Inovativni projekti koji koriste moderne superprovodnike uskoro će omogućiti kontroliranu termonuklearnu fuziju, kažu neki optimisti. Stručnjaci, međutim, predviđaju da će praktična primjena trajati nekoliko decenija.
Zašto je tako teško?
Fuzijska energija se smatra potencijalnim izvorom energije za budućnost. Ovo je čista energija atoma. Ali šta je to i zašto je to tako teško postići? Za početak, moramo razumjeti razliku između klasične nuklearne fisije i termonuklearne fuzije.
Fisija atoma je kada se radioaktivni izotopi - uranijum ili plutonijum - cijepaju i pretvaraju u druge visoko radioaktivne izotope, koji se onda moraju zakopati ili reciklirati.
Reakcija fuzije se sastoji u činjenici da se dva izotopa vodika - deuterijum i tricijum - stapaju u jednu celinu, formirajući netoksični helijum i jedan neutron, bez stvaranja radioaktivnog otpada.
Problem kontrole
Reakcije kojedešavaju na Suncu ili u hidrogenskoj bombi - ovo je termonuklearna fuzija, a inženjeri se suočavaju sa zastrašujućim zadatkom - kako kontrolisati ovaj proces u elektrani?
Ovo je nešto na čemu naučnici rade od 1960-ih. Još jedan eksperimentalni fuzijski reaktor pod nazivom Wendelstein 7-X počeo je s radom u gradu Greifswaldu na sjeveru Njemačke. Još nije dizajniran da stvori reakciju - to je samo poseban dizajn koji se testira (stelarator umjesto tokamaka).
Plazma visoke energije
Sve termonuklearne instalacije imaju zajedničku osobinu - prstenasti oblik. Zasnovan je na ideji upotrebe moćnih elektromagneta za stvaranje jakog elektromagnetnog polja u obliku torusa - napuhane biciklističke cijevi.
Ovo elektromagnetno polje mora biti toliko gusto da kada se zagreje u mikrotalasnoj pećnici na milion stepeni Celzijusa, plazma se mora pojaviti u samom centru prstena. Zatim se zapali kako bi fuzija mogla započeti.
Demonstracija mogućnosti
U Evropi su trenutno u toku dva takva eksperimenta. Jedan od njih je Wendelstein 7-X, koji je nedavno generirao svoju prvu helijum plazmu. Drugi je ITER, ogromno eksperimentalno fuzijsko postrojenje na jugu Francuske koje je još u izgradnji i biće spremno za rad 2023.
Pretpostavlja se da će se prave nuklearne reakcije dogoditi na ITER-u, međutim, samo una kratak vremenski period i svakako ne duže od 60 minuta. Ovaj reaktor je samo jedan od mnogih koraka ka pretvaranju nuklearne fuzije u stvarnost.
Fuzijski reaktor: manji i moćniji
Nedavno je nekoliko dizajnera najavilo novi dizajn reaktora. Prema riječima grupe studenata sa Massachusetts Institute of Technology, kao i predstavnika kompanije za oružje Lockheed Martin, fuzija se može izvesti u objektima koji su mnogo moćniji i manji od ITER-a, a spremni su to učiniti u roku od deset godine.
Ideja novog dizajna je korištenje modernih visokotemperaturnih supraprovodnika u elektromagnetima, koji pokazuju svoja svojstva kada se hlade tekućim dušikom, umjesto konvencionalnih, za koje je potreban tečni helijum. Nova, fleksibilnija tehnologija će omogućiti potpuni redizajn reaktora.
Klaus Hesch, koji je zadužen za tehnologiju nuklearne fuzije na Tehnološkom institutu Karlsruhe u jugozapadnoj Njemačkoj, skeptičan je. Podržava upotrebu novih visokotemperaturnih supravodiča za nove dizajne reaktora. Ali, prema njegovim riječima, nije dovoljno razviti nešto na kompjuteru, uzimajući u obzir zakone fizike. Potrebno je uzeti u obzir izazove koji se javljaju prilikom sprovođenja ideje u praksu.
Sci-fi
Prema Heshu, studentski model MIT-a pokazuje samo mogućnost projekta. Ali to je zapravo mnogo naučne fantastike. Projektsugerira da su ozbiljni tehnički problemi fuzije riješeni. Ali moderna nauka nema pojma kako da ih riješi.
Jedan od takvih problema je ideja o sklopivim zavojnicama. Elektromagneti se mogu demontirati kako bi ušli u prsten koji drži plazmu u modelu MIT dizajna.
Ovo bi bilo vrlo korisno jer bi se moglo pristupiti objektima u internom sistemu i zamijeniti ih. Ali u stvarnosti, superprovodnici su napravljeni od keramičkog materijala. Stotine njih moraju biti isprepletene na sofisticiran način da bi se formiralo ispravno magnetno polje. I tu postoje fundamentalnije poteškoće: veze između njih nisu tako jednostavne kao veze bakrenih kablova. Niko još nije ni smislio koncepte koji bi pomogli u rješavanju ovakvih problema.
Prevruće
Visoka temperatura je također problem. U jezgru fuzione plazme, temperatura će dostići oko 150 miliona stepeni Celzijusa. Ova ekstremna toplota ostaje na mestu – tačno u centru jonizovanog gasa. Ali čak i oko njega i dalje je veoma vruće - od 500 do 700 stepeni u zoni reaktora, što je unutrašnji sloj metalne cevi u kojoj će se "reproducirati" tricijum neophodan za nuklearnu fuziju
Fuzijski reaktor ima još veći problem - takozvano oslobađanje snage. Ovo je dio sistema koji prima iskorišteno gorivo, uglavnom helijum, iz procesa fuzije. Prvometalne komponente u koje ulazi vrući plin nazivaju se "divertori". Može se zagrijati do preko 2000°C.
Problem sa diverterom
Da bi postrojenje izdržalo ove temperature, inženjeri pokušavaju da koriste metalni volfram koji se koristi u staromodnim sijalicama sa žarnom niti. Tačka topljenja volframa je oko 3000 stepeni. Ali postoje i druga ograničenja.
U ITER-u se to može učiniti, jer se grijanje u njemu ne događa stalno. Pretpostavlja se da će reaktor raditi samo 1-3% vremena. Ali to nije opcija za elektranu koja treba da radi 24/7. I, ako neko tvrdi da je u stanju da napravi manji reaktor iste snage kao ITER, sa sigurnošću se može reći da nema rešenje za problem divertera.
Elektrana za nekoliko decenija
Ipak, naučnici su optimistični u pogledu razvoja termonuklearnih reaktora, međutim, neće biti tako brz kao što neki entuzijasti predviđaju.
ITER bi trebao pokazati da kontrolirana fuzija zapravo može proizvesti više energije nego što bi bila potrošena na zagrijavanje plazme. Sljedeći korak je izgradnja potpuno nove hibridne demonstracijske elektrane koja zapravo proizvodi električnu energiju.
Inženjeri već rade na njegovom dizajnu. Morat će učiti od ITER-a, koji bi trebao biti lansiran 2023. S obzirom na vrijeme potrebno za projektovanje, planiranje i izgradnju, čini semalo je verovatno da će prva fuziona elektrana biti puštena u rad mnogo ranije od sredine 21. veka.
Rossi Cold Fusion
U 2014., nezavisno testiranje reaktora E-Cat zaključilo je da je uređaj proizveo u prosjeku 2.800 vati izlazne snage u periodu od 32 dana uz potrošnju od 900 vati. Ovo je više nego što je bilo koja hemijska reakcija sposobna da izoluje. Rezultat govori ili o proboju u termonuklearnoj fuziji, ili o otvorenoj prijevari. Izveštaj je razočarao skeptike, koji sumnjaju da je test zaista nezavisan i sugerišu moguće falsifikovanje rezultata testa. Drugi su bili zauzeti otkrivanjem "tajnih sastojaka" koji omogućavaju Rossijevoj fuziji da replicira tehnologiju.
Rossi je prevarant?
Andrea je impozantna. On objavljuje proglase svijetu na jedinstvenom engleskom jeziku u dijelu za komentare na svojoj web stranici, pretenciozno nazvanoj Journal of Nuclear Physics. Ali njegovi prethodni neuspjeli pokušaji uključivali su talijanski projekat pretvaranja otpada u gorivo i termoelektrični generator. Petroldragon, projekat pretvaranja otpada u energiju, djelomično je propao jer ilegalno odlaganje otpada kontrolira italijanski organizirani kriminal, koji je protiv njega podnio krivičnu prijavu zbog kršenja propisa o upravljanju otpadom. Takođe je kreirao termoelektrični uređaj za Inženjerski korpus američke vojske, ali tokom testiranja, uređaj je proizveo samo delić deklarisane snage.
Mnogi ne vjeruju Rosiju, a glavni urednik New Energy Timesa otvoreno ga je nazvao kriminalcem iza kojeg stoji niz propalih energetskih projekata.
Nezavisna verifikacija
Rossi je potpisao ugovor sa američkom kompanijom Industrial Heat za provođenje jednogodišnjeg tajnog testa postrojenja za hladnu fuziju od 1 MW. Uređaj je bio transportni kontejner upakovan sa desetinama E-Mačaka. Eksperiment je morao da kontroliše treća strana koja je mogla da potvrdi da se proizvodnja toplote zaista dešava. Rossi tvrdi da je veći dio prošle godine proveo praktično živeći u kontejneru i nadgledajući operacije više od 16 sati dnevno kako bi dokazao komercijalnu održivost E-Cata.
Test je završen u martu. Rossijeve pristalice željno su iščekivale izvještaj posmatrača, nadajući se oslobađajućoj presudi za svog heroja. Ali na kraju su dobili tužbu.
Sudski spor
U podnesku na Floridi, Rossi tvrdi da je test bio uspješan i da je nezavisni arbitar potvrdio da E-Cat reaktor proizvodi šest puta više energije nego što troši. Također je tvrdio da mu je Industrial Heat pristao platiti 100 miliona dolara - 11,5 miliona unaprijed nakon 24-satnog probnog perioda (navodno zbog prava na licenciranje kako bi kompanija mogla prodati tehnologiju u SAD-u) i još 89 miliona dolara nakon uspješnog završetka produžene suđenje u roku od 350 dana. Rossi je optužio IH da vodi "prevarnu šemu"čija je svrha bila krađa njegove intelektualne svojine. On je takođe optužio kompaniju za zloupotrebu reaktora E-Cat, nezakonito kopiranje inovativnih tehnologija i proizvoda, funkcionalnosti i dizajna i zloupotrebu patenta na njegovu intelektualnu svojinu.
Rudnik zlata
Drugo, Rossi tvrdi da je u jednoj od svojih demonstracija IH dobio 50-60 miliona dolara od investitora i još 200 miliona dolara od Kine nakon reprize u kojoj su učestvovali najviši kineski zvaničnici. Ako je to tačno, onda je u igri mnogo više od sto miliona dolara. Industrial Heat je odbacio ove tvrdnje kao neosnovane i aktivno će se braniti. Što je još važnije, ona tvrdi da je "radila više od tri godine da potvrdi rezultate koje je Rossi navodno postigao sa svojom E-Cat tehnologijom, bez uspjeha."
IH ne vjeruje u E-Cat, a New Energy Times ne vidi razloga da sumnja u to. U junu 2011. predstavnik publikacije posjetio je Italiju, intervjuisao Rossija i snimio demonstraciju njegovog E-Cata. Dan kasnije, on je prijavio svoju ozbiljnu zabrinutost oko metode mjerenja toplotne snage. Nakon 6 dana, novinar je svoj video postavio na YouTube. Stručnjaci iz cijelog svijeta poslali su mu analize, koje su objavljene u julu. Postalo je jasno da je ovo bila prevara.
Eksperimentalna potvrda
Međutim, brojni istraživači - Aleksandar Parkhomov sa Univerziteta prijateljstva naroda Rusije i Memorijalni projekat Martina Fleishmana (MFPM) -uspeo da reprodukuje hladnu termonuklearnu fuziju Rusije. Izvještaj MFPM-a nosio je naziv "Bliži se kraj ugljične ere". Razlog za takvo divljenje bilo je otkriće praska gama zračenja, koje se ne može objasniti drugačije osim termonuklearnom reakcijom. Prema istraživačima, Rossi ima upravo ono što kaže.
Izvodljiv otvoreni recept za hladnu fuziju mogao bi izazvati energetsku zlatnu groznicu. Mogu se pronaći alternativne metode kako bi se zaobišli Rossijevi patenti i spriječili da se upusti u posao s energijom od više milijardi dolara.
Možda bi Rossi radije izbjegao ovu potvrdu.
