Παραγωγή ενέργειας από πυρηνική σύντηξη σε 15 χρόνια. MIT and newly formed company launch novel approach to fusion power

Λένε επιστήμονες του ΜΙΤ. Goal is for research to produce a working pilot plant within 15 years. Visualization of the proposed SPARC tokamak experiment. Using high-field magnets built with newly available high-temperature superconductors, this experiment would be the first controlled fusion plasma to produce net energy output. Visualization by Ken Filar, PSFC research affiliate

Υπάρχει ένα ανέκδοτο που λέει ότι η πυρηνική σύντηξη θα είναι η ενέργεια του μέλλοντος - και θα μείνει πάντα έτσι. Αλλά αυτή τη φορά, τα πράγματα φαίνεται να σοβαρεύουν. Το Πανεπιστήμιο ΜΙΤ ανακοίνωσε ότι θα συνεργασθεί με τη νέα ιδιωτική αμερικανική εταιρεία Commonwealth Fusion Systems-CFS (τεχνοβλαστό και αυτή του ΜΙΤ), προκειμένου σε 15 χρόνια να έχει αναπτυχθεί η τεχνολογία για την παραγωγή ενέργειας από πυρηνική σύντηξη, την ενέργεια του Ήλιου και των άλλων άστρων. Είναι ένα όνειρο δεκαετιών, που τώρα φαίνεται να έρχεται πιο κοντά στην υλοποίησή του.

Στόχος είναι μέσα στην επόμενη 15ετία να έχει κατασκευασθεί το πρώτο πιλοτικό εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής, που θα χρησιμοποιεί την πυρηνική σύντηξη (το αντίστροφο της πυρηνικής σχάσης που χρησιμοποιείται στις πυρηνικές βόμβες και στα πυρηνικά εργοστάσια σήμερα), προκειμένου να παράγει απεριόριστη «καθαρή» ενέργεια, που δεν απαιτεί καύση και δεν θα μολύνει το περιβάλλον.

Η πυρηνική σύντηξη βασίζεται στη συγχώνευση ατόμων υδρογόνου, που δημιουργούν το βαρύτερο ήλιο και παράλληλα απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε «καθαρό» ηλεκτρισμό. Μια διαδικασία που δεν εκπέμπει άνθρακα στην ατμόσφαιρα και δεν επιδεινώνει την κλιματική αλλαγή.

The €18bn Iter nuclear fusion research centre in Provence, France. Photograph: Iter

Σήμερα η πιο προχωρημένη προσπάθεια παραγωγής ενέργειας από πυρηνική σύντηξη είναι ο «Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας» (ITER) που κατασκευάζεται στη νότια Γαλλία. Είναι ένα φιλόδοξο πρόγραμμα που έχει σχεδιασθεί για να παράγει 100 μεγαβάτ θερμότητας, όμως έχει γνωρίσει διαδοχικές καθυστερήσεις και μεγάλες υπερβάσεις κόστους στην πορεία, ενώ επιπλέον δεν θα μετατρέπει άμεσα τη θερμότητα σε ηλεκτρισμό.

Η νέα συμμαχία ΜΙΤ-CFS, που έχει ήδη εξασφαλίσει χρηματοδότηση 50 εκατομμυρίων δολαρίων έως τώρα από την ιταλική ενεργειακή εταιρεία ΕΝΙ, θα αξιοποιήσει μια νέα γενιά ισχυρότερων υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας που θα δημιουργούν ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, το οποίο θα συγκρατεί αιωρούμενο το καυτό πλάσμα «καυσίμου» (υδρογόνου) στην καρδιά του θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα.

Αυτό θα επιτρέψει στον αντιδραστήρα να είναι πολύ μικρότερος σε όγκο σε σχέση με τον αντιδραστήρια του ITER (μόλις το ένα εξηκοστό πέμπτο), καθώς επίσης φθηνότερος και πιο εύχρηστος. Συνολικά, με βάση τα αμερικανικά σχέδια, η υπό ανάπτυξη μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από πυρηνική σύντηξη θα είναι μόνο το ένα πέμπτο σε μέγεθος σε σχέση με την αντίστοιχη σχεδιαζόμενη μονάδα του ITER - και αυτό θα αποτελεί μεγάλο συγκριτικό πλεονέκτημα, όταν φθάσει η στιγμή της εμπορικής αξιοποίησης.

Σε πρώτη φάση, σύμφωνα με το «Nature» και το «MIT News», μέσα την επόμενη τριετία, 30 εκατ. δολάρια θα επενδυθούν σε έρευνα στο ΜΙΤ, με στόχο τη μετατροπή των υπεραγωγών στους ισχυρότερους παγκοσμίως ηλεκτρομαγνήτες υψηλής απόδοσης.

Η θερμοπυρηνική σύντηξη απαιτεί θερμοκρασίες εκατοντάδων εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, μεγαλύτερων από ό,τι στο κέντρο του Ήλιου, τις οποίες όμως είναι αδύνατο να αντέξει οποιοδήποτε υλικό. Για να επιτευχθεί αυτό, πρέπει να δημιουργηθούν πανίσχυρα μαγνητικά πεδία που θα συγκρατούν στο κενό, χωρίς να αγγίζει τα τοιχώματα του αντιδραστήρα, το καυτό πλάσμα, δηλαδή τη «σούπα» των υποατομικών σωματιδίων. Τα νέα υπεραγώγιμα υλικά από το οξείδιο YBCO, που αντέχουν μεγάλες θερμοκρασίες, καθιστούν πιο εύκολη τη δημιουργία τέτοιων μαγνητών, που θα είναι μικρότεροι σε μέγεθος αλλά πιο ισχυροί.

Στη συνέχεια, μέσα στην επόμενη δεκαετία, οι ερευνητές του Κέντρου Επιστήμης Πλάσματος και Σύντηξης του ΜΙΤ στοχεύουν να αναπτύξουν τον πρώτο στον κόσμο αντιδραστήρα «τσέπης» πυρηνικής σύντηξης με την ονομασία SPARC (μετεξέλιξη του σχεδίου του αντιδραστήρα «τόκαμακ» του ITER), ο οποίος θα παράγει περισσότερη θερμική ενέργεια (100 MW) από όση θα καταναλώνει.

Τελικά, στην τρίτη φάση, σε 15 χρόνια από σήμερα, ελπίζουν να έχουν μετατρέψει τον αντιδραστήρα SPARC σε ένα πιλοτικό εργοστάσιο ισχύος 200 μεγαβάτ, που θα μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική και το οποίο θα διασυνδεθεί με το δίκτυο ηλεκτρισμού.

Ο ITER αναμένεται να έχει λειτουργήσει έως το 2035, ενώ ο SPARC νωρίτερα. Κατά κάποιο τρόπο, ξεκινά μια κούρσα ανταγωνισμού ανάμεσα στους δύο αντιδραστήρες. Μια άλλη βρετανική εταιρεία, η Tokamak Energy, προσπαθεί επίσης να αναπτύξει μια παρόμοια τεχνολογία, αξιοποιώντας και αυτή τους νέους υπεραγωγούς, όμως το εγχείρημα του ΜΙΤ θεωρείται πιο πολλά υποσχόμενο.

Αντίθετα με το ουράνιο ή το πλουτώνιο που χρησιμοποιούνται ως πυρηνικά καύσιμα στους σημερινούς πυρηνικούς αντιδραστήρες σχάσης για ηλεκτροπαραγωγή, το υδρογόνο, που θα είναι το καύσιμο για τους αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης, δεν πρόκειται ποτέ να αποτελέσει είδος σε έλλειψη, καθώς υπάρχει σε αφθονία παντού. Επιπλέον, εκτός από το ότι δεν δημιουργεί «αέρια του θερμοκηπίου», η πυρηνική σύντηξη δεν παράγει ούτε επικίνδυνα ραδιενεργά απόβλητα, όπως συμβαίνει με τη σχάση.

Πηγές: http://news.mit.edu/2018/mit-newly-formed-company-launch-novel-approach-fusion-power-0309 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=949750