Kiedy energia będzie niemal darmowa? Jest już blisko

Przełom w produkcji niemal darmowej energii może być bliżej, niż nam się wydawało jeszcze w grudniu. Wszystko za sprawą gigantycznych pieniędzy takich bogaczy jak Jeff Bezos czy Bill Gates.

Gdy w grudniu świat zelektryzowała informacja o pierwszej „opłacalnej” fuzji termojądrowej wielu osobom rozbłysły oczy z zachwytu. 5 grudnia 2022 roku po raz pierwszy w historii reaktor termojądrowy wyprodukował nadwyżkę energii. W amerykańskim National Ignition Facility (NIF) otwierano korki od szampana jednak ekspertom daleko było od nadmiernej ekscytacji.

Jak wytwarza się energię termojądrową?

Na razie produkcja energii w wyniku fuzji termojądrowej jest jak strzelanie z armaty do wróbla. Naukowcy robią to od dekad i ustrzelili dopiero jednego małego wróbelka. Laboratorium NIF to potężna machina. Jej budowa kosztowała dotychczas ponad 3,5 miliarda dolarów! Jeśli weźmiemy pod uwagę samą wielkość, to zajmuje ona powierzchnię trzech boisk do amerykańskiego futbolu. Sercem laboratorium jest właśnie „armata” czyli potężne lasery. 192 silne wiązki kieruje się na cel o wielkości obiektywu na odwrocie telefonu, na którym czytasz zapewne ten artykuł. To pojemnik ze złota. Skrywa on maleńką kapsułkę z diamentu wypełnionego paliwem termojądrowym. Nasz wróbelek to obszar o średnicy szpilki, czyli miejsce fuzji termonuklearnej.

Co to jest fuzja termojądrowa?

Fuzje termojądrową możemy oglądać gdy uniesiemy głowy do góry. Napędza ona gwiazdy i słońca. Powstaje w wyniku zderzenia atomów pod ogromnym ciśnieniem i w wysokiej temperaturze. W ten sposób atomy łączą się tworząc cięższą cząsteczkę i uwalniając ogromne ilości gęstej energii – izotopy wodoru. Można zaryzykować porównanie, że rozpalamy malutkie słoneczko.

Dlaczego energia termojądrowa może być „darmowa”?

Teoretycznie paliwem w reakcji termojądrowej może być woda morska. Bardzo teoretycznie. To uproszczenie bierze się z tego, że zderzane są izotopy wodoru, które znajdziemy właśnie w wodzie morskiej. Gdyby tak było, mielibyśmy doskonałe źródło czystego prądu.

Tak mogłoby być, a jednak w tej chwili nie jest. Deuter, jeden z izotopów wodoru, faktycznie łatwo można uzyskać z wody morskiej. Do reakcji używa się jednak także drugiego izotopu – trytu. Te zasoby są jednak ograniczone.

Energia termojądrowa już wkrótce w sieci?

Optymiści liczą na to, że do końca obecnej dekady uda się produkować tyle energii, by zacząć ją dostarczać do sieci energetycznej. Pesymiści mówią, że to pieśń kilku dekad przyszłości. Fuzja wymaga temperatury 150 mln stopni Celsjusza, czyli 10 razy więcej niż w rdzeniu Słońca.

I tu pojawiają się problemy techniczne. To prawda, że naukowcom w NIF udało się uwolnić więcej energii niż potrzeba było do zainicjowania reakcji. Ale… mówimy tu o 2,05 megadżuli (MJ) wejściowej, w wyniku której uwolniło się 3,15 MJ energii (wyjściowej). Sukces? Z punktu widzenia nauki – tak. W NIF „zabłyśnięto” jedną, słabą wiązkę lasera. Następnie przebyła ona drogę 1500 metrów, w trakcie której jest wielokrotnie rozszczepiania i wzmacniana. Cały ten proces pochłonął… 322 MJ. Jak łatwo policzyć uzyskano zaledwie 1% energii zużytej przez lasery. W dodatku kapsułka do której strzelano może kosztować nawet do 20 tysięcy dolarów!

Elektrownia potrzebowałaby ich nawet milion… dziennie.

Miliardy dolarów za błysk nadziei na energię

Według analityków Bloomberga, gra jest jednak warta świeczki. Swoje fortuny lokują w termojądrowym biznesie Jeff Bezos (założyciel Amazon), Bill Gates (założyciel Microsoft) i Peter Thiel (założyciel PayPal i OpenAI). Inwestorzy i rządy zainwestowały ponad 4,8 miliarda dolarów w firmy dążące do fuzji, na czele z Commonwealth Fusion, startupem wydzielonym z Massachusetts Institute of Technology, który zyskał 2 miliardy dolarów. TAE Technologies otrzymało ponad 1,1 miliarda dolarów.

Unia Europejska buduje swój reaktor termojądrowy

Projekt stworzenia największej na świecie instalacji służącej do przeprowadzania fuzji jądrowej ma Unia Europejska. Na południu Francji do 2025 roku ma powstać ITER (konstrukcja jest już bardzo zaawansowana). O ile Amerykanie użyli w swoim eksperymencie potężnych laserów, to europejscy badacze wybrali magnesy. Uważają, że to pozwoli ustabilizować reakcję, a więc sprawić, że energia może być produkowana dłużej.

W tzw. tokamakach (reaktorach, które mają kształt hula-hop) można ściskać i podgrzewać izotopy wodoru oraz uwięzić powstałą plazmę.