Inovativni projekti koji koriste moderne supravodiče uskoro će omogućiti kontroliranu termonuklearnu fuziju, kažu neki optimisti. Stručnjaci, međutim, predviđaju da će praktična primjena trajati nekoliko desetljeća.
Zašto je tako teško?
Fuzijska energija se smatra potencijalnim izvorom energije za budućnost. Ovo je čista energija atoma. Ali što 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 - uran ili plutonij - cijepaju i pretvore u druge visoko radioaktivne izotope, koji se zatim moraju zakopati ili reciklirati.
Reakcija fuzije sastoji se u činjenici da se dva izotopa vodika - deuterij i tricij - spajaju u jednu cjelinu, tvoreći netoksični helij i jedan neutron, bez stvaranja radioaktivnog otpada.
Problem s kontrolom
Reakcije kojenastaju na Suncu ili u hidrogenskoj bombi - ovo je termonuklearna fuzija, a inženjeri se suočavaju sa zastrašujućim zadatkom - kako kontrolirati ovaj proces u elektrani?
Ovo je nešto na čemu znanstvenici 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 za stvaranje reakcije - to je samo poseban dizajn koji se testira (stelarator umjesto tokamaka).
Plazma visoke energije
Sve termonuklearne instalacije imaju zajedničku osobinu - prstenasti oblik. Temelji se na ideji korištenja snažnih elektromagneta za stvaranje jakog elektromagnetskog polja u obliku torusa - napuhane biciklističke cijevi.
Ovo elektromagnetno polje mora biti toliko gusto da kada se zagrije u mikrovalnoj pećnici na milijun stupnjeva Celzija, plazma se mora pojaviti u samom središtu prstena. Zatim se zapali kako bi fuzija mogla započeti.
Demonstracija mogućnosti
U Europi su trenutno u tijeku dva takva eksperimenta. Jedan od njih je Wendelstein 7-X, koji je nedavno generirao svoju prvu helijevu plazmu. Drugi je ITER, veliko eksperimentalno fuzijsko postrojenje na jugu Francuske koje je još u izgradnji i bit će spremno za puštanje u rad 2023.
Pretpostavlja se da će se prave nuklearne reakcije dogoditi na ITER-u, međutim, samo una kratko vrijeme i svakako ne duže od 60 minuta. Ovaj reaktor samo je 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 s Massachusetts Institute of Technology, kao i predstavnika tvrtke za oružje Lockheed Martin, fuziju je moguće provesti u objektima koji su puno moćniji i manji od ITER-a, a spremni su to učiniti u roku od deset godine.
Ideja novog dizajna je korištenje modernih visokotemperaturnih supravodiča u elektromagnetima, koji pokazuju svoja svojstva kada se ohlade tekućim dušikom, a ne konvencionalnih, koji zahtijevaju tekući helij. Nova, fleksibilnija tehnologija omogućit će potpuni redizajn reaktora.
Klaus Hesch, koji je zadužen za tehnologiju nuklearne fuzije na Tehnološkom institutu Karlsruhe u jugozapadnoj Njemačkoj, skeptičan je. Podržava korištenje novih visokotemperaturnih supravodiča za nove dizajne reaktora. No, prema njegovim riječima, razviti nešto na računalu, uzimajući u obzir zakone fizike, nije dovoljno. Potrebno je uzeti u obzir izazove koji nastaju prilikom provođenja ideje.
Sci-fi
Prema Heshu, studentski model MIT-a pokazuje samo mogućnost projekta. Ali to je zapravo mnogo znanstvene fantastike. Projektsugerira da su ozbiljni tehnički problemi fuzije riješeni. Ali moderna znanost nema pojma kako ih riješiti.
Jedan od takvih problema je ideja sklopivih zavojnica. Elektromagneti se mogu rastaviti 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 sustavu i zamijeniti ih. Ali u stvarnosti, supravodnici su izrađeni od keramičkog materijala. Stotine njih moraju biti isprepletene na sofisticiran način kako bi se stvorilo ispravno magnetsko polje. I ovdje postoje temeljnije poteškoće: veze između njih nisu tako jednostavne kao spojevi bakrenih kabela. Nitko još nije ni smislio koncepte koji bi pomogli u rješavanju takvih problema.
Prevruće
Visoka temperatura je također problem. U jezgri fuzijske plazme temperatura će doseći oko 150 milijuna stupnjeva Celzija. Ova ekstremna toplina ostaje na mjestu – točno u središtu ioniziranog plina. Ali čak i oko njega i dalje je vrlo vruće - od 500 do 700 stupnjeva u zoni reaktora, što je unutarnji sloj metalne cijevi u kojoj će se "reproducirati" tricij neophodan za nuklearnu fuziju
Fuzijski reaktor ima još veći problem - takozvano oslobađanje snage. To je dio sustava koji dobiva iskorišteno gorivo, uglavnom helij, iz procesa fuzije. Prvimetalne komponente u koje ulazi vrući plin nazivaju se "divertori". Može se zagrijati do preko 2000°C.
Problem s preusmjerivačem
Kako bi postrojenje izdržalo ove temperature, inženjeri pokušavaju koristiti metalni volfram koji se koristi u staromodnim žaruljama sa žarnom niti. Talište volframa je oko 3000 stupnjeva. Ali postoje i druga ograničenja.
U ITER-u se to može učiniti, jer se zagrijavanje u njemu ne događa stalno. Pretpostavlja se da će reaktor raditi samo 1-3% vremena. Ali to nije opcija za elektranu koja treba raditi 24 sata dnevno. A, ako netko tvrdi da je u stanju izgraditi manji reaktor iste snage kao ITER, slobodno se može reći da nema rješenje za problem divertera.
Elektrana za nekoliko desetljeća
Unatoč tome, znanstvenici 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 se potrošila 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 projektiranje, planiranje i izgradnju, čini semalo je vjerojatno da će prva fuzijska elektrana biti pokrenuta puno ranije od sredine 21. stoljeća.
Rossi Cold Fusion
U 2014., neovisno ispitivanje reaktora E-Cat zaključilo je da je uređaj proizveo prosječno 2800 vata izlazne snage tijekom razdoblja od 32 dana uz potrošnju od 900 vata. To je više nego što je bilo koja kemijska reakcija sposobna izolirati. Rezultat govori ili o proboju u termonuklearnoj fuziji, ili o otvorenoj prijevari. Izvješće je razočaralo skeptike, koji sumnjaju da je test doista neovisan i sugeriraju moguće krivotvorenje rezultata testa. Drugi su bili zauzeti otkrivanjem "tajnih sastojaka" koji omogućuju Rossijevoj fuziji da replicira tehnologiju.
Rossi je prevarant?
Andrea je impozantna. On objavljuje proglase svijetu na jedinstvenom engleskom jeziku u odjeljku za komentare svoje web stranice, pretenciozno nazvane Journal of Nuclear Physics. Ali njegovi prethodni neuspjeli pokušaji uključivali su talijanski projekt pretvaranja otpada u gorivo i termoelektrični generator. Petroldragon, projekt pretvaranja otpada u energiju, djelomično je propao jer ilegalno odlaganje otpada kontrolira talijanski organizirani kriminal, koji je protiv njega podnio kaznenu prijavu zbog kršenja propisa o gospodarenju otpadom. Također je stvorio termoelektrični uređaj za Inženjerski zbor američke vojske, ali tijekom testiranja, gadget je proizveo samo djelić deklarirane snage.
Mnogi ne vjeruju Rossiju, a glavni urednik New Energy Timesa otvoreno ga je nazvao kriminalcem iza kojeg stoji niz neuspjelih energetskih projekata.
Nezavisna provjera
Rossi je potpisao ugovor s američkom tvrtkom Industrial Heat za provođenje jednogodišnjeg tajnog ispitivanja postrojenja za hladnu fuziju od 1 MW. Uređaj je bio transportni kontejner prepun desetaka E-Mačaka. Eksperiment je morala kontrolirati treća strana koja je mogla potvrditi da se stvaranje topline doista događa. Rossi tvrdi da je veći dio prošle godine proveo praktički živeći u kontejneru i nadgledajući operacije više od 16 sati dnevno kako bi dokazao komercijalnu održivost E-Cata.
Test je završio u ožujku. Rossijeve pristaše željno su iščekivale izvješće promatrača, 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 neovisni 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 milijuna dolara - 11,5 milijuna unaprijed nakon 24-satnog suđenja (navodno zbog prava na licenciranje kako bi tvrtka mogla prodati tehnologiju u SAD-u) i još 89 milijuna dolara nakon uspješnog završetka produžene suđenje.u roku od 350 dana. Rossi je optužio IH da vodi "prijevarnu shemu"čija je svrha bila ukrasti njegovo intelektualno vlasništvo. Također je optužio tvrtku za zlouporabu reaktora E-Cat, nezakonito kopiranje inovativnih tehnologija i proizvoda, funkcionalnosti i dizajna te zlouporabu patenta na njegovom intelektualnom vlasništvu.
Rudnik zlata
Drugo, Rossi tvrdi da je u jednoj od svojih demonstracija IH dobio 50-60 milijuna dolara od investitora i još 200 milijuna dolara od Kine nakon ponavljanja u kojem su sudjelovali najviši kineski dužnosnici. Ako je to istina, onda je u igri puno više od sto milijuna dolara. Industrial Heat odbacio je ove tvrdnje kao neutemeljene i aktivno će se braniti. Što je još važnije, ona tvrdi da je "radila više od tri godine kako bi potvrdila rezultate koje je Rossi navodno postigao svojom E-Cat tehnologijom, bez uspjeha."
IH ne vjeruje u E-Cat, a New Energy Times ne vidi razloga sumnjati u to. U lipnju 2011. predstavnik publikacije posjetio je Italiju, intervjuirao Rossija i snimio demonstraciju njegovog E-Cata. Dan kasnije izvijestio je o svojoj ozbiljnoj zabrinutosti oko metode mjerenja toplinske snage. Nakon 6 dana, novinar je svoj video objavio na YouTubeu. Stručnjaci iz cijelog svijeta poslali su mu analize koje su objavljene u srpnju. Postalo je jasno da se radi o prijevari.
Eksperimentalna potvrda
Međutim, brojni istraživači - Alexander Parhomov sa Sveučilišta prijateljstva naroda Rusije i Memorijalni projekt Martina Fleishmana (MFPM) -uspio reproducirati hladnu termonuklearnu fuziju Rusije. Izvješće MFPM-a nosilo je naslov "Kraj ugljične ere je blizu". Razlog za takvo divljenje bilo je otkriće praska gama zračenja, koje se ne može objasniti drugačije osim termonuklearnom reakcijom. Prema istraživačima, Rossi ima točno ono što kaže.
Izvediv otvoreni recept za hladnu fuziju mogao bi izazvati energetsku zlatnu groznicu. Mogu se pronaći alternativne metode koje će zaobići Rossijeve patente i spriječiti ga da se upusti u energetski posao od više milijardi dolara.
Pa bi Rossi možda radije izbjegao ovu potvrdu.
