Nová cesta k čisté energii

Aneb jak u zrodu nové výroby energie na principu termojaderné fúze, kdy dochází ke sloučení atomových jader, stál maličký mořský tvor.

Ve svém úvodníku Shoda, ale na čem (Neviditelný pes, pondělí 21. listopadu 2022), kde se zamýšlí nad výsledky klimatické konference v egyptském Šarm aš-Šajchu, mimo jiné Ondřej Neff píše: „Dnes je zbytečné plakat nad tím, že z čistě ideologických důvodů, věcně neopodstatnitel­ných, se paralyzoval vývoj nukleární energetiky a koncept termonukleární řízené reakce se odsunul do říše sci-fi. Je to promarněných čtyřicet let, výsledek je hanebná závislost na zlo­čineckých zemích, jako je Rusko a Střední východ. Jediné řešení tedy je masivně investovat do rozvoje skutečně bezemisních zdrojů energie se speciálním zaměřením na modulární reaktory.“

Pod „termonukleární řízenou reakcí“, o které v pondělním úvodníku šéfredaktor Neviditelného psa hovoří, jistě i on rozumí termojadernou fúzi, tedy proces, při kterém dochází ke sloučení atomových jader za pomoci vysoké teploty a tlaku, kdy se uvolní ohromné ??množství energie. K tomuto procesu dochází i ve Slunci, a to (zjednodušeně řečeno) při slučování jader vodíku do jader hélia. Vodíkové palivo se tu mění na energii, která uniká z povrchu Slunce jako elektromagnetické záření, námi na Zemi vnímané jako teplo a světlo, z něhož fotovoltaickými články dokážeme na elektrický proud přeměnit zhruba jeho desetinu, což je žalostně málo. A tak se nejrůznější vědecké týmy (už celá desetiletí) zabývají myšlenkou uskutečnit řízené termojaderné slučování v pozemských podmínkách, kdy by plný potenciál termojaderné fúze mohl být využit pro výrobu energie ve fúzních elektrárnách.

Také společnost First Light Fusion, která vznikla v roce 2011 na Oxfordské univerzitě, kde se začala zabývat naléhavou potřebou dekarbonizace globálního energetického systému, se snaží vytvořit extrémní teploty a tlaky potřebné pro fúzi, a to stlačením terče pomocí hyperrychlostního projektilu. Její přístup k fúzní energii, která je čistá a bezpečná, prakticky neomezená, má potenciál transformovat světový energetický systém. Jelikož tu nejde o štěpení atomových jader, ale o jejich spojování, tedy jadernou syntézu či fúzi, žádný radioaktivní odpad s dlouhou životností (na rozdíl od našich jaderných elektráren) ve fúzní  elektrárně nevznikne. A nejrůznější aktivisté, volající po ukončení činnosti a zákazu výstavby dalších atomových elektráren, se tu nového Černobylu bát nemusí. 

Poněkud překvapivým se jeví fakt, že projektilový přístup tohoto britského týmu byl inspirován malou krevetou Alpheus formosus, patřící mezi zástupce skupiny garnátovitých, v angličtině si vyslouživší přezdívku pistol shrimp (pistolová kreveta či pistolník). Ta obývá tropická moře, kde dokáže vydávat zvuky o intenzitě až 200 dB, vysoko překračující lidský práh bolesti. Naštěstí žijí tito členovci hluboko pod hladinou a náš sluch neohrožují. Efektivní akustický aparát pistolové krevety představuje zvětšené klepeto, kterým zvládne „vystřelit“ bublinu v proudu vody rychlostí kolem 100 km/h. Šoková vlna vzniklé bubliny je tak intenzivní, že může na vzdálenost až dvoumetrovou zabít či omráčit živé tvory, ať už jde o jiné krevety, nebo o menší rybky.

Většina dnešních fúzních projektů řídí a stabilizuje horkou plazmu (potřebnou k tomu, aby reakce proběhla) v kruhovém reaktoru, nazývaném tokamak, kdy spoléhají na lasery a neuvěřitelně silné magnety. Oproti tomu britská First Light Fusion dosáhla jaderné fúze i bez laserů a silných magnetů. Pomocí railgunu (dvoustupňové hyperrychlostní dělo) vystřelí projektil směrem k padajícímu terči nesoucímu palivové pelety hypersonickou rychlostí, což umožňuje generovat specificky načasované kolabující rázové vlny, které na okamžik vytvoří tlakové úrovně zhruba miliardkrát vyšší, než je atmosférický tlak vzduchu na hladině moře. Tyto vysoké tlakové úrovně lze využít k tomu, aby pelety deuteriového paliva implodovaly dostatečně vysokou rychlostí, čímž překonají síly jaderného odpuzování a nastartují fúzní reakce. Projektilová fúze tak představuje nový přístup k inerciální fúzi (uskutečněné za pomoci setrvačnosti), který je jednodušší, energeticky účinnější a má nižší fyzikální riziko. Jinak řečeno, průlomu v energetice tu bylo dosaženo rychleji a levněji než tradičními přístupy.

Nezávislé měření britského Úřadu pro atomovou energii (UKAEA) už potvrdilo, že v zařízení společnosti First Light Fusion skutečně dochází ke slučování atomových jader, při kterém se uvolňuje energie. A jak uvádí britský tisk, flexibilní základní segment poskytuje energii bez oxidu uhličitého i tehdy, když není k dispozici vítr a sluneční svit. Přičemž se ukazuje, že aktuální výkon může pružně zvyšovat a snižovat mnohem svižněji než atomový reaktor, založený na štěpení jader. K tomu pak ministr obchodu a energetiky Kwasi Kwarteng poznamenal: „Britská technologie First Light Fusion by mohla v nadcházejících desetiletích potenciálně způsobit revoluci ve výrobě energie. To je důvod, proč tato vláda investuje do britské vědy a inovací a zajišťuje, že zůstaneme v čele celosvětového vědeckého úsilí o to, aby se bezpečná, čistá a neomezená energie z jaderné syntézy stala realitou.“

V plánovaných elektrárnách by se mělo při fúzi v terčích každých několik sekund opakovaně uvolnit zhruba 1000 MWh tepelné energie, ze které by se dalo vyrobit 300–350 MW elektřiny. Přičemž tu nejde jen o hypotézy, ale celý tým již pracuje na pilotní elektrárně, kterou hodlá spustit ve 30. letech našeho století. Nespornou výhodu zde představuje řešení, při kterém až na samotný proces fúze by všechny další části elektrárny měla tvořit známá a již osvědčená technologie. A First Light Fusion již spolupracuje s investiční bankou UBS na prozkoumání strategických možností pro další fázi jejího vědeckého a komerčního rozvoje. Kdy za vysokou důvěryhodnost celého projektu společnost vděčí poradnímu sboru, do kterého se jí podařilo začlenit nositele Nobelovy ceny Stevena Chu, Richarda L. Garwina (spolupracoval s Enricem Fermim), Stevena Rose, vedoucího katedry fyziky plazmatu na Imperial College, ale i bývalého vědeckého poradce britské vlády Sira Davida Kinga, který prohlásil, že je "velmi nadšen, když se může připojit k podnikání pracujícímu na skutečně vzrušující inovaci, která by mohla změnit světový energetický systém."

Mnohé tak nasvědčuje tomu, že vědecký tým z Oxfordu našel životaschopnou cestu ke skutečně bezemisnímu zdroji energie. Přičemž surovin potřebných pro projektilovou fúzi má být k dispozici dostatek. A jak korelační analýza ukazuje, jejich fúzní elektrárny by z hlediska nákladů mohly konkurovat stávajícím obnovitelným zdrojům. Tím by pak projektilová fúze patřila mezi nákladově nejpřijatelnější zdroje čisté energie.      

P.s.

Fúzní reaktor společnosti First Light Fusion může produkovat dodatečné tritium:

https://oenergetice.cz/jaderne-elektrarny/fuzni-reaktor-spolecnosti-first-light-fusion-muze-produkovat-dodatecne-tritium