Може ли ядреният синтез да бъде част от отговора за справяне с климатичната криза?

Ако всичко върви по план, САЩ ще премахнат всички емисии на парникови газове от своя електроенергиен сектор до 2035 г. - амбициозна цел, поставена от новоизбрания президент Джо Байдън, разчитаща до голяма степен на рязко увеличение на производството на вятърна и слънчева енергия. Този план може скоро да получи тласък от ядрения синтез, мощна технология, която доскоро изглеждаше далеч извън обсега, коментира The Guardian.

Изследователи, разработващи реактор за ядрен синтез, който може да генерира повече енергия, отколкото консумира, показаха в поредица от статии, че техният дизайн трябва да работи, възстановявайки оптимизма, че този чист, неограничен източник на енергия ще помогне за смекчаване на климатичната криза.

Докато новият реактор все още остава в началото на разработките си, учените се надяват, че инсталацията ще може да започне да произвежда електричество до края на десетилетието. Мартин Гринуолд, един от старшите учени на проекта, каза, че ключова мотивация за амбициозния график е да се отговори на енергийните изисквания в затоплящия се свят.

„Ядреният синтенз изглежда като едно от възможните решения да се измъкнем от предстоящото климатично бедствие“, каза той. Ядреният синтез, физическият процес, който задвижва и нашето Слънце, се случва, когато атомите се сливат заедно при изключително високи температури и налягане, което ги кара да отделят огромно количество енергия, като се сливат в по-тежки атоми. Откакто беше открит за първи път през миналия век, учените се стремят да използват синтеза, изключително плътна форма на енергия, чието гориво - водородните изотопи - е в изобилие и лесно могат да се възстановяват.

Освен това синтезът не произвежда парникови газове или въглеродни емисии и за разлика от настоящите ядрените реактори за делене не носи риск от стопяване на ядрото и радиационно замърсяване. Използването на тази форма на ядрена енергия обаче се оказа изключително трудно, което изисква нагряване на супа от субатомни частици, наречена плазма, до стотици милиони градуси - твърде горещо, за да може да издържи всеки контейнер за материали.

За да заобиколят това, учените разработиха камера с форма на поничка със силно магнитно поле, минаващо през нея, наречена токамак, която задържа плазмата на място. Учените от MIT и компанията Commonwealth Fusion Systems започнаха проектирането на новия реактор, който е по-компактен от предшествениците си, в началото на 2018 г. като ще започне строителството през първата половина на тази година.

Ако сроковете се спазят и работата върви по план, реакторът, наречен Sparc, ще може да произвежда електричество за мрежата до 2030 г., според изследователи и служители на компанията. Това би било много по-бързо от съществуващите големи инициативи за реактори на термоядрена енергия.

Съществуващите конструкции на реактори са твърде големи и скъпи, за да генерират реално електроенергия за потребителите. Чрез използването на свръхмощни, модерни и свръхсилни магнити екипът от MIT и Commonwealth Fusion се надява да направи реактор токамак, който е компактен, ефективен и бързо да се развие до търговска експлоатация.

„Това, което наистина сме направили, е да комбинираме съществуваща наука с нови материали, за да отворим поле от нови възможности“, каза Гринуолд. След като демонстрираха, че устройството Sparc теоретично може да произвежда повече енергия, отколкото е необходимо, за да работи, от различни изследователски статии става ясно, че следващата стъпка включва изграждането на реактора, последвано от пилотна централа, която ще генерира електричество за производство към електрическата мрежа.

Учените и предприемачите отдавна обещават, че ядреният синтез е наблизо, но само за да се сблъскат с непреодолими проблеми. Това създаде нежелание инвеститорите да не се интересуват от него, особено след като вятърните, слънчевите и други възобновяеми източници - макар и по-малко мощни от термоядрения синтез - станаха по-ефективни и рентабилни.

Но вълната на технологиите се променя. В плана на Байдън за 2 трлн. Долара той посочи модерни ядрени технологии като част от стратегията за декарбонизация, първият път, когато демократите одобряват ядрената енергия от 1972 г. насам. Съществуват и значителни инвестиции от частни източници, включително някои големи петролни и газови компании, които виждат термоядрения синтез като по-добър дългосрочен проект спрямо вятъра и слънчевата енергия.

Според Боб Мумгаард, главен изпълнителен директор на Commonwealth Fusion, целта не е да се използва синтез, който да замести слънчевите и вятърните, а да ги допълни. „Има неща, които ще бъде трудно да се направят само с възобновяеми енергийни източници - например неща в индустриален мащаб, като захранване на големи градове или производство“, каза той. „Тук може да влезе в употреба студения ядрен синтез.“

Общността, привърженик на ядрения синтез е ентусиазирана от напредъка на Sparc, въпреки че някои поставят под въпрос амбициозния график, предвид инженерните и регулаторните пречки.

Даниел Ясби, който е работил като изследовател в лабораторията по физика на плазмата в Принстън в продължение на 25 години, е скептичен относно това дали термоядрен реактор като SPARC някога ще осигури възможен алтернативен източник на енергия, който да е икономически целесъобразен. Тритий, един от водородните изотопи, който ще се използва като гориво от Sparc, не се среща естествено в природата и ще трябва да бъде произведен, каза той.

Екипът от MIT предлага това вещество да се регенерира непрекъснато от самата реакция на сливане. Но Ясби вярва, че това ще изисква огромно количество електроенергия, което ще направи реактора прекалено скъп. „Когато смятате, че получаваме слънчева и вятърна енергия безплатно, би било глупаво да разчитаме на реакция на синтез“, каза той.

Мумгаард признава, че предизвикателствата, които предстоят, са плашещи. Но той остава уверен в проекта. „Има по-широка тенденция да се признае колко важен е климатът и че имаме нужда от всички опции, които да са ни под ръка“, смята той. „Влязохме в този проблем с технологиите, но чрез синтеза се създават големи възможности, които можем да решим чрез технологията.“