Η επιστήμη έκανε βήματα εμπρός τον τελευταίο χρόνο για την κατάκτηση μιας πολλά υποσχόμενης τεχνολογίας για την παραγωγή καθαρής ενέργειας και την ενεργειακή εξασφάλιση του πλανήτη. Ευρωπαίοι επιστήμονες σημείωσαν στις 9 Φεβρουαρίου νέο ρεκόρ για την περισσότερη ενέργεια που έχει παραχθεί από πυρηνική σύντηξη, ενώ επιστήμονες στην Κίνα κατέρριψαν το 2021 μια σειρά από ρεκόρ.
Οι εξελίξεις αυτές είναι η κορωνίδα των προσπαθειών δεκαετιών για παραγωγή ενέργειας που αξιοποιεί την ίδια διαδικασία που κάνει τον ήλιο να λάμπει στον ουρανό.
Σε ένα πείραμα στις εγκαταστάσεις του Joint European Torus (JET) στην Οξφόρδη της Αγγλίας μια ομάδα ερευνητών από την κοινοπραξία Eurofusion παρήγαγε 59 megajoules (11 megawatts) από μια παρατεταμένη αντίδραση σύντηξης διάρκειας πέντε δευτερολέπτων. Η ισχύς αυτή είναι αρκετή για να βράσουν περίπου 60 τσαγιέρες γεμάτες νερό. Το προηγούμενο ρεκόρ στην παραγωγή ενέργειας ήταν 22 megajoules, το μακρινό 1997.
«Αυτά τα σημαντικά αποτελέσματα μας έφεραν ένα τεράστιο βήμα πιο κοντά στην κατάκτηση μιας από τις μεγαλύτερες επιστημονικές και μηχανικές προκλήσεις που υπάρχουν» είπε σε ανακοίνωσή του ο Ιαν Τσάπμαν, διευθυντής της Αρχής Ατομικής Ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου.
Ο μεγαλύτερος και πιο λειτουργικός αντιδραστήρας
Το JET, μια συνεργασία μεταξύ των κρατών-μελών της ΕΕ, της Ελβετίας, του Ηνωμένου Βασιλείου και της Ουκρανίας που ιδρύθηκε το 1978, είναι ο μεγαλύτερος και πιο ισχυρός λειτουργικός αντιδραστήρας Τόκαμακ στον κόσμο. Το Τόκαμακ (ακρωνύμιο στα ρωσικά για τον «δακτυλιοειδή θάλαμο με μαγνητικά πηνία», μια ιδέα που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά το 1957 από τον Σοβιετικό φυσικό Ιγκόρ Γκολόβιν) χρησιμοποιεί ισχυρούς μαγνήτες για να κρατήσει μια ποσότητα πλάσματος δύο ισοτόπων του υδρογόνου –δευτέριο και τρίτιο– στη θέση του καθώς θερμαίνεται σε θερμοκρασίες υψηλότερες από αυτές στον ήλιο, έτσι ώστε οι ατομικοί πυρήνες να συγχωνεύονται, απελευθερώνοντας ενέργεια.
Παράλληλα, στην Κίνα γίνονται επίσης σημαντικά βήματα. Το Ινστιτούτο Φυσικής Πλάσματος της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (ASIPP) ανακοίνωσε στις 30 Δεκεμβρίου ότι το Πειραματικό Εξελιγμένο Υπεραγώγιμο Τόκαμακ (Experimental Advanced Superconducting Tokamak – EAST), το οποίο δημιουργήθηκε για πρώτη φορά το 2006, έσπασε το ρεκόρ για τη διαρκέστερη πυρηνική σύντηξη, καταγράφοντας 1.056 δευτερόλεπτα στις 30 Δεκεμβρίου 2021. Ωστόσο δεν ήταν το μόνο ρεκόρ που έσπασε την περσινή χρονιά. Το EAST έσπασε το ρεκόρ μεγαλύτερης θερμοκρασίας του, αφού τον Μάιο του περασμένου έτους διατήρησε στον αντιδραστήρα του θερμοκρασία άνευ προηγουμένου: 120 εκατ. βαθμούς Κελσίου. Αυτό το επίτευγμα έκανε τους χρήστες του διαδικτύου να αποκαλέσουν το πείραμα «κινεζικός ήλιος».
Επίσης, στη Γαλλία κατασκευάζεται, με προβλεπόμενη ολοκλήρωσή του το 2025, ο Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας (ITER), τον οποίο χρηματοδοτούν οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ευρωπαϊκή Ενωση, η Κίνα, η Ιαπωνία, η Ινδία, η Ρωσία και η Νότια Κορέα. Παράλληλα, στο παιχνίδι της πυρηνικής σύντηξης συμμετέχει και ο ιδιωτικός τομέας, αν και η συνολική χρηματοδότηση φτάνει μετά βίας το ένα δέκατο των κεφαλαίων του δημοσίου.
Πρακτικά ζητήματα θολώνουν το τοπίο
Η πυρηνική σύντηξη ακούγεται πολύ καλή για να είναι αληθινή, όχι χωρίς λόγο. Οι μεγάλες ποσότητες ενέργειας που απαιτούνται για να λειτουργήσει ένας αντιδραστήρας κάνουν αμφίβολη την υπόσχεση για καθαρή ενέργεια, αφού χρησιμοποιούνται ορυκτά καύσιμα για την παραγωγή της. Επίσης, για την κατασκευή ενός αντιδραστήρα χρειάζονται τρομακτικές ποσότητες δομικών υλικών: μόνο το Τόκαμακ μπορεί να χρειαστεί 250 χιλιάδες τόνους χάλυβα, ενώ απαιτούνται χιλιόμετρα καλωδίων για να τροφοδοτούν με ρεύμα τον αντιδραστήρα.
Η παραγωγή ενέργειας από την πυρηνική σύντηξη υποτίθεται ότι δεν θα εκπέμπει αέρια θερμοκηπίου, αφού το μόνο παράγωγο θα είναι το αέριο ήλιο. Επίσης, λέγεται ότι η προμήθεια του καυσίμου είναι σχεδόν ανεξάντλητη. Ως καύσιμο χρησιμοποιούνται δύο ισότοπα του υδρογόνου, το δευτέριο και το τρίτιο. Αν και το δευτέριο μπορεί να βρεθεί ελεύθερα στη φύση, το τρίτιο είναι εξαιρετικά σπάνιο. Υπολογίζεται ότι υπάρχουν περίπου 30 κιλά τριτίου στον κόσμο, που προκύπτουν από το βαρύ ύδωρ πυρηνικών αντιδραστήρων. Επιπλέον, στην πραγματικότητα, το τρίτιο αποφεύγεται να χρησιμοποιείται καθώς είναι ραδιενεργό.
Η διαδικασία που ακολουθείται
Η σύντηξη λειτουργεί με βάση την αρχή ότι η ενέργεια μπορεί να απελευθερωθεί με τη συνένωση των ατομικών πυρήνων και όχι με τη διάσπασή τους, όπως στην περίπτωση των αντιδράσεων σχάσης που γίνονται στους υπάρχοντες πυρηνικούς σταθμούς. Ουσιαστικά, η διαδικασία προκαλεί τη συγχώνευση ατόμων υδρογόνου για τη δημιουργία ηλίου.
Στον πυρήνα του ήλιου οι τεράστιες βαρυτικές πιέσεις επιτρέπουν αυτό να συμβεί σε θερμοκρασίες περίπου 10 εκατ. βαθμών Κελσίου. Στις πολύ χαμηλότερες πιέσεις που είναι δυνατές στη Γη οι θερμοκρασίες για την παραγωγή σύντηξης πρέπει να είναι πολύ υψηλότερες – πάνω από 100 εκατ. βαθμοί Κελσίου.
Δεν υπάρχουν υλικά που να αντέχουν την άμεση επαφή με τέτοια θερμότητα. Ετσι, για να επιτευχθεί σύντηξη σε ένα εργαστήριο οι επιστήμονες έχουν επινοήσει μια λύση στην οποία ένα υπερθερμασμένο αέριο που του έχουν αφαιρεθεί τα ηλεκτρόνια συγκρατείται αιωρούμενο μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο σε σχήμα ντόνατ.