Pentru prima dată în istorie, oamenii de știință americani de la National Ignition Facility din cadrul Lawrence Livermore National Laboratory din California au reușit să producă cu succes o reacție de fuziune nucleară care a dus la un câștig net de energie, a confirmat pentru CNN o sursă familiarizată cu proiectul.
Iată ce trebuie să știți despre această nouă formă de energie nucleară care ar putea, în cele din urmă, să vă aprindă lumina și să contribuie la eliminarea dependenței de combustibilii fosili.
Fuziunea nucleară este un proces creat de om care reproduce aceeași energie care alimentează soarele. Fuziunea nucleară are loc atunci când doi sau mai mulți atomi sunt fuzionați într-unul mai mare, un proces care generează o cantitate masivă de energie sub formă de căldură.
Ce este fuziunea nucleară și de ce este importantă?
Oamenii de știință din întreaga lume studiază de zeci de ani fuziunea nucleară, sperând să recreeze o nouă sursă care să furnizeze energie nelimitată, fără emisii de dioxid de carbon – fără deșeurile nucleare create de reactoarele nucleare actuale. Proiectele de fuziune utilizează în principal elementele deuteriu și tritiu – ambii fiind izotopi ai hidrogenului.
Deuteriul dintr-un pahar de apă, la care se adaugă puțin tritiu, ar putea alimenta o casă timp de un an. Tritiul este mai rar și mai dificil de obținut, deși poate fi obținut pe cale sintetică.
„Spre deosebire de cărbune, aveți nevoie doar de o cantitate mică de hidrogen, iar acesta este cel mai abundent lucru care se găsește în univers”, a declarat pentru CNN Julio Friedmann, cercetător șef la Carbon Direct și fost tehnolog șef în domeniul energiei la Lawrence Livermore. „Hidrogenul se găsește în apă, așa că materialul care generează această energie este extrem de nelimitat și este curat”.
Prin ce se deosebește fuziunea de fisiunea nucleară?
Când oamenii se gândesc la energia nucleară, le pot veni în minte turnurile de răcire și norii ciupercă. Dar fuziunea este complet diferită.
În timp ce fuziunea contopește doi sau mai mulți atomi, fisiunea este opusul; este procesul de scindare a unui atom mai mare în doi sau mai mulți atomi mai mici. Fisiunea nucleară este tipul de energie care alimentează reactoarele nucleare din întreaga lume în prezent. La fel ca și fuziunea, căldura creată prin scindarea atomilor este utilizată pentru a genera energie.
Conform Departamentului pentru Energie, energia nucleară este o sursă de energie cu emisii zero. Dar produce deșeuri radioactive volatile care trebuie depozitate în condiții de siguranță și care prezintă riscuri de securitate. Deși rare, de-a lungul istoriei au avut loc fuziuni nucleare, cu rezultate de amploare și mortale, cum ar fi la reactoarele de la Fukushima și Cernobîl.
Fuziunea nucleară nu prezintă aceleași riscuri de siguranță, iar materialele utilizate pentru a o alimenta au un timp de înjumătățire mult mai scurt decât fisiunea.
Cum ar putea energia de fuziune nucleară să aprindă lumina în casa ta?
Există două modalități principale de a genera fuziune nucleară, dar ambele au același rezultat. Fuziunea a doi atomi creează o cantitate imensă de căldură, care deține cheia producerii de energie. Această căldură poate fi folosită pentru a încălzi apa, a crea abur și a porni turbine pentru a genera energie, la fel ca și în cazul fisiunii nucleare.
Marea provocare a exploatării energiei de fuziune constă în susținerea acesteia suficient de mult timp pentru a putea alimenta rețelele electrice și sistemele de încălzire din întreaga lume. Descoperirea reușită din SUA este importantă, dar este totuși la o scară mult mai mică decât cea necesară pentru a genera suficientă energie pentru a face să funcționeze o centrală electrică, dar nu mai vorbim de zeci de mii de centrale electrice.
„Este vorba despre ceea ce este necesar pentru a fierbe 10 fierbători de apă”, a declarat Jeremy Chittenden, co-director al Centrului pentru Studii de Fuziune Inerțială de la Imperial College din Londra. „Pentru a transforma acest lucru într-o centrală electrică, trebuie să obținem un câștig mai mare de energie, trebuie să fie substanțial mai mare.”
De ce este important anunțul viitor al DOE privind o reacție de fuziune care să rezulte într-un câștig net de energie?
Este pentru prima dată când oamenii de știință au reușit să producă cu succes o reacție de fuziune nucleară care să aibă ca rezultat un câștig net de energie, în loc să se ajungă la un echilibru, așa cum s-a întâmplat în experimentele anterioare.
Deși mai sunt mulți pași de parcurs până când acest lucru va fi viabil din punct de vedere comercial, este esențial ca oamenii de știință să demonstreze că pot crea mai multă energie decât cea cu care au început. În caz contrar, nu are prea mult sens să fie dezvoltat.
„Acest lucru este foarte important, deoarece, din punct de vedere energetic, nu poate fi o sursă de energie dacă nu se obține mai multă energie decât se introduce”, a declarat Friedmann pentru CNN. „Progresele anterioare au fost importante, dar nu este același lucru cu generarea de energie care ar putea fi folosită într-o zi la scară mai mare”.
Unde are loc fuziunea?
Mai multe proiecte de fuziune se află în SUA, Marea Britanie și Europa. În Franța se află Reactorul Termonuclear Experimental Internațional, la care colaborează treizeci și cinci de țări, inclusiv membrii principali: China, Statele Unite, Uniunea Europeană, Rusia, India, Japonia și Coreea de Sud.
În SUA, o mare parte a activității se desfășoară la National Ignition Facility din cadrul Lawrence Livermore National Laboratory din California, într-o clădire care se întinde pe o suprafață de trei terenuri de fotbal.
Proiectul National Ignition Facility creează energie din fuziune nucleară prin ceea ce se numește „fuziune termonucleară inerțială”. În practică, oamenii de știință americani lansează pelete care conțin combustibil hidrogen într-o serie de aproape 200 de lasere, creând în esență o serie de explozii repetate extrem de rapide, de 50 de ori pe secundă. Energia colectată din neutronii și particulele alfa este extrasă sub formă de căldură.
În Marea Britanie și în cadrul proiectului ITER din Franța, oamenii de știință lucrează cu mașini uriașe în formă de gogoașă dotate cu magneți giganți, numite tokamak, pentru a încerca să genereze același rezultat. După ce combustibilul este introdus în tokamak, magneții acestuia sunt porniți, iar temperaturile din interior sunt crescute exponențial pentru a crea plasmă.
Plasma trebuie să atingă cel puțin 150 de milioane de grade Celsius, de 10 ori mai fierbinte decât miezul soarelui. Neutronii scapă apoi din plasmă, lovind o „pătură” care căptușește pereții tokamak-ului și transferându-și energia cinetică sub formă de căldură.
Care sunt următorii pași?
Oamenii de știință și experții trebuie acum să descopere cum să producă mult mai multă energie din fuziunea nucleară la o scară mult mai mare. În același timp, ei trebuie să descopere cum să reducă în cele din urmă costul fuziunii nucleare, astfel încât aceasta să poată fi utilizată în scopuri comerciale.
„În prezent, cheltuim o cantitate uriașă de timp și bani pentru fiecare experiment pe care îl facem”, a declarat Chittenden. „Trebuie să reducem costurile cu un factor uriaș”.
Oamenii de știință vor trebui, de asemenea, să recolteze energia produsă prin fuziune și să o transfere în rețeaua electrică sub formă de electricitate. Va dura ani – și posibil decenii – până când fuziunea va putea produce cantități nelimitate de energie curată, iar oamenii de știință se află într-o cursă contra cronometru pentru a lupta împotriva schimbărilor climatice.
„Acest lucru nu va contribui în mod semnificativ la reducerea schimbărilor climatice în următorii 20-30 de ani”, a declarat Friedmann. „Aceasta este diferența dintre a aprinde un chibrit și a construi o turbină cu gaz”.
