profesor emise fyziky na Cable College v Oxfordu. Překážky jsou spíše v praxi.
"Nemůžeme si být jisti načasováním, ale základní vědecké otázky byly vyřešeny a problémy jsou technické, týkají se materiálů," říká profesor.
Co je za problém?
Hlavním problémem je, jak vybudovat dostatečně silný obal pro reaktor, aby mohl obsahovat plazmu - velmi horkou jadernou „polévku“, ve které dochází k roztavení pod obrovským tlakem.
Systémy odvádění tepelné energie budou muset při návratu na orbitu vydržet teploty a úrovně přetížení podobné těm, které zažívá kosmická loď, řekl profesor Ian Chapman, generální ředitel britské Atomic Energy Administration (UKAEA).
Bude také vyžadovat automatické systémy údržby a systémy pro výrobu, využití a skladování paliva.
"UKAEA zkoumá všechny tyto problémy a buduje nová výzkumná zařízení ve vědeckém centru Culham poblíž Oxfordu, aby spolupracovala s průmyslovými institucemi na vývoji řešení," říká profesor Chapman.
Co se změnilo?
Některé soukromé energetické společnosti se domnívají, že mohou řešit tyto problémy rychleji pomocí nových materiálů a technologií.
Tokamak Energy založená na Oxfordshiru pracuje na sférických tokomakech (reaktorech), které používají vysokoteplotní supravodiče (HTSC) k zadržování plazmy ve velmi silném magnetickém poli.
"Vysoká teplota" v této oblasti fyziky je od minus 70 stupňů a níže.
„Sférický tokamak je mnohem efektivnější geometrický tvar a můžeme výrazně zlepšit kompaktnost a výkon. A protože je ještě menší, je mobilnější a náklady na montáž jsou nižší, “říká Jonathan Carling, generální ředitel Tokamak Energy.
Společnost postavila tři tokamaky. Nejnovější je ST40 vyrobená z 30mm nerezové oceli pomocí HTSC magnetů. V červnu dosáhl teploty plazmy více než 15 milionů stupňů, což je vyšší než teplota středu slunce.
Analýza: "Čínské umělé slunce"
Korešpondent pro vědu a techniku Nikolay Voronin:
„Čínští vědci minulý týden zahřívali plazmu na ještě vyšší teplotu ve speciálním zařízení EAST v Hefei.
Experiment byl nazýván „umělým sluncem Číny“a jeho hlavním cílem je vytvoření podmínek nezbytných pro řízenou termonukleární fúzi, aby záznamy teploty byly v jistém smyslu vedlejším účinkem.
Teplota elektronů v plazmě omezená magnetickou pastí tokamaku dosáhla nového maxima a po určitou dobu přesáhla 100 milionů stupňů.
Pro srovnání: maximální teplota ve středu naší hvězdy je asi 15 milionů stupňů. “
Britská firma doufá, že do příštího léta dosáhne čínského výsledku 100 milionů stupňů.
"Očekáváme, že do roku 2022 budeme moci dosáhnout bodu zvýšení energie a do roku 2030 začít dodávat energii do sítě," říká Carling.
Mezitím ve Spojených státech Massachusetts Institute of Technology (MIT) spolupracuje s nově vytvořenou společností Commonwealth Fusion Systems (CFS) na vytvoření tokamaku ve tvaru toroidu zvaného Sparc. Bude také obsahovat magnetické plazmové pasti.
Projekt je částečně financován průlomovými energetickými podniky, které provozují Bill Gates, Jeff Bezos, Michael Bloomberg a další miliardáři. Vývojový tým doufá, že fúzní reaktory budou dostatečně kompaktní, aby mohly být instalovány v továrnách a přepravovány pro instalaci na místě výroby.
Tyto soukromé iniciativy zpochybňují projekt ITER (Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor), stěžejní mezinárodní projekt v této oblasti zahrnující 35 zemí.
ITER, což v latině znamená i cestu, buduje největší experimentální fúzní zařízení na světě. Dokončení stavby se však neočekává až do roku 2025 a poté musí projekt ještě před komercializací projít dlouhou cestu.
"Účastníci projektu ITER mají různé názory na to, jak naléhavě je nutné přejít na energii jaderné syntézy jako součást budoucnosti čisté energie," řekl mluvčí projektu BBC. "Někdo čeká na elektřinu z termonukleárních reaktorů do roku 2050, někdo - jen ve druhé polovině století."
Ale nováčci v oboru věří, že dokážou lépe.
"S technologií HTSC magnetů by fúzní reaktor mohl být mnohem, mnohem menší - Sparc by mohl být 64krát menší než ITER objemem a hmotností," říká Martin Greenwald, zástupce ředitele Plazmového a fúzního výzkumného centra MIT.
Menší velikost znamená nižší náklady, což připravuje cestu pro menší a flexibilní organizace, dodává Greenwald.
Zdá se však, že všichni účastníci souhlasí s tím, že práce v ITER, Coolham a soukromém sektoru se doplňují.
"Nakonec máme společný sen - elektřinu vyráběnou fúzí jako nedílnou součást budoucnosti čisté energie," dodal mluvčí ITER.