Fuziunea nucleară controlată: o șansă unică pentru România, într-un domeniu de foarte mare perspectivă

Fuziunea nucleară comercială a trecut de la ficțiune științifică la realitate științifică, în mai puțin de un deceniu. Chiar și membrii bine informați ai clasei politice occidentale sunt, în mare parte, inconștienți de saltul cuantic în superconductori, lasere și materiale avansate care schimbă brusc economia energiei de fuziune.

Înainte de orice alte comentarii, e bine să ne amintim că Centrala Nucleară de la Cernavodă va fi dotată cu prima instalație de detritiere din Europa și a treia din lume. Această instalație va avea rolul de a elimina tritiul din apa grea utilizată în procesul de răcire a reactoarelor CANDU, folosind o tehnologie românească inovatoare dezvoltată de Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice din Râmnicu Vâlcea. Ceea ce înseamnă că România va deveni un furnizor major de combustibil necesar generării energiei prin reacția de fuziune nucleară controlată.

Compania britanică First Light Fusion a anunțat săptămâna trecută că a stabilit un nou record mondial de presiune la Laboratoarele Naționale Sandia din SUA, împingând limita la 1,85 terapascale, de cinci ori presiunea din miezul Pământului.

Cu câteva zile înainte, un grup de articole recenzate confirmă faptul că Commonwealth Fusion Systems din apropierea Bostonului a doborât recordul mondial pentru un magnet la scară mare, cu o intensitate a câmpului de 20 de tesla, folosind cea mai recentă tehnologie superconductoare cu temperaturi ridicate. Acest lucru depășește pragul necesar pentru producerea de energie netă, sau un „factor Q” de peste 1,0. „Peste noapte, acest lucru a schimbat practic costul pe watt al unui reactor de fuziune cu un factor de aproape 40,” a declarat profesorul Dennis Whyte, deținător de cunoștințe în domeniul plasmei la Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ediția din martie a IEEE Transactions on Applied Superconductivity a publicat șase lucrări care ratifică diferite aspecte ale tehnologiei.

Magneții sunt folosiți pentru a fuziona izotopii de hidrogen prin stoarcerea unui miez de plasmă super fierbinte în interiorul unui dispozitiv tokamak.

(Un tokamak este un tip de reactor de fuziune nucleară în care plasma de hidrogen încinsă este ținută într-un câmp magnetic puternic pentru a controla reacția de fuziune. Este una dintre cele mai promițătoare tehnologii pentru realizarea fuziunii nucleare controlate. Într-un tokamak, plasma este încălzită la temperaturi foarte mari, iar câmpurile magnetice sunt folosite pentru a menține plasma într-o configurație stabilă, astfel încât să nu intre în contact cu pereții reactorului. Acest lucru permite obținerea de energie din reacțiile de fuziune între nucleele atomice de hidrogen, cu eliberarea unei cantități mari de energie).

Temperatura trebuie să fie de zece ori mai mare decât suprafața soarelui pentru a reproduce fuziunea solară, deoarece câmpul magnetic al Pământului este mult mai slab.

Vechii magneți cu temperatură joasă sunt fabricați din aliaje de niobiu care funcționează aproape de zero absolut la -270°C. Noii magneți ridică temperatura de la 4 kelvini la 20 kelvini folosind oxid de cupru de bariu din pământuri rare (ReBCO) cu un design radical nou. Aceștia combină superconductivitatea cu puterea magnetică extremă. Acest lucru valorifică o „creștere multiplă a ordinii de mărime” a capacității de fuziune.

Directorul executiv al Commonwealth, Bob Mumgaard, mi-a spus că tehnologia care schimbă jocul exista cu greu acum 10 ani și era încă în stadiu incipient acum cinci ani. „Avansul este în superconductori. Magneții mult mai puternici înseamnă că putem construi o instalație care este de 40 de ori mai mică„, a spus el.

Este, deci, momentul să renunțăm la vechea glumă că fuziunea este la 30 de ani distanță și va fi mereu așa. Un sondaj la forumul Agenției Internaționale pentru Energie Atomică de la Londra a arătat că 65% dintre cei din interior cred că fuziunea va genera electricitate pentru rețea la un cost viabil până în 2035, iar 90% până în 2040.

Asociația pentru Industria Fuziunii din Washington spune că patru dintre membrii săi cred că pot face acest lucru până în 2030. Dacă industria este aproape de a avea dreptate, trebuie să ne reconsiderăm toate presupunerile noastre despre energie. Centralele electrice pe gaz planificate din Marea Britanie sunt gata învechite aproape înainte de a fi construite.

La sfârșitul lui decembrie, China și-a lansat propriul consorțiu de fuziune, combinându-și cele mai bune universități și industrii de stat într-un efort național de tip Apollo. „Fuziunea nucleară controlată este singura direcție pentru energia viitorului,” a declarat Consiliul de Stat. Aceasta este noua frontieră în cursa tehnologică.

ITER, o balenă eșuată

Proiectul mondial de cercetare ITER, în valoare de 20 de miliarde de dolari, o cooperare a SUA, Japoniei, Europei, Chinei și Rusiei, arată din ce în ce mai mult ca o balenă eșuată în această competiție. A adunat știință valoroasă de-a lungul deceniilor, dar a fost umbrit de geopolitică și întârzieri, și nu a produs niciodată mai multă energie decât a consumat, spre deosebire de laboratorul Lawrence Livermore din SUA care folosește tehnologia rivală a fuziunii inerțiale.

Bagheta a trecut la miliardarii tehnologici în grabă. Commonwealth Fusion, o ramură a Centrului de Științe și Fuziune al MIT, este susținută de Bill Gates, Jeff Bezos și Sir Richard Branson. Își propune să producă primul său plasmă anul viitor și să atingă un factor Q stabil de 10 până la sfârșitul anilor 2020, ținta energetică pentru lansarea comercială.

Dr. Mumgaard a declarat că Commonwealth vizează costuri de 60-80 USD pe MWh cu scalare, subcotând costul de 24/7 al centralelor electrice pe gaz de tipul peaker sau cu stocare de energie în cele mai multe locuri. „Ar putea fi chiar mai mic. Nu folosim uraniu. Nu există niciun risc de topire„, a spus el.

Centralele de fuziune ca spitale?

Reglementatorii din Marea Britanie și SUA planifică să trateze centralele de fuziune ca spitale, deoarece folosesc cantități mici de deuteriu-tritiu. Eliberarea radioactivă nu se compară deloc cu un reactor de fisiune al uraniului. Aceasta înseamnă că pot fi construite aproape oriunde și implementate rapid.

Marea Britanie avansează cu pasi repezi pe toate fronturile, o moștenire a proiectului ITER Joint European Torus de la Culham, dar și un succes al leadership-ului. „Dintre toate țările din lume, Marea Britanie este cea mai agresivă în urmărirea energiei de fuziune„, au declarat oamenii de știință americani Matthew Moynihan și Alfred Bortz, co-autori ai promisiunii fuziunii.

Ei au afirmat că Autoritatea Atomică a Energiei din Marea Britanie (UKAEA) sub conducerea lui Sir Ian Chapman a făcut o treabă excelentă în crearea Clusterului de Fuziune și a Programului de Viitor al Fuziunii, de 650 de milioane de lire sterline, accelerând trecerea de la cercetare pură la megawați pentru rețea. „Toată această muncă a făcut din Marea Britanie liderul tehnic în cursa către energia de fuziune„, au spus ei.

Tokamak Energy, aproape de Oxford, este un pionier al noii tehnologii de magneți ReBCO, și ar putea deține proprietate intelectuală neprețuită.

UKAEA construiește propriul său tokamak pe site-ul unei vechi centrale pe cărbune din Nottinghamshire, cu un design sferic care nu a mai fost încercat până acum, dar promite să reducă costurile.

Anglia găzduiește trei start-up-uri de fuziune de clasă mondială care acoperă cele două tehnologii rivale cheie.

First Light conduce în fuziunea inerțială. Altele două dezvoltă fuziunea magnetică: Tokamak Energy și General Fusion din Canada, care își localizează planta de demonstrație la Culham Campus, un mare succes pentru Clusterul de Fuziune. Oricare dintre ele are șansa de a lovi potul de aur.

Fuziunea nucleară controlată este în mod cert soluția viitorului. Generează de patru milioane de ori mai multă energie decât energia fosilă, fără a emite CO2 sau metan. Nu creează aproape niciun deșeu, pe termen lung. Principalul său produs secundar este heliul inert.

Folosește foarte puțin spațiu și puțină apă. Facilitățile de producție pot fi, practic, invizibile. Spre deosebire de fisiunea de astăzi, produce căldură industrială de înaltă calitate pentru a contribui la decarbonizarea sticlei, cimentului, oțelului, amoniacului, hidrogenului etc. Rulează continuu, dacă ai nevoie de ea, sau este disponibilă la cerere, dacă nu ai nevoie.

Combustibilul este efectiv nelimitat timp de mii de ani și poate fi obținut oriunde: deuteriu din apa mării și tritiul prin reproducere cu cantități mici de litiu. Nu există niciun risc de reacție nucleară în lanț. Nu folosește materiale fisionabile și este inutil pentru arme.

Lev Artsimovich, tatăl polonezo-rus al tokamakului, a fost întrebat odată când va deveni matură fuziunea. „Când umanitatea o va considera neapărat necesară,” a răspuns el. Așa se dovedește a fi.

(adaptare The Telegraph)