Auringossa tämä tapahtuu koko ajan: atomit yhdistyvät, ts. Tapahtuu lämpöydinfuusioreaktio, mistä seurauksena vapautuu kuvittelematon määrä energiaa. Tutkijat ovat jo unelmoineet sellaisesta energiasta, ja täällä maan päällä se voidaan saada luomalla hallittuja lämpöydinfuusioreaktioita.
Mutta toistaiseksi sitä ei ole ollut mahdollista saada.
Toisen maailmansodan päätyttyä tutkijat ympäri maailmaa yrittävät saavuttaa tämän.
Venäjän, Yhdysvaltojen, Englannin, Japanin ja monien muiden maiden kokeellisten reaktorien avulla saatiin lyhytaikaisia lämpöydinfuusioprosesseja, mutta prosessin ylläpitämiseen käytettiin kaikkialla enemmän energiaa kuin itse energian hankkimiseen, selittää Tanskan teknisen yliopiston vanhempi tutkija Søren Bang Korsholm. (Søren Bang Korsholm).
Kaukaisessa tulevaisuudessa
Tanskalainen tutkija ja hänen kollegansa teknisen yliopiston fysiikan laitoksella ovat osallisina globaalissa tieteellisessä projektissa, joka mahdollistaa vuonna 2025 tehokkaan lämpöydinfuusioprosessin - ts. enemmän energiaa varataan kuin kulutetaan sen saamiseksi. Siitä huolimatta uskotaan, että emme näe voimalaitoksia, jotka toimivat lämpöydinfuusion periaatteilla monien vuosien ajan.
”Vain tämän vuosisadan 50-luvulla lämpöydinfuusiovoimalaitosten energiaa voidaan käyttää sähköverkoissa. Joka tapauksessa nämä ovat eurooppalaisen lämpöydinfuusio-ohjelman suuntaviivat”, hän sanoo.
Mainosvideo:
Huolimatta näkymien syrjäisestä sijainnista, monet tutkijat, kuten Søren, työskentelevät vakavasti lämpöydinfuusioenergian ongelmiin. Ja tähän on hyviä syitä. Lämpöydinfuusion periaatteilla toimivassa voimalaitoksessa tarvitaan äärettömän pieni määrä ydinpolttoainetta, lisäksi ne eivät päästä hiilidioksidia tai muita haitallisia aineita.
Halpaa vihreää energiaa
Kun lataat älypuhelintasi tänään, 24% sähköstä tulee tässä tapauksessa kivihiilellä toimivissa lämpöasemissa. Se on raskas eikä erityisen ympäristöystävällinen energiantuotanto.
”Yhden gigawatin sähkön tuottamiseksi hiilivoimalaitoksen on poltettava 2,7 miljoonaa tonnia hiiltä vuodessa. Ja fuusioasemat vaativat vain 250 kiloa ydinpolttoainetta saman vaikutuksen saavuttamiseksi. 25 grammaa ydinpolttoainetta riittää sellaiseen voimalaitokseen, jotta se voi toimittaa energiaa yhdelle tanskalaiselle koko elämänsä ajan”, Søren Bang Korsholm sanoo.
Toisin kuin hiili, fuusio ei päästä hiilidioksidia eikä siten vaikuta ilmastoon.
"Ydinfuusioenergian ainoa" suora "tuotantojäte on helium, ja sitä voidaan käyttää monenlaisiin sovelluksiin. Tämä on noin 200 kiloa heliumia vuodessa", hän selittää.
Fuusioenergialla on kuitenkin pieni ongelma. Täällä ei voi tehdä ilman radioaktiivisuutta kokonaan. "Reaktorin sisäpinta muuttuu radioaktiiviseksi, mutta tämä on radioaktiivisuuden muoto, joka tulee turvalliseksi 100 vuoden kuluttua", tutkija sanoo. Sitten tätä materiaalia voidaan käyttää uudelleen.
Lähes loputon ydinpolttoaine
Toisin kuin hiili, fuusiovoimalaitoksen polttoainetta ei tarvitse kaivaa maasta. Sitä voidaan saada pumpuilla merestä, koska lämpöydinfuusion energia saadaan käyttämällä raskasta vetyä (deuteriumia), joka uutetaan merivedestä.
”Meri tarjoaa ydinpolttoainetta, joka riittää energiankulutukseen ympäri maailmaa miljardien vuosien ajan. Siksi emme jää ilman energiaa, jos opimme käyttämään lämpöydinfuusion energiaa”, Søren Bang Korsholm selittää.
Raskaan vetydeuteriumin lisäksi tutkijat käyttävät fuusioreaktorissa superheavy vetyritritiumia. Sitä ei ole luonnossa, mutta se on valmistettu litiumista, joka on sama aine, jota käytetään paristoissa.
Reaktorissa raskas ja erittäin raskas vety sulautuu, kun lämpötila reaktorissa on saavuttanut 200 miljoonaa astetta.
”Lämpötila reaktorissa on mielikuvituksettoman korkea. Vertailun vuoksi auringon ytimen lämpötila on vain 15 miljoonaa astetta. Tällä tavoin luomme paljon korkeamman lämpötilan”, hän sanoo.
Ranskan jättiläinen ydinreaktori
Søren Bang Korsholm ja monet hänen teknillisen yliopiston kollegansa ovat osallisina laajassa kansainvälisessä ITER-projektissa, jossa EU, USA, Kiina ja monet muut maat tekevät yhteistyötä rakentaakseen maailman suurimman fuusioreaktorin Etelä-Ranskaan. Se on ensimmäinen laatuaan oleva reaktori, joka tuottaa enemmän energiaa kuin kuluttaa.
”ITER tuottaa hankkeen mukaan 500 megawattia, kun taas sen lämmittämiseen tarvitaan 50 megawattia. Se kuluttaa vähän yli 50 megawattia energiaa, koska käytämme osaa energiasta jäähdytykseen ja magneetteihin, mitä ei tässä tapauksessa oteta huomioon, mutta se antaa mukavan ylijäämäenergian itse reaktorissa”, hän selittää.
Tutkijan mukaan reaktori on pian käyttövalmis.
"Vuonna 2025 reaktori on valmis ensimmäiseen testiin, jonka jälkeen päivitämme sitä, kunnes se on täysin valmis vuonna 2033", sanoo Søren Bang Korsholm.
Esittelemme tulevaisuuden energiaa
Mutta ei pidä ajatella, että ITER-hankkeen päättymisen jälkeen sähkö, jonka ansiosta jääkaapimme toimii, on lämpöydinfuusion energia. Reaktori ei tuota sähköä.
”ITER ei ole voimalaitos. Reaktoria ei rakenneta sähkön tuottamiseksi, vaan osoittamaan mahdollisuutta käyttää lämpöydinfuusio energianlähteenä”, hän sanoo.
Tutkija toivoo, että hankkeessa on kaupallisia kumppaneita, jotka kiinnittävät huomiota lämpöydinfuusioenergian mahdollisuuksiin.
”Ehkä suuret energiayhtiöt ja öljy-yhtiöt alkavat investoida fuusioenergiaan nähdessään sen potentiaalin. Ja kuka tietää, ehkä sellaisia voimalaitoksia ilmestyy lähitulevaisuudessa”, Søren Bang Korsholm sanoo.
Seuraava pysäkki on kuu
Jos tutkijoilla on mahdollisuus luoda tehokkaita voimalaitoksia, jotka perustuvat lämpöydinfuusioon, silloin ilmestyy heti paljon ideoita niiden parantamiseksi. Yksi ideoista ehdottaa jo muun tyyppisen polttoaineen käyttöä, jota ei kuitenkaan ole niin paljon maapallolla.
"Kuudella runsaasti helium-3: lla on se etu, että plasmasta tehdyt fuusiotuotteet reagoivat vähemmän reaktorin seinien kanssa, joten seinämä muuttuu vähemmän radioaktiiviseksi ja voi olla pidempi käyttöikä", Soren Bang Korsholm sanoo.
Toistaiseksi polttoaineen hankkiminen Kuulta ja sen toimittaminen Maahan on kallista. Mutta ehkä ydinfuusion energia on niin tehokasta, että nämä kustannukset kannattavat.
"Jos on ajatuksia polttoaineen toimittamisesta kuuhun, fuusiovoimalaitokset voivat olla uskomattoman tehokkaita", tutkija toteaa lopuksi.
Jeppe Kyhne Knudsen, Jonas Petri, Lasse From