Szintet lép a fúziós erőmű: kristálytiszta, hatékony és kizárja egy következő Csernobil esélyét
Egy rekordgyorsasággal felépült fúziós reaktornak köszönhetően öles lépéssel kerültünk közelebb a hagyományos atomerőműveket idővel szinte biztosan nyugdíjazó energiatermeléshez. Mivel a reakcióhoz szükséges forró plazmát magába záró tokamak-technológia a jelenleg létező egyetlen olyan kontrollálható energiaforrás, ami karbonkibocsátás nélkül termel, nagyon fontos a fejlesztése, pláne úgy, hogy bőségesen rendelkezésre álló, olcsó nyersanyagokkal, például tengervízzel működik.
Rekorddöntő reaktor: Kína új fúziós nagyágyúja
Egy kínai startup, az Energy Singularity, azzal a céllal indult 2021-ben, hogy kifejlessze a világ első nagy hőmérsékletű szupravezető tokamakját, ami a jövő fúziós erőműveinek kulcsfontosságú eleme lehet. A cég az eddigi eredményeire alapozva 500 millió dolláros befektetést szeretne bevonni a technológiája továbbfejlesztésére, és nem titkolt célja a fúziós energiatermelés költségeinek drasztikus csökkentése – számolt be az Interesting Engineering.
Az Energy Singularity neve először 2023 júniusában került a címlapokra, amikor a vállalat bejelentette, hogy legújabb eszközével, a „HH70” névre keresztelt fúziós reaktorral sikerült előállítania az első plazmát. Ez azért is jelentős mérföldkő, mert a világ leggyorsabban megépített szupravezető tokamakjáról van szó: kevesebb mint két év alatt tervezték meg és állították össze, ami szokatlanul rövid idő egy ilyen bonyolult technológia esetében. Az HH70 mindemellett kisebb és olcsóbb a korábban bemutatott tokamakoknál, ami szerintük az újgenerációs nagy hőmérsékletű szupravezető mágneseknek, valamint a mesterséges intelligencia által támogatott fejlesztéseknek köszönhető. A startup célja, hogy a technológiát minél előbb elérhetővé tegye kereskedelmi felhasználásra, és közelebb hozza a fúziós energia gyakorlati megvalósulását.
Miért fontos a fúziós energia?
A fúziós erőmű az energiaipar Szent Grálja lehet. Amíg a jelenlegi nukleáris erőművek, mint amilyen a Paks I. és a tervezett Paks II., fissziós alapúak (vagyis, konyhanyelven: atommagok hasításával állítanak elő energiát), addig a fúziós reaktorok az atommagok egyesítésével, vagyis magfúzióval működnek. Bár laikus szemmel ez apró különbségnek tűnik, valójában óriási az eltérés és merőben más megoldásokat kíván. Viszont, ha sikerül hatékonnyá tenni, nagyon megéri majd minden beletett fillér, hiszen ez a technológia az univerzum energiatermelésének egyik alapja: minden csillag, köztük a Nap is ilyen fúziós reakciók révén bocsát ki energiát. Innen a sok szalagcímben e technológia kapcsán előkerülő „felkapcsolták a Napot” kifejezés. Tényleg valami ilyesmiről van szó: még a központi, éltető csillagunknál is magasabb hőmérsékletet lehet vele előállítani, ami szinte végtelen energiával kecsegtet. De számos további előnye is van a hagyományos energiaforrásokkal szemben: nem bocsát ki például szén-dioxidot vagy egyéb üvegházhatású gázt. A mellékterméke kizárólag hélium, ami ártalmatlan a környezetre, ráadásul a működése során nem keletkezik radioaktív hulladék, és nem hordozza olyan nukleáris katasztrófák kockázatát sem, mint amilyenek Csernobilben vagy Fukusimában, fissziós erőművekkel történtek.
A fúziós energia létrehozásához rendkívül magas hőmérsékletre van szükség, és ezt csak speciális eszközök, ún. tokamakok képesek biztosítani. A tokamak egy fánk alakú eszköz, ami mágneses mezők segítségével tartja meg a szuperforró plazmát, hogy abban a magfúzió rendesen végbe menjen és az atommagok egyesítésével hatalmas mennyiségű energia szabaduljon fel.
Az Energy Singularity tokamakjaiban különleges REBCO (ritkaföldfém-bárium-réz-oxid) alapú szupravezető anyagokat használnak. Ezek azért előnyösek, mert alacsonyabb költséggel szerezhetők be, ráadásul a tokamakok méretét és költségeit is jelentősen csökkentik. A cég állítása szerint a náluk működő reaktorok térfogata csupán a két százaléka annak, amekkorák a korábban bejelentett hasonló eszközök, mégis legalább annyira hatékonyak.
Kína előretörése a fúziós energiában
Az Energy Singularity nem titkoltan az MIT és annak spin-off vállalkozása, a Commonwealth Fusion Systems (CFS) eredményeiből inspirálódott. Az amerikai cég egyik alapítója, Ye Yuming szerint az Egyesült Államok előnyösebb finanszírozási környezetben működik, de az Energy Singularity Kína erős ellátási láncaira épít – különösen a fúziós technológiához szükséges anyagok, például a szupravezetők terén, ezért határozottan van keresnivalója a piacon.
A cég első, HH70 nevű eszközéhez szükséges anyagok 95 százaléka hazai forrásból származik, ami jól mutatja Kína hosszú távú előnyeit a nukleáris technológia terén. A vállalat eddig kb. 110 millió dolláros befektetést gyűjtött a fejlesztésekhez – ezt akarják megfejelni tehát további 500 millió dollárral, hogy a HH170 2027-re üzembe álljon és villamosenergiát szolgáltasson.
Új korszak kapujában – Európában is
A fúziós energia világa hamarosan valósággá válhat, és Kína az Energy Singularity révén jelentős szerepet játszhat a technológiai forradalomban. Ahogy az energiaigények világszerte nőnek és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése egyre sürgetőbbé válik, a fúziós energia lehet az a megoldás, ami fenntartható és tiszta jövőt biztosít az emberiség számára. Rájött erre Európa is, így nyilván dolgozik a maga fúziós megoldásán, szintén jelentős eredményekkel.
Az Egyesült Királyság Atomenergia Hatósága által támogatott Joint European Torus (JET) a világ talán legfejlettebb tokamakja, amivel az utóbbi időben szintén jelentős tudományos eredményeket értek el. Az Oxfordshire megyei Culham Centre for Fusion Energy létesítményben zajló projekt mostanra stabil deutérium-trícium plazmákat hoz létre, ami meghatározó lehet a jövő fúziós reaktorainak tervezésében. Az új kísérletek olyan integrált megoldást vázoltak fel a jövő tokamak reaktoraihoz, amivel jelentősen javítható az energia megtartása.
A Nature-ben részletesen bemutatott kutatás célja az, hogy megbízható adatokat szolgáltasson a fúziós plazmák jellemzőiről, különösen a deutérium és trícium kombinációjáról, ami jobb energia-visszatartást biztosít. A kísérletek során kiderült, hogy különösen az elektronok esetében az energia-veszteségek alacsonyak, így a plazma hőmérséklete akár 110 millió kelvin lehet. Összehasonlításképpen: a Nap magjának hőmérséklete „csak” 15-16 millió kelvin. És itt még csupán a világ egyik tokamakjáról beszélünk, az épülő vagy jelenleg kísérleti stádiumban lévő több tucatból.
A JET kísérletei igazolták, hogy a tokamak reaktorok gazdaságosabb és egyszerűbb tervezése tényleg elérhetővé válhat. Bár még további kutatások szükségesek a nagyobb sűrűségű és teljesítményű plazmák kompatibilitásának vizsgálatához, a mostani eredmények biztató jövőt vetítenek előre a tiszta energiaforrás számára. Az európai JET az egyetlen olyan kísérlet a világon, ami képes deutérium-trícium üzemanyag-keverékkel működni, és ez bizony a jövő kereskedelmi fúziós erőműveinek alapja lehet.
A világ már ráugrott: öntik a pénzt a fúziós technológiába
Bár az Energy Singularity 110 millió dolláros – és remélt további 500 milliós – befektetése nagyon nagy összeg, a világ többi, fúziós energiában érdekelt szereplője ennek már a többszörösét hajtotta fel a technológia fejlesztésére és piacra vezetésére.
A TechCrunch gyűjtése alapján a fentebb írt, 2021-ben alapított CFS kapásból 1,8 milliárd dolláros tőkeemeléssel robbant be az energiapiacra és azóta is dolgozik Massachusetts-ben a kísérleti Sparc erőmű megépítésén, illetve a már kereskedelmi forgalomba szánt Arc reaktoron.
A 2002-ben életre hívott General Fusion más megközelítést alkalmaz. Az ún. magnetizált célfúziós reaktoruk folyékony fémfallal körülvett kamrában működik: a plazmát magba zárják, majd dugattyúk segítségével préselik össze, így beindítva a fúziós reakciót. A cég 2026-ra várja, hogy eléri a tudományos egyensúlyt – aminek megteremtésére eddig több mint 440 millió dollárt kalapoztak össze.
Az 1998-ban alapított TAE ugyancsak eltérő fúziós megoldása azzal termelne villamosenergiát, hogy részecskesugarakkal bombázza a plazmát, ami szivar alakban forogva stabilizálódik, így több idő marad a fúzió bekövetkezésére és nagyobb mennyiségű hő kinyerésére – amivel aztán turbinákat hajtanak meg. Az ötletre eddig 1,32 milliárd dollárt sem sajnáltak olyan befektetők, mint Venrock, a Chevron Technology Ventures vagy a Google-t kiadó Alphabet.
Az agresszív ütemtervet követő Helion célja, hogy 2028-ban már fúziós villamosenergiát termeljen, első ügyfelének, a Microsoftnak. A 607 millió dollárt összeadó befektetői között nem csak az IT óriás jelent meg, hanem többek között a ChatGPT igazgatója, Sam Altman is.
Szintén nagy nevek álltak be a Zap Energy mögé, ami különböző plazmabefogási módszerekkel próbálja megvalósítani a fúziós energiatermelést. Komolyan hisz a megoldásukban Bill Gates, aki angyalbefektetőként vesz részt a projekt megvalósításában.
