Nem az a kérdés, hogy megvalósítható-e a fúziós energia, hanem hogy hogyan lesz elég olcsó

A nemzetközi együttműködés volt a kulcskifejezése a francia ITER, a japán Naka Fúziós Intézet, az amerikai Princeton Plazmafizikai Laboratóriuma, az olasz RFX konzorcium és a német Max Planck Plazmafizikai Intézet vezetői között zajló beszélgetésnek a berlini Tudomány Hetén – úgy tűnik, a különböző intézetek tényleg egymásnak segítve próbálják kitalálni, hogyan lehetne gazdaságosan plazmából elektromosságot kinyerni, egyelőre visszafogott sikerrel.

A fúziós erőművek célja az atommagok összeolvadásakor felszabaduló energia hasznosítása. A fúziós energiát évtizedek óta a jövő energiaforrásának tartják. A tudomány megvan hozzá, a technológia a küszöbön, most már csak azt kéne elérni, hogy olyan olcsón lehessen megtermelni azt az áramot a felhasználónak, hogy az ki is tudja és ki is akarja azt fizetni – hangzott el többször. Arra a kérdésre viszont, hogy megtörik-e a híres fúziós állandó (vagyis az, hogy ezt a pontot valahogy mindig az aktuális időponttól nagyjából húsz évre becsülik), senki nem tudott érdemben válaszolni.

„Most először érzem azt, hogy sürgőssé vált a fúziós energia megoldása”

– mondta Hartmut Zohm, a Max Planck Plazmafizikai Intézet Tokamak divíziójának vezetője. „Most először fogadják el, ha azt mondjuk, hogy párhuzamosan kell haladni a technológiák kutatásával. Tisztában kell lenni azzal, hogy ez egy olyan technológia, amelyben benne van, hogy egy-egy lehetőség elbukik.” Ehhez a párhuzamos kutatáshoz viszont pénzre van szükség – amiből, úgy tűnik, egyre több szivárog a fúziós technológiába mind állami támogatásokból, mind a magánszektorból.

Azt, hogy a fúziós energia egyre sürgősebb kérdés, az is igazolja, hogy a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (IAEA) az októberben tartott Nemzetközi Fúziós Energia Konferencián bejelentette: új kezdeményezést indít a fúziós energiával kapcsolatos együttműködés fokozására. Megalakult a Fúziós Energia Világcsoport, amelynek célja, hogy „nemcsak a tudósokat és a mérnököket kösse össze a kutatóközpontokban, hanem politikai döntéshozókat, finanszírozókat, szabályozó hatóságokat és magánvállalatokat is”.

Haladunk, de még mindig messze a fúziós elektromosság

Az elmúlt években jelentős előrelépések történtek a fúziós energia terén:

• 2021 májusában a brit MAST-U bemutatta a Super-X divertor néven ismert innovatív hőelvezető rendszer hatékonyságát, amely lehetővé teszi a divertor hőáramának körülbelül tízszeres csökkenését.
• 2021 nyarán az amerikai National Ignition Facility (NIF) kutatói először érték el laboratóriumi körülmények között azt, hogy fúziós kísérlet során több energiát nyerjenek ki a folyamatból, mint amennyit beletettek, vagyis pozitív legyen a folyamat energiamérlege.
• 2021 szeptemberében a Massachusetts Műszaki Intézet (MIT) Plazmatudományi és Fúziós Központja és a Commonwealth Fusion Systems (CFS) bejelentette, hogy sikeresen demonstráltak 20 teslás mágneses teret a szupravezető mágnesükben.
• 2021 decemberében jelentős rekordot sikerült elérni a brit JET fúziós laboratóriumban: fenntartható, hosszú távú fúzióban 59 megajoule fúziós energiát szabadítottak fel a kutatók, ráadásul olyan tokamakban és olyan üzemanyaggal, amelyet az épülő ITER kísérleti fúziós reaktor is használni fog. (A tokamak a fúziós reaktorok legelterjedtebb típusa: olyan berendezés, amely a magas hőmérsékletű plazmát egy elektromágnes által létrehozott, lyukasfánk-alakú mágneses mezőben képes tárolni).
• 2021 decemberében a kínai kísérleti fejlett szupravezető tokamak (EAST) a leghosszabb állandó állapotú, magas hőmérsékletű plazmaműködést érte el (1056 másodperc vagy 17,6 perc), azaz hosszú impulzusú, nagy teljesítményű működést prezentált ITER-szerű konfigurációval és fűtési rendszerekkel.
• 2023-ban a német Wendelstein 7-X, a világ legfejlettebb sztellarátora (a tokamak mellett ez a másik elterjedt reaktortípus) új rekordot ért el: 8 percig tartó plazmakisülést produkált, amely 1,3 gigajoule energiaforgalmat eredményezett, ezzel demonstrálva, hogy képes folyamatosan nagy mennyiségű energiát létrehozni a plazmában, és egyúttal kontrolláltan eltávolítani a keletkező hőt.

„Még mindig rengeteg innovációra van szükségünk ahhoz, hogy elérjük a fúziós elektromosságot. De szükségünk van a fúzióra az évszázad közepére. Ez nem kérdés”

– mondta Steven Cowley, a Princeton Plazmafizikai Laboratóriumának igazgatója.

Cowley elmondta, hogy az Egyesült Államoknak sokáig nem volt terve arra, mikorra szeretnének elektromos áramot is termelni fúzióval, de mostanra belőtték a 2030-as évek végét, a 2040-es évek elejét – már ha ez sem esik a fúziós állandó áldozatául. A szakértő szerint az Egyesült Államokban égető szükség van olyan energiaforrásra, amely nem időjárásfüggő, vagyis ha bekapcsolják, ad áramot, ha lekapcsolják, nem ad.

„Nagyon kevés más lehetőségünk van, mint a fúzió. Szükségünk van arra, hogy az ITER demonstrálja: lehet önfenntartó plazmakisülést létrehozni, amely jelentősebb ideig fennmarad”

– mondta.

Az ITER, vagyis a Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor a hálózatra nem fog termelni, a feladata az, hogy bemutassa: lehetséges az önfenntartó plazmából több energiát kinyerni, mint amennyit a folyamatba beletesznek. A létesítmény nem áll túl jól, nemrég mi is írtunk róla, hogy milliárdokkal drágulhat, és éveket csúszhat az eredeti tervekhez képest, amelyeket 2024 közepén fognak újrafogalmazni. Pietro Barabaschi, az ITER igazgatója elmondta: a vákuumtartállyal és a körülötte lévő mágnes közötti fémlemezzel, a hőpajzzsal van probléma, a hűtőcsöveknél nagyjából egy éve korróziót fedeztek fel, és szeptemberben döntöttek arról, hogy teljesen ki kell őket cserélni.

„A stressz hatására a csövek elhasználódtak, és hélium szivárgott belőlük. Úgy döntöttünk, hogy emiatt az egész rendszert kicseréljük, mert nem akarjuk, hogy tíz év múlva tönkremenjen az egész” – mondta az előadásában. Kiemelte, hogy az ITER nyílt lapokkal játszik, ha valami elromlik, azt jelentik és megosztják a szakmán belül is, hogy a többiek tanulhassanak belőle.

Egyelőre nem verseny van, hanem együttműködés

Valóban úgy tűnik egyébként, hogy egyelőre az a fő cél, hogy a technológia működjön, méghozzá úgy, hogy meg is érje működtetni – ezt mindegyik megszólaló hangsúlyozta, és azt is, hogy megosztják egymással a jó megoldásokat és a hibákat is. Hanada Masaja, a Naka Fúziós Intézet igazgatója is felhívta a figyelmet: a problémákat széles körben megbeszélik, hogy ne kövessék el őket mások is. A japánoknak is kijárt a meghibásodásból bőven: a JT-60SA tokamakot 2020 áprilisában helyezték üzembe az intézetben, de a működést meg kellett szakítani, mert az egyik mágnestekercs megszakadt az elégtelen feszültségszigetelés miatt. Végül idén sikerült elérni az első plazmát, vagyis a tényleges bekapcsolást, de a berendezés három évig állt a meghibásodás miatt.

„Egyelőre nem tudjuk, hogy képesek vagyunk-e hosszan tartó plazmakisülést létrehozni, amely nem perceket, hanem órákat, napokat jelent. Azt viszont tudjuk, hogy képesek vagyunk megteremteni hozzá a körülményeket” – mondta Cowley.

Ő és kutatóintézete számítógépes modellezést használ arra, hogy minél hatékonyabbá, kisebbé és olcsóbbá tegye a fúziós berendezéseket. „Az elmúlt húsz évben különböző számítógépes modellek készültek arra, hogy mi fog végbemenni egy berendezés belsejében, aztán a valóság ezeket nem igazolta” – mondta. „Most viszont már sokkal jobb a technológia, képesek vagyunk elég pontosan előre jósolni, mi fog történni a plazmával.” Ehhez ma már mesterséges intelligenciát is használnak, amely az elmúlt néhány évet leszámítva nem állt a rendelkezésükre. Cowley szerint a cél az, hogy lejjebb vigyék a fúzió árát.

Barabaschi szerint azonban a modellezésnek nem ez a fő feladata, ő sokkal inkább abban látja az ígéretet, hogy így derüljön ki, hogyan lehet több pénzt kinyerni a technológiából, mint amennyit beletesznek. Ennek érdekében az ilyen háromdimenziós, mesterséges intelligenciát használó modellek a berendezések komplexitását tudják majd csökkenteni. „Ezek az eszközök sokkal egyszerűbbek lesznek majd, mint az ITER” – mondta.

Azon túl, hogy a technológia egyelőre bonyolult, drága, és még nem sikerült a fúziót elég hosszan fenntartani ahhoz, hogy gazdaságos legyen, a munkaerőhiány is hátráltatja a fúziós energia előretörését. Pietro Barabaschi a Telexnek azt mondta nincsen elég szakember: „Kellenek az új emberek a szakmába, ráadásul nagyon sokan nyugdíjba mennek a régi szakértők közül. Fel kell keltenünk a fiatalok érdeklődését, képeznünk kell őket ahhoz, hogy ez tényleg hosszú távú projekt lehessen. Felvetettem a kérdést a Nemzetközi Fúziós Energia Konferencián is mint megoldandó problémát, hogy ezzel is komolyan foglalkozni kell.”

Egyelőre úgy tűnik, hogy a szektorban legalább pénz van, legalábbis az IAEA becslése szerint az idei évben 6,2 milliárd dollárnyi befektetés ömlött a fúziós technológiákba. Világszerte nagyjából száz vállalat foglalkozik a privát szektorban is egy új zöld energiaforrás kidolgozásával. Bill Gates alapítványa és Soros György is támogat ezzel foglalkozó cégeket.

„Lassan úgy tűnik, hogy az ember nem is jól menő milliárdos akkor, ha nem ad pénzt legalább az űrszektorba és a fúziós energiába”

– mondta Zohm.

Ő egyébként a sztellarátor nagy rajongója a tokamakkal szemben, a Max Planck Intézetben is ilyet működtet. „Két oka van annak, hogy a legtöbb kísérlet nem ezzel, hanem a fánkalakú tokamakkal indult el” – mondta a Telexnek. „Egyrészt ahhoz, hogy a mágneses mezőt benne optimalizálni lehessen, külső tekercsekre van szükség, ezeknek a térbeli elhelyezkedését nagyon pontosan kell meghatározni, ami a kezdeti időkben nem volt lehetséges. Ilyenkor az emberek még papírral és ceruzával dolgoztak, és csak két dimenzióban rajzolták az objektumokat. Csak tíz-húsz évvel ezelőtt tudtuk először rendesen lemodellezni a sztellarátort. A tokamakot a hatvanas-hetvenes években sokkal könnyebb volt megcsinálni, ezért kezdett el mindenki ilyet építeni.”

Nem lehet a nukleáris szabályozások farvizén evezni

A fúziós berendezések építésére és üzemeltetésére a legtöbb országban a nukleáris berendezésekre vonatkozó szabályozások vannak érvényben, így igaz ez az ITER-nél is: a Francia Nukleáris Biztonsági Hatóság (ASN) előírásainak kell megfelelnie.

Ez azonban elég kezdetleges megoldás, hiszen a fúziós reaktoroknak sok szempontból mások a biztonsági kockázataik, így egy az egyben nem lehet áthúzni rájuk az atomreaktorok szabályozását. Vannak olyan tényezők is, amelyek az atomreaktoroknál problémát okoznak, a fúziónál pedig nincsenek jelen: ilyen a sugárzásveszély és a nukleáris hulladék kérdése.

„Az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság ebben egy kicsit előrébb jár, náluk az úgynevezett gyorsítókra vonatkozó szabályozások érvényesek a fúzióra is” – mondta Zohm. „Ennek is van sugárzásra és nukleáris anyagokra vonatkozó aspektusa, de mégis más, mint a maghasadás. Ugyanezt próbáljuk most Európában is bevezetni. Szükség van szabályozásra, és most van rá szükség, nem később.”

Ugyanezt hangsúlyozta Piergiorgio Sonato is, aki az olasz RFX Konzorcium elnöke: „A fúzió nem menekülhet a szabályozás alól, ha már elektromosságot is termel majd. Ebben az ITER-nek szintén nagyon fontos szerepe lesz. És ezt nem lehet elhamarkodni, nem lehet néhány év alatt kidolgozni. Hosszú időre lesz szükség, és minden érintett félnek részt kell vennie benne.”