Lato w pełni, więc Słońce świeci. I tak właśnie patrząc na nie w okularach przeciwsłonecznych z filtrem uznaliśmy, że zachodząca w nim fuzja termojądrowa to ostatecznie ekologiczne źródło energii. Dlaczego?
Patrząc filozoficznie, cała zabawa z ekologią opiera się na tym, by czerpać energię do zaspokajania naszych konsumpcyjno-życiowych potrzeb w sposób jak najmniej szkodzący środowisku. Tylko pomyślcie – zamiast wykopywać szczątki naszych przodków (węgiel i ropa) i spalać je w piecu, ekologiczniej jest postawić wiatrak lub ogniwa fotowoltaiczne.
Zamiast jechać do pracy dzięki uprzejmości milionom mikroeksplozji pod maską (silnik TDI), lepiej wziąć auto elektryczne albo skorzystać z komunikacji miejskiej. Zamiast chodzić na zakupy i kupować zapakowane produkty, lepiej wziąć swoje opakowania. Zamiast drukować gazetę na papierze, lepiej ją czytać na smartfonie. Robimy to samo, ale efektywniej i w bardziej zrównoważony sposób. Jak ma się do tego fuzja termojądrowa?
Fuzja termojądrowa zachodzi w Słońcu
I dlatego możemy się opalać, wytwarzać energię i hodować rośliny. Z tego, co na razie wiemy, fuzja to najprawdopodobniej najbardziej przyjazne środowisku źródło energii (naśladowanie natury jest ekologicznie fascynujące). Dlaczego?
Fuzja termojądrowa to łączenie lekkich atomów w cięższe. W czasie reakcji powstaje duuuuuuuuużo ciepła, które można zaprząc do pożytecznych celów, np. wytwarzania energii. Wykorzystuje się do tego dwie odmiany (inaczej izotopy) wodoru – deuter i tryt.
Deuter, pozyskiwany ze zwykłej wody, składa się z protonu i neutronu. Tryt, pochodzący z litu znajdującego się w kamieniach, składa się z protonu i dwóch neutronów. Aby oba pierwiastki się połączyły, w Słońcu musi być obezwładniająco duże ciśnienie wynikające z olbrzymiej grawitacji oraz temperatura dochodząca do 10 milionów stopni.
Na Ziemi mamy niższe ciśnienie i mniejszą grawitację, więc musimy mieć temperaturę około 100 milionów stopni Celsjusza. Aby do takiej temperatury rozgrzać dwa gazy (wtedy zmieniają się z plazmę, na czym nam zależy), potrzeba mikrofali, takich jak w kuchenkach mikrofalowych, tyle tylko że mocniejszych. Lewitująca plazma zderzających się ze sobą gazów utrzymywana jest w ryzach dzięki polu elektromagnetycznemu wytwarzanemu przez odpowiednio skonstruowaną wstęgę Möbiusa lub w tokamakach.
Deuter i tryt, zderzając się, wytwarzają hel zdatny do napełniania balonów (to jest JEDYNY produkt uboczny fuzji termojądrowej). Tuż po zderzeniu jądra zmieniają kierunek i zwiększają swoją prędkość tysiąckrotnie – ten ruch to energia kinetyczna, podobnie jak wymykający się w wyniku reakcji neutron z trytu. Ten neutron ucieka z miejsca całej reakcji, podgrzewa wodę w zewnętrznym naczyniu, co wytwarza parę wodną napędzającą turbiny generujące prąd elektryczny. I już! A teraz o tym, jakie są…
Zalety energii pozyskiwanej z fuzji termojądrowej
Jedynym produktem ubocznym jest hel, którym można napełnić balony, ale o tym już była mowa. Podobnie jak o tym, że deuter bierzemy z wody, a tryt z kamieni. I bardzo niewiele go bierzemy – dwie butelki wody i kilka kamieni wystarczy, by przeciętna rodzina miała prąd na cały rok. Doskonale, ale to nie koniec.
Fuzja termojądrowa jest bardzo efektywna. Aby wytworzyć na cały rok 30 GW mocy (tyle z grubsza potrzebuje Polska każdego dnia – ostatnio padł rekord zapotrzebowania na moc 22,9 GW), potrzeba LEDWIE 30 kg deuteru i trytu dziennie (10 950 kg/rocznie). To dużo czy mało? Aby zenergetyzować nasz kraj węglem na cały rok, jak obecnie, potrzebujemy 300 tys. kilogramów węgla dziennie (109 500 000 kg/rocznie), czyli 10 000 razy więcej.
Choć elektrownia wytwarzająca prąd z fuzji termojądrowej to wciąż elektrownia nuklearna, stal użyta do jej konstrukcji pozostaje radioaktywna przez 100 lat. To dużo czy mało? Ultra/super/hiper/mega mało, bo stal w obecnie używanych elektrowniach jądrowych pozostaje radioaktywna przez 10 000 lat.
Fuzja termojądrowa to zero emisji
Kolejna zaleta fuzji jest taka, że to nie jest reakcja łańcuchowa, więc jak zdarzy się jakaś niefortunność organizacyjna (tsunami, powódź, błąd ludzki), reakcja po prostu się zatrzyma i nic innego się nie wydarzy. Żadnych skażeń, żadnych wybuchów, żadnych ekscesów.
Obecnie w kilku miejscach świata trwają badania nad ujarzmieniem plazmy (na razie jeszcze nie radzimy sobie z tym zbyt dobrze). Badania prowadzą Amerykanie, Europejczycy i Chińczycy, a jeden z ważniejszych, mogących się pochwalić sporymi osiągnięciami ośrodków – Instytut Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka – znajduje się w niemieckim Greifswald, 70 km od Świnoujścia. Przy tym projekcie pracuje dwóch Polaków, od 2012 roku polski rząd przekazał na te badania prawie 7 milionów euro. Energia z fuzji termojądrowej jest na razie w powijakach, ale jest nadzieja, że w drugiej połowie stulecia zacznie być ekonomicznie opłacalna i razem z odnawialnymi źródłami zapewni ludzkości czystą energię. Trzymamy kciuki!
PS. A jak już ujarzmimy fuzję termojądrową, to czas wziąć się do pracy nad unobtanium. W końcu to ten pierwiastek był początkiem podboju Pandory i fascynacji świata kinem 3D 🙂
