Sokáig sci-fi volt, ma már egyszerű műszaki problémává vált a fúziós energia

Ha fúziós energiáról beszélünk, sokaknak elsőre – egyébként jogosan – az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, azaz Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor) jut az eszükbe. Ez az óriásprojekt az Európai Unió, Kína, India, Japán, Dél-Korea, Oroszország és az Egyesült Államok közreműködésével zajlik, és a célja az, hogy bebizonyítsa: a fúziót lehet energiatermelésre használni, és a fúziós erőművek létezése a jövőben valóság lehet.

Bár valóban az ITER a legismertebb fúziós projekt, a magánszektor is felismerte a fúziós energiában rejlő lehetőségeket: a Fúziósipari Szövetség (Fusion Industry Association, FIA) elemzése szerint 2021-ben több mint duplájára emelkedett a privát fúziós vállalatokba történő befektetés mennyisége az előző évhez képest, 33-ra nőtt a fúziós magáncégek száma. Ez volt az első év, amikor a magánbefektetés mennyisége meghaladta a kormányzati támogatások összegét globális szinten.

Ezek a lépések növelik a bizalmat abban, hogy a fúziós energia hamarosan valósággá válik. A technológia ugyanis adott, de számos kérdés marad megválaszolatlan: a legfontosabb ezek közül az anyagi megvalósíthatóság, illetve az, hogy a fúziós üzemanyagot hogyan lehet majd egyszerűen, nagy mennyiségben és olcsón előállítani. A FIA felmérésének válaszadói közül több mint 93 százalék – kizárólag fúziós magáncégekben dolgozók – úgy gondolja, hogy a 2030-as évekre fúziós energia kerül a hálózatba.

Tudományos problémából műszaki lett

„Az ITER-projekt abban a fázisban tart jelenleg, hogy elkezdtük összeszerelni a kísérleti erőművet – mondta Tim Luce, a projekt tudományos és üzemeltetési vezetője a Falling Walls konferencián, Berlinben. – Már nem csak egy elméleti tanulmányról beszélünk. Már rakjuk össze a való életben. A cél az, hogy végül ötszáz megawatt teljesítményt kapjunk tízszeres energianyereséggel.” Ez azt jelenti: el szeretnék érni, hogy 500 megawatt fúziós energia termelődjön 50 megawatt fűtési teljesítményből.

„Az elmúlt években előrelépések történtek a laboratóriumi kísérletekben is, a brit JET fúziós berendezésben például képesek voltak 10 megawatt fúziós energiát generálni olyan hosszan, ameddig csak fenn tudták tartani a folyamatot. Ez némi önbizalmat ad abban, hogy a nagy méretű készülékek kiszámíthatósága is már most megvan” – tette hozzá a szakértő.

A berlini kerekasztal-beszélgetésen Tim Luce mellett Peter Leibinger, a TRUMPF technológiai vezérigazgatója, Constantin Häfner, a Fraunhofer Institute for Laser Technology ügyvezető igazgatója, illetve Vinod Philip a Siemens Energy igazgatóságának tagja vitatták meg, milyen újdonságokat hozott az elmúlt néhány év a fúziós energiában, és mire számítanak a közeljövőben.

„A fejlődésnek két oldala van. Az egyik a technológiai, de fontos a piac oldaláról érkező változás is. Meg kell próbálni összeegyeztetni az energiaforrásokat a klíma, a megbízható megoldások és az olcsó energia oldaláról. Ahogy telik az idő, egyre biztosabbak vagyunk benne, hogy a megoldás egy többenergiás mix lesz a jövőben – mondta Vinod Philip. A szakértők szerint az elmúlt 15 év fejleményei azt hozták magukkal, hogy a fúzió ma már nem tudományos, hanem mérnöki probléma.

Alapvetően két útja van annak, hogy a jövőben fúziós energiát nyerhessünk ki: az egyiket lézerekkel, a másikat pedig mágnesekkel érik el. A mágneses fúzió az, amit az ITER-ben végeznek majd: itt szupravezető elektromágnest használnak arra, hogy a mágneses mezővel összepréseljék a plazmát egy fánk alakú kamrában, ennek a hatására alakul ki a magfúzió. A lézeres fúzió (kicsit komolyabb nevén inerciális fúzió) esetében szupererős lézerimpulzusokkal forrósítják fel a fűtőanyaggömböt, aminek a fala aztán magába roskad, és egy pillanatra elég forró és sűrű lesz a fúzióhoz.

A legnagyobb kihívás jelenleg még mindig az, hogy mindezt úgy tehessék meg hosszú távon is fenntartható módon, hogy több energia szülessen a folyamatból, mint amennyit beletáplálnak.

Peter Leibinger, a TRUMPF technológiai vezérigazgatója a konferenciabeszélgetésen elmondta: a lézerek, amelyekkel most dolgoznak, alapjaiban mások, mint amivel a kísérletek elkezdődtek. „Kompakt, megbízható, hatékony lézereink vannak. Ebből kiindulva, és azért, mert egyre több magáncég is végez kísérleteket, úgy gondolom, hogy exponenciális növekedés várható a szakmában. Korábban csak néhány olyan hely volt a világon, ahol ezeket a vizsgálatokat lehetett végezni, de most terjedni kezdett a technológia. A harmadik dolog pedig a mesterséges intelligencia: ez képes lehet úgy modellezni a plazmát, ahogyan eddig nem tudtuk.”

Vinod Philip szerint a Nemzetközi Energiaügynökség előrejelzései azt mutatják, hogy 2050-re nőni fog a nukleáris energia aránya az áramtermelésben, de „nem tudni, hogy ebből a nukleáris tíz-tizenkét százalékból mennyi a fúzió és a fisszió aránya”. Felmerült a kérdés, hogy a fúziós energia tulajdonképpen mivel is versenyez: Philip szerint a nap- és szélenergiával, és mivel a megújulóknak akkora előnyük van, a fúziós energiának bele kell húznia.

„Ha a zéró kibocsátásra gondolunk, az elemzések azt mutatják, hogy az új bekötött energia 80 százaléka nap- vagy szélenergia lesz. A fúziós energia jövője nagyban függ attól, hogy milyen gyorsan jutunk el a demonstrációkig és a fúziós erőművekig.”

A szakértő azt is elmondta: a nap- és szélenergiának jókora hátszele van, mert már létezik a piaca, és nagyon jó ár-érték aránnyal dolgozik. Így az időtényező tényleg nagyon fontos, mert

minden év, ami fúziós energia nélkül telik, lehetőséget ad például a hidrogén-infrastruktúra kiépítésére is, ezzel pedig előfordulhat, hogy előbb-utóbb nem is lesz szükség a fúzióra.

Bőven akad még megoldandó feladat

Kérdés volt még továbbá, hogy milyen technológiai kihívások állnak még a fúzió útjában. „Ami a mágneses fúziót, illetve annak az üzemanyagát, a deutériumot és a tríciumot (a hidrogén izotópjai – a szerk.) illeti, az a helyzet, hogy nincs elég trícium. Annyi tríciumot kellene előállítanunk, ami nemcsak a kísérletekre elég, hanem arra is, hogy a szektor nőni kezdjen. Valószínűleg mindenki tudja, hogy a víz két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll, de minden háromezredik hidrogénatom tulajdonképpen deutériumatom, amit üzemanyagként használhatunk fel. Persze nem fog senki embargót rakni a vízre, de nincs belőle elég. A trícium felezési ideje 12 és fél év, így ezt elő kell állítanunk. És annyira van szükségünk, hogy a fúziós gazdaság növekedni tudjon. Most legalább prototípus szintjén kéne demonstrálni, hogy erre képesek vagyunk” – mondta Tim Luce.

Egy másik probléma, hogy olyan anyagokat kell létrehozni, amelyek ezeket az extrém körülményeket is kibírják. Az ITER számára pedig a harmadik kihívás a szupravezető mágnesek használatánál jelentkezik: bonyolult és drága őket megalkotni, így hasznos lenne, ha sikerülne olyan szupravezető mágnest előállítani, amit nem kell az abszolút nulla fok közelébe lehűteni.

A Telex kérdésére Luce azt is elmondta, hogy bár az orosz–ukrán háború nem igazán szól bele az ITER építésébe, a koronavírus-járványt még mindig nyögi a kísérletierőmű-projekt. „Mi egy nemzetközi szervezet vagyunk. Bár földrajzilag Franciaországban van a telephely, inkább az ENSZ-hez hasonlítanám magunkat. Így képesek voltunk szállítási és pénzügyi útvonalakat letárgyalni magunknak oda-vissza Ukrajnán és Oroszországon keresztül. Ha például Oroszországból, vagy valójában bármilyen tagországból szeretnénk embereket felvenni, hogy dolgozzanak a projekten, igyekszünk azt a hozzájárulás mértékében megtenni. Persze a háború problémát jelent, de nem ez a legnagyobb bajunk, inkább az, hogy a Covid–19 alatt az ellátási láncok megszakadtak.”

Kérdésünkre Luce elmondta, hogy ahogyan az autóiparban is akadtak gondok például az integrált áramkörök hiányával, úgy az ITER-nek is nagyon hasonló technológiára lenne szüksége, ami még mindig nem érkezik a megfelelő ütemben. „Olyan egyszerű dolgokhoz nem jutunk hozzá, mint a számítógép. A transzformátorokhoz szükséges magnetizált acél nagyrészt Kelet-Európából érkezik hozzánk, és ez, illetve a hozzá hasonló termékek nehezebben állnak a rendelkezésre a háború miatt.”

Érzelmi reakciók helyett racionális gondolkodás a nukleáris energiáról

„Tudatosságra van szükség világszerte, úgy gondolom, hogy az emberek a nukleáris energiára még mindig nagyon érzelmi, és kevésbé racionális módon tekintenek. Németországban különösen máshogy kellene beszélgetnünk erről – mondta Vinod Philip. – Úgy gondolom, hogy tíz-tizenöt évig szükség lesz állami befektetésekre, hogy olyan gyorsan eljuthassunk egy demonstrálható fúziós technológiához, amilyen gyorsan csak tudunk. Ahogyan van egy demonstrátorunk, a piaci mozgások maguktól megindulnak majd.”

A Siemens igazgatósági tagja szerint szabályozásra is szükség van – a beszélgetés során elhangzott az is, hogy

sok múlik majd azon, vajon a fúzió esetében is olyan szigorú szabályozásra lesz-e szükség, mint a fissziós reaktoroknál.

Peter Leibinger ehhez hozzátette: „több őszinteségre is szükség van, főleg a politikai szereplők oldaláról, mert az a megoldás, hogy egy kicsit kevesebb energiát használunk erről az oldalról (a nem megújulók oldaláról – a szerk.), és kicsit több nap- és szélenergiát kötünk a hálózatba, nem fog megoldani minden problémát. Szükségünk van egy kompakt, tiszta energiaforrásra, attól függetlenül, hogy a szél- és napenergia hogyan fejlődik. Ezzel kapcsolatban őszintének kell lennünk.” Leibinger szerint ezért van szükség a fúziós energiára – hacsak nem akarunk fissziós nukleáris energiát, ami „teljesen rendben van, de Németországban nem fog megtörténni”.

„Szerintünk három dolognak kell együttműködnie: egyrészt a nulla vagy alacsony kibocsátású energiagyártásnak, az így megtermelt energia szállításának és tárolásának, illetve a hatékony fogyasztás növelésének” – mondta Philips.

Tim Luce-tól megkérdeztük azt is, hogy nem tűnik-e lassúnak az ITER fejlődése a most megjelenő magáncégek tempójához képest, de a tudományos igazgató nem aggódik. „Az ITER hosszú utat tett meg, nagyon sokat tanultunk belőle, és ezek a cégek integrálják ezeket a tapasztalatokat, ezért is olyan optimisták a jövőt illetően.”