Inovativni projekti z uporabo sodobnih superprevodnikov bodo kmalu omogočili nadzorovano termonuklearno fuzijo, pravijo nekateri optimisti. Strokovnjaki pa napovedujejo, da bo praktična uporaba trajala več desetletij.
Zakaj je tako težko?
Fuzijska energija velja za potencialni vir energije za prihodnost. To je čista energija atoma. Toda kaj je to in zakaj je to tako težko doseči? Za začetek moramo razumeti razliko med klasično jedrsko cepijo in termonuklearno fuzijo.
Do cepitve atoma pride, ko se radioaktivni izotopi - uran ali plutonij - cepijo in spremenijo v druge visoko radioaktivne izotope, ki jih je treba nato zakopati ali reciklirati.
Fuzijska reakcija je sestavljena iz dejstva, da se dva izotopa vodika - devterij in tritij - zlijeta v eno celoto, pri čemer tvorita nestrupen helij in en sam nevtron, ne da bi nastali radioaktivni odpadki.
Nadzorna težava
Reakcije, kise pojavijo na Soncu ali v vodikovi bombi - to je termonuklearna fuzija in inženirji se soočajo z zastrašujočo nalogo - kako nadzorovati ta proces v elektrarni?
Na tem se znanstveniki ukvarjajo že od šestdesetih let prejšnjega stoletja. V severnem nemškem mestu Greifswald je začel obratovati še en eksperimentalni fuzijski reaktor Wendelstein 7-X. Še ni zasnovan tako, da bi ustvaril reakcijo - je le poseben dizajn, ki se testira (stelarator namesto tokamaka).
visokoenergijska plazma
Vse termonuklearne instalacije imajo skupno lastnost - obročasto obliko. Temelji na zamisli o uporabi močnih elektromagnetov za ustvarjanje močnega elektromagnetnega polja v obliki torusa - napihnjene kolesarske cevi.
To elektromagnetno polje mora biti tako gosto, da se mora, ko se segreje v mikrovalovni pečici na milijon stopinj Celzija, v samem središču obroča pojaviti plazma. Nato se vžge, da se lahko začne fuzija.
Demonstracija možnosti
V Evropi trenutno potekata dva taka poskusa. Eden izmed njih je Wendelstein 7-X, ki je pred kratkim ustvaril svojo prvo helijevo plazmo. Drugi je ITER, ogromen eksperimentalni fuzijski objekt na jugu Francije, ki je še v gradnji in bo pripravljen za uporabo leta 2023.
Predpostavlja se, da se bodo prave jedrske reakcije na ITER zgodile le vza kratek čas in vsekakor ne dlje kot 60 minut. Ta reaktor je le eden od mnogih korakov k uresničitvi jedrske fuzije.
Fuzijski reaktor: manjši in močnejši
Pred kratkim je več oblikovalcev napovedalo novo zasnovo reaktorja. Po besedah skupine študentov iz Massachusetts Institute of Technology in predstavnikov orožarske družbe Lockheed Martin je fuzijo mogoče izvajati v objektih, ki so veliko močnejši in manjši od ITER, in so to pripravljeni narediti v desetih let.
Ideja novega dizajna je uporaba sodobnih visokotemperaturnih superprevodnikov v elektromagnetih, ki pokažejo svoje lastnosti pri hlajenju s tekočim dušikom, ne pa običajnih, ki zahtevajo tekoči helij. Nova, bolj prilagodljiva tehnologija bo omogočila popolno prenovo reaktorja.
Klaus Hesch, ki je zadolžen za tehnologijo jedrske fuzije na Tehnološkem inštitutu Karlsruhe v jugozahodni Nemčiji, je skeptičen. Podpira uporabo novih visokotemperaturnih superprevodnikov za nove zasnove reaktorjev. Toda po njegovem mnenju ni dovolj razviti nekaj na računalniku ob upoštevanju zakonov fizike. Upoštevati je treba izzive, ki se pojavijo pri uresničevanju ideje.
Sci-fi
Po Heshovem mnenju študentski model MIT kaže le možnost projekta. Toda v resnici gre za veliko znanstvene fantastike. Projektkaže, da so bili resni tehnični problemi fuzije rešeni. Toda sodobna znanost nima pojma, kako jih rešiti.
Ena takih težav je zamisel o zložljivih tuljavah. Elektromagnete je mogoče razstaviti, da bi lahko vstopili v obroč, ki drži plazmo v modelu zasnove MIT.
To bi bilo zelo koristno, ker bi lahko dostopali do objektov v notranjem sistemu in jih zamenjali. Toda v resnici so superprevodniki izdelani iz keramičnega materiala. Na stotine jih je treba prepletati na prefinjen način, da tvorijo pravilno magnetno polje. In tu so bolj temeljne težave: povezave med njimi niso tako preproste kot povezave bakrenih kablov. Nihče še ni niti pomislil na koncepte, ki bi pomagali rešiti tovrstne probleme.
Prevroče
Težava je tudi visoka temperatura. V jedru fuzijske plazme bo temperatura dosegla približno 150 milijonov stopinj Celzija. Ta ekstremna toplota ostane na mestu – v središču ioniziranega plina. Toda tudi okoli njega je še vedno zelo vroče - od 500 do 700 stopinj v reaktorski coni, ki je notranja plast kovinske cevi, v kateri se bo "reproduciral" tritij, potreben za jedrsko fuzijo
Fuzijski reaktor ima še večji problem - tako imenovano sprostitev moči. To je del sistema, ki iz fuzijskega procesa prejme uporabljeno gorivo, predvsem helij. Prvičkovinske komponente, v katere vstopa vroč plin, se imenujejo "divertorji". Lahko se segreje na več kot 2000°C.
Težava z pretvornikom
Da bi elektrarna zdržala te temperature, inženirji poskušajo uporabiti kovinski volfram, ki se uporablja v staromodnih žarnicah z žarilno nitko. Tališče volframa je približno 3000 stopinj. Vendar obstajajo tudi druge omejitve.
V ITER-u je to mogoče storiti, ker se segrevanje v njem ne pojavlja stalno. Predvideva se, da bo reaktor deloval le 1-3 % časa. Toda to ni možnost za elektrarno, ki mora delovati 24 ur na dan. In če nekdo trdi, da je sposoben zgraditi manjši reaktor z enako močjo kot ITER, je varno reči, da nima rešitve za problem divertorja.
elektrarna čez nekaj desetletij
Kljub temu so znanstveniki optimistični glede razvoja termonuklearnih reaktorjev, vendar ne bo tako hiter, kot napovedujejo nekateri navdušenci.
ITER bi moral pokazati, da lahko nadzorovana fuzija dejansko proizvede več energije, kot bi jo porabili za ogrevanje plazme. Naslednji korak je izgradnja povsem nove hibridne demonstracijske elektrarne, ki dejansko proizvaja električno energijo.
Inženirji že delajo na njegovi zasnovi. Učiti se bodo morali od ITER, ki naj bi se začel leta 2023. Glede na čas, potreben za načrtovanje, načrtovanje in gradnjo, se zdimalo je verjetno, da bo prva fuzijska elektrarna zagnana veliko prej kot sredi 21. stoletja.
Rossi Cold Fusion
Leta 2014 je neodvisen test reaktorja E-Cat ugotovil, da je naprava proizvedla povprečno 2800 vatov izhodne moči v 32-dnevnem obdobju s porabo 900 vatov. To je več, kot je katera koli kemična reakcija sposobna izolirati. Rezultat govori bodisi o preboju v termonuklearni fuziji bodisi o odkriti goljufiji. Poročilo je razočaralo skeptike, ki dvomijo, ali je bil test res neodvisen, in namigujejo na morebitno ponarejanje rezultatov testa. Drugi so bili zaposleni z odkrivanjem "skrivnih sestavin", ki Rossijevi fuziji omogočajo ponovitev tehnologije.
Rossi je prevarant?
Andrea je impozantna. Svetu objavlja proglase v edinstveni angleščini v razdelku za komentarje na svoji spletni strani, ki se pretenciozno imenuje Journal of Nuclear Physics. Toda njegovi prejšnji neuspešni poskusi so vključevali italijanski projekt pretvorbe odpadkov v gorivo in termoelektrični generator. Petroldragon, projekt pretvorbe energije v odpadke, je delno propadel, ker nezakonito odlaganje odpadkov nadzira italijanski organizirani kriminal, ki je proti njemu vložil kazensko ovadbo zaradi kršitve predpisov o ravnanju z odpadki. Ustvaril je tudi termoelektrično napravo za inženirski zbor ameriške vojske, vendar je med testiranjem pripomoček proizvedel le delček deklarirane moči.
Mnogi ne zaupajo Rossiju, glavni urednik New Energy Timesa pa ga je odkrito označil za zločinca, ki ima za seboj niz propadlih energetskih projektov.
Neodvisno preverjanje
Rossi je podpisal pogodbo z ameriškim podjetjem Industrial Heat za izvedbo celoletnega tajnega testa 1-MW elektrarne za hladno fuzijo. Naprava je bila ladijski zabojnik, napolnjen z desetinami E-mačkov. Poskus je morala nadzorovati tretja oseba, ki je lahko potrdila, da je dejansko prišlo do proizvodnje toplote. Rossi trdi, da je večji del preteklega leta preživel praktično v zabojniku in nadziral operacije več kot 16 ur na dan, da bi dokazal komercialno uspešnost E-Cat.
Test se je končal marca. Rossijevi privrženci so nestrpno pričakovali poročilo opazovalcev in upali na oprostilno sodbo za svojega junaka. Toda na koncu so dobili tožbo.
sodni spor
V vlogi sodišča na Floridi Rossi trdi, da je bil test uspešen in neodvisni arbiter je potrdil, da reaktor E-Cat proizvede šestkrat več energije, kot jo porabi. Trdil je tudi, da se mu je Industrial Heat strinjal, da mu bo plačal 100 milijonov dolarjev – 11,5 milijona dolarjev vnaprej po 24-urnem preizkusu (menda zaradi licenčnih pravic, da bi podjetje lahko prodalo tehnologijo v ZDA) in še 89 milijonov dolarjev po uspešnem zaključku podaljšanega sojenje v 350 dneh. Rossi je IH obtožil vodenja "goljufive sheme"katerega namen je bil ukrasti njegovo intelektualno lastnino. Podjetje je tudi obtožil, da si je prilastila reaktorje E-Cat, nezakonito kopirala inovativne tehnologije in izdelke, funkcionalnost in dizajn ter zlorabljala patent za njegovo intelektualno lastnino.
rudnik zlata
Drugo Rossi trdi, da je IH v eni od svojih demonstracij prejel 50-60 milijonov dolarjev od vlagateljev in še 200 milijonov dolarjev od Kitajske po ponovitvi, v kateri so sodelovali najvišji kitajski uradniki. Če je to res, potem je na kocki veliko več kot sto milijonov dolarjev. Industrial Heat je te trditve zavrnil kot neutemeljene in se bo aktivno branil. Še pomembneje je, da trdi, da je "več kot tri leta delala, da bi potrdila rezultate, ki jih je Rossi domnevno dosegel s svojo tehnologijo E-Cat, brez uspeha."
IH ne verjame v E-Cat in New Energy Times ne vidi razloga za dvom o tem. Junija 2011 je predstavnik publikacije obiskal Italijo, intervjuval Rossija in posnel demonstracijo njegovega E-Mačka. Dan pozneje je poročal o resnih pomislekih glede metode merjenja toplotne moči. Po 6 dneh je novinar svoj video objavil na YouTubu. Strokovnjaki z vsega sveta so mu poslali analize, ki so bile objavljene julija. Postalo je jasno, da je to potegavščina.
Poskusna potrditev
Vendar pa številni raziskovalci - Aleksander Parkhomov z Ruske univerze prijateljstva ljudi in spominski projekt Martina Fleishmana (MFPM) -uspelo reproducirati hladno termonuklearno fuzijo Rusije. Poročilo MFPM je bilo naslovljeno "Konec ogljične dobe je blizu". Razlog za takšno občudovanje je bilo odkritje izbruha gama sevanja, ki ga ni mogoče razložiti drugače kot s termonuklearno reakcijo. Po mnenju raziskovalcev ima Rossi točno to, kar pravi.
Izvedljiv odprt recept za hladno fuzijo bi lahko sprožil energetsko zlato mrzlico. Lahko se najdejo alternativne metode, ki bi zaobšle Rossijeve patente in ga preprečile v več milijard dolarjev vrednem energetskem poslu.
Torej bi se morda Rossi raje izognil tej potrditvi.
