Koniec kłopotów z energią na tysiąc lat? Postanowiliśmy polecieć na Księżyc w tej dekadzie i robić inne rzeczy nie dlatego, że są proste, lecz dlatego, że są trudne" - mówił w 1962 r. prezydent USA John F. Kennedy. Dziś jego słowa mogliby powtórzyć przywódcy państw, które wspólnie będą budować pierwszą elektrownię termojądrową - reaktor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). To będzie największe przedsięwzięcie naukowe ludzkości, ale stawka też jest wysoka.
"Jeśli uda się skonstruować taki reaktor, a szanse oceniam na 50 proc., nie będziemy mieć żadnego problemu z uzyskiwaniem energii przez tysiąc, a może nawet dwa tysiące lat!" - ocenia prof. Ian Fells z brytyjskiej Royal Academy of Engineering. Potrzeby energetyczne naszej cywilizacji ciągle rosną, tymczasem zasoby ropy i gazu ziemnego mogą się wyczerpać już w 2035 r. 
Słońce na Ziemi
W elektrowniach atomowych wykorzystuje się energię uwalnianą podczas rozpadu jąder atomowych ciężkich pierwiastków, na przykład uranu. Z kilograma takiej substancji można uzyskać kilka milionów razy więcej energii niż przy spalaniu paliwa chemicznego. Cena jest jednak wysoka - produkty reakcji są silnie radioaktywne przez tysiące lat, a w wypadku awarii elektrownia może się zamienić w bombę atomową.
Energetyka termojądrowa będzie pozbawiona tych wad. Reakcje, które są jej podstawą, polegają na łączeniu jąder lekkich pierwiastków, takich jak hel, wodór i lit, czemu towarzyszy zamiana około 1 proc. materii w energię. Proces jest całkowicie bezpieczny - jeśli coś się nie uda, reakcja po prostu wygaśnie. W reaktorach termojądrowych nie powstaje pluton, który mógłby zostać wykorzystany do budowy bomb atomowych, a radioaktywne odpady przestają być szkodliwe już po kilkudziesięciu latach. Z izotopu wodoru zwanego deuterem (w jego jądrze oprócz protonu jest jeden neutron) można uzyskać kilkakrotnie więcej energii niż z uranu, a na dodatek to paliwo jest znacznie łatwiejsze do zdobycia. Zdaniem specjalistów od reakcji termojądrowych, tylko w Jeziorze Genewskim jest tyle deuteru, że uzyskana z niego energia wystarczyłaby ludzkości na kilka tysięcy lat!
Aby jednak doszło do połączenia jąder atomów, trzeba je podgrzać do bardzo wysokiej temperatury. Wewnątrz Słońca, które świeci dzięki energii termojądrowej, wystarczy 10 mln C, ale tam reakcję ułatwia potężna grawitacja. Na Ziemi ten proces wymaga temperatury 100-200 mln C - dopiero wówczas będzie on na tyle wydajny, żeby sam zaczął się podtrzymywać.
Elektrownia termojądrowa
Wszystkie dotychczasowe reaktory termojądrowe potrzebowały więcej energii, niż były w stanie wyprodukować. Przełomem ma być dopiero ITER - urządzenie o wysokości 30 m, mieszczące ponad 800 m3 plazmy składającej się z deuteru i trytu (to kolejny izotop wodoru, zawierający dwa neutrony). Reaktor ma wytwarzać pięć do dziesięciu razy więcej energii, niż będzie zużywał. Aby rozżarzony gaz nie zniszczył urządzenia, potrzebne są bardzo silne magnesy, które będą go odpychać od ścian reaktora. ITER ma mieć moc około 500 MW, co wystarczyłoby do zaopatrzenia w prąd sporego miasta, ale będzie to instalacja eksperymentalna, nie produkująca energii na potrzeby użytkowe.
Pomysł zbudowania reaktora powstał w 1985 r., ale dopiero niedawno udało się osiągnąć kompromis. Przez kilka lat specjaliści kłócili się o lokalizację prestiżowej inwestycji. USA i Korea Południowa popierały kandydaturę japońskiego ośrodka Rokkasho-mura, a Unia Europejska, Rosja i Chiny preferowały Tore Supra w Cadarache, 60 km od Marsylii. W ubiegłym tygodniu Japończycy ustąpili miejsca Francuzom, ale nie za darmo. Zagwarantowali sobie przywilej obsadzenia stanowiska szefa projektu, a także wybudowanie na swym terenie fabryki komponentów dla ITER wartej miliard euro. Konsorcjum ustaliło też, że następny reaktor (zwany Demo) powstanie właśnie w Japonii. Będzie to pierwsza prawdziwa elektrownia termojądrowa, której zbudowanie planowane jest na lata 30. tego stulecia. Komercyjne instalacje pojawią się dopiero po 2050 r.
Na razie wszystko zależy jednak od sukcesu prototypu. Budowa reaktora powinna się zacząć za rok i potrwa co najmniej dziesięć lat. Ma kosztować 5 mld euro, a prace badawcze związane z jego uruchomieniem - drugie tyle (konsorcjum wydało już ponad 500 mln euro na wstępne prace). "Z technicznego punktu widzenia nie przewiduję żadnych poważnych problemów. Urządzenie będzie jednak wyjątkowo skomplikowane i musimy zadbać o jakość jego wykonania" - ocenia dr Yasuo Shimomura, kierujący projektem. Skoordynowanie prac będzie znacznie trudniejsze niż w wypadku budowy samolotu giganta Airbusa A380.
Paliwo z kosmosu
Przeciwko budowie reaktora zaprotestowali aktywiści Greenpeace, nazywając przedsięwzięcie "drogą i bezsensowną głupotą nuklearną". "Rządy nie powinny marnować naszych pieniędzy na niebezpieczną zabawkę, która nigdy nie dostarczy żadnej użytecznej energii. Zamiast tego powinny zainwestować na przykład w elektrownie wiatrowe" - oburza się Jan Vande Putte, działacz organizacji. Odnawialne źródła energii nigdy jednak nie będą w stanie zaspokoić więcej niż 15-20 proc. potrzeb energetycznych ludzkości. Tymczasem tania energia termojądrowa może też doprowadzić do powszechnego stosowania ekologicznego paliwa samochodowego, jakim jest wodór.
Nie jest też prawdą, że reakcje termojądrowe zawsze produkują odpady radioaktywne. Dzieje się tak w reaktorach wykorzystujących deuter i tryt, ponieważ produktem ubocznym reakcji są rozpędzone neutrony bombardujące ściany reaktora. W ten sposób przekazują instalacji energię, ale jednocześnie prowadzą do powstania w jej obudowie promieniotwórczych substancji, co oznacza, że elementy reaktora trzeba będzie wymieniać co kilka lat. Jeśli jednak jako paliwo zastosujemy deuter i izotop hel-3, produktami reakcji będą tylko nieszkodliwy hel-4 i zwykły wodór.
Kłopot w tym, że hel-3 nie występuje na Ziemi. Jest go jednak sporo w kosmosie - na przykład w księżycowych skałach. Wyjątkowo obfite złoża występują na planetach gazowych Układu Słonecznego, takich jak Saturn czy Jowisz. "Te rejony w przyszłości staną się dla Ziemi odpowiednikiem Zatoki Perskiej" - przewiduje w książce "Narodziny cywilizacji kosmicznej" Robert Zubrin, inżynier i biznesmen, jeden z założycieli Mars Society. Jego zdaniem, dopiero energia termojądrowa pozwoli ludzkości na prawdziwy podbój kosmosu.
Słońce na Ziemi
W elektrowniach atomowych wykorzystuje się energię uwalnianą podczas rozpadu jąder atomowych ciężkich pierwiastków, na przykład uranu. Z kilograma takiej substancji można uzyskać kilka milionów razy więcej energii niż przy spalaniu paliwa chemicznego. Cena jest jednak wysoka - produkty reakcji są silnie radioaktywne przez tysiące lat, a w wypadku awarii elektrownia może się zamienić w bombę atomową.
Energetyka termojądrowa będzie pozbawiona tych wad. Reakcje, które są jej podstawą, polegają na łączeniu jąder lekkich pierwiastków, takich jak hel, wodór i lit, czemu towarzyszy zamiana około 1 proc. materii w energię. Proces jest całkowicie bezpieczny - jeśli coś się nie uda, reakcja po prostu wygaśnie. W reaktorach termojądrowych nie powstaje pluton, który mógłby zostać wykorzystany do budowy bomb atomowych, a radioaktywne odpady przestają być szkodliwe już po kilkudziesięciu latach. Z izotopu wodoru zwanego deuterem (w jego jądrze oprócz protonu jest jeden neutron) można uzyskać kilkakrotnie więcej energii niż z uranu, a na dodatek to paliwo jest znacznie łatwiejsze do zdobycia. Zdaniem specjalistów od reakcji termojądrowych, tylko w Jeziorze Genewskim jest tyle deuteru, że uzyskana z niego energia wystarczyłaby ludzkości na kilka tysięcy lat!
Aby jednak doszło do połączenia jąder atomów, trzeba je podgrzać do bardzo wysokiej temperatury. Wewnątrz Słońca, które świeci dzięki energii termojądrowej, wystarczy 10 mln C, ale tam reakcję ułatwia potężna grawitacja. Na Ziemi ten proces wymaga temperatury 100-200 mln C - dopiero wówczas będzie on na tyle wydajny, żeby sam zaczął się podtrzymywać.
Elektrownia termojądrowa
Wszystkie dotychczasowe reaktory termojądrowe potrzebowały więcej energii, niż były w stanie wyprodukować. Przełomem ma być dopiero ITER - urządzenie o wysokości 30 m, mieszczące ponad 800 m3 plazmy składającej się z deuteru i trytu (to kolejny izotop wodoru, zawierający dwa neutrony). Reaktor ma wytwarzać pięć do dziesięciu razy więcej energii, niż będzie zużywał. Aby rozżarzony gaz nie zniszczył urządzenia, potrzebne są bardzo silne magnesy, które będą go odpychać od ścian reaktora. ITER ma mieć moc około 500 MW, co wystarczyłoby do zaopatrzenia w prąd sporego miasta, ale będzie to instalacja eksperymentalna, nie produkująca energii na potrzeby użytkowe.
Pomysł zbudowania reaktora powstał w 1985 r., ale dopiero niedawno udało się osiągnąć kompromis. Przez kilka lat specjaliści kłócili się o lokalizację prestiżowej inwestycji. USA i Korea Południowa popierały kandydaturę japońskiego ośrodka Rokkasho-mura, a Unia Europejska, Rosja i Chiny preferowały Tore Supra w Cadarache, 60 km od Marsylii. W ubiegłym tygodniu Japończycy ustąpili miejsca Francuzom, ale nie za darmo. Zagwarantowali sobie przywilej obsadzenia stanowiska szefa projektu, a także wybudowanie na swym terenie fabryki komponentów dla ITER wartej miliard euro. Konsorcjum ustaliło też, że następny reaktor (zwany Demo) powstanie właśnie w Japonii. Będzie to pierwsza prawdziwa elektrownia termojądrowa, której zbudowanie planowane jest na lata 30. tego stulecia. Komercyjne instalacje pojawią się dopiero po 2050 r.
Na razie wszystko zależy jednak od sukcesu prototypu. Budowa reaktora powinna się zacząć za rok i potrwa co najmniej dziesięć lat. Ma kosztować 5 mld euro, a prace badawcze związane z jego uruchomieniem - drugie tyle (konsorcjum wydało już ponad 500 mln euro na wstępne prace). "Z technicznego punktu widzenia nie przewiduję żadnych poważnych problemów. Urządzenie będzie jednak wyjątkowo skomplikowane i musimy zadbać o jakość jego wykonania" - ocenia dr Yasuo Shimomura, kierujący projektem. Skoordynowanie prac będzie znacznie trudniejsze niż w wypadku budowy samolotu giganta Airbusa A380.
Paliwo z kosmosu
Przeciwko budowie reaktora zaprotestowali aktywiści Greenpeace, nazywając przedsięwzięcie "drogą i bezsensowną głupotą nuklearną". "Rządy nie powinny marnować naszych pieniędzy na niebezpieczną zabawkę, która nigdy nie dostarczy żadnej użytecznej energii. Zamiast tego powinny zainwestować na przykład w elektrownie wiatrowe" - oburza się Jan Vande Putte, działacz organizacji. Odnawialne źródła energii nigdy jednak nie będą w stanie zaspokoić więcej niż 15-20 proc. potrzeb energetycznych ludzkości. Tymczasem tania energia termojądrowa może też doprowadzić do powszechnego stosowania ekologicznego paliwa samochodowego, jakim jest wodór.
Nie jest też prawdą, że reakcje termojądrowe zawsze produkują odpady radioaktywne. Dzieje się tak w reaktorach wykorzystujących deuter i tryt, ponieważ produktem ubocznym reakcji są rozpędzone neutrony bombardujące ściany reaktora. W ten sposób przekazują instalacji energię, ale jednocześnie prowadzą do powstania w jej obudowie promieniotwórczych substancji, co oznacza, że elementy reaktora trzeba będzie wymieniać co kilka lat. Jeśli jednak jako paliwo zastosujemy deuter i izotop hel-3, produktami reakcji będą tylko nieszkodliwy hel-4 i zwykły wodór.
Kłopot w tym, że hel-3 nie występuje na Ziemi. Jest go jednak sporo w kosmosie - na przykład w księżycowych skałach. Wyjątkowo obfite złoża występują na planetach gazowych Układu Słonecznego, takich jak Saturn czy Jowisz. "Te rejony w przyszłości staną się dla Ziemi odpowiednikiem Zatoki Perskiej" - przewiduje w książce "Narodziny cywilizacji kosmicznej" Robert Zubrin, inżynier i biznesmen, jeden z założycieli Mars Society. Jego zdaniem, dopiero energia termojądrowa pozwoli ludzkości na prawdziwy podbój kosmosu.
Więcej możesz przeczytać w 27/2005 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.
