ITER: A 21. század forradalmi fúziós energiája

Nyitókép forrása: az ITER hivatalos twitter-oldala/ az épülő tokamak belseje

Napjaink leghatékonyabb energiaerőművei a láncreakción alapuló atomerőművek. Ezeket a környezet és természetbarát víz, szél és egyéb erőművek csak kiegészíteni képesek. De mi lenne, ha feltalálnának valami olyat, ami mérföldekkel hatékonyabb, mint az atomerőmű, mégis sokkal környezetbarátabb, és nem áll fenn a környezeti katasztrófa veszélye?

Nos, kevesen tudták, hogy a dolog már megtörtént, és a megvalósításon jelenleg is dolgoznak:

De mi is az az ITER?

   

Az ITER egy olyan fúziós telep, amelyet még a 80-as években találtak ki, megvalósítása pedig egészen az ezredforduló utánig váratott magára.

Sokak szerint ez egy olyan tudományos projekt, melynél izgalmasabb jelenleg nincs a bolygón és amely forradalmasíthatja a Föld országainak energiaellátását.

Az ITER az első erőmű méretű fúziós kísérlet a világon, és egyben a világ legnagyobb kutatás fejlesztési összefogása. A projektben hét ország vesz részt, köztük az USA, az Európai Unió, Oroszország, Kína, Dél-Kórea, Japán és India. Tehát a Föld népességének több, mint a felét magában foglaló országok összefogtak, annak érdekében, hogy megépítsék ezt a fúziós telepet, mely jelenleg is épül Franciaországban. A projektben egyébként számos magyar mérnök és szakember is részt vesz.

A  tervek szerint 2025-re lesz üzemképes. Ha elkészül, ez lesz az első olyan berendezés, melyből jóval több energia lesz kinyerhető, mint amennyit befektettek. A tervek szerint az ITER 50 megawatt befektetett fűtési energiából 500 megawatt fúziós teljesítményt lesz képes termelni.

De mi is az a fúzió?

A fúzió könnyű atomok egyesítését jelenti, amely mellett hatalmas energia szabadítható fel. Valójában a mi Napunk is egy fúziós reaktor, csak sokkal kisebb hatásfokkal működik, mint amilyenre az ITER lesz képes, ha majd elkészül. A mi Napunk köbméterenként csak kb 1 Watt energiát termel. Hogy a földi élet alapfeltételeit mégis meg tudja teremteni, az a hatalmas méretei miatt van.

A leghatékonyabban megvalósítható fúziós reakció itt a Földön a deutérium-trícium reakció, mert ezek a leghozzáférhetőbb, legelterjedtebb anyagok, amelyek erre alkalmasak.

A deutérium a vízből nyerhető ki, a trícium pedig a lítiumból, mely a Földkéregben is megtalálható, és amely az akkumulátorok alkotórésze.

Az ITER a tervek szerint olyan hatékonysággal fog működni, hogy egyetlen Tesla személygépkocsi akkumulátorának megfelelő lítium-mennyiség fúziója elég lesz egy Szlovákia méretű ország teljes évi energiaellátásához.

Az ITER működése

Az ITER központi reaktorába összesen 23 000 tonna acélt fognak beépíteni. Ez a mennyiség három Eiffel-torony felépítésére lenne elegendő.

A reaktor a tervek szerint az 500 megawatt energiát 6 perc alatt fogja előállítani mindössze fél gramm trícium és deutérium felhasználásával.

Ehhez a fúzióhoz azonban rengeteg „kakaóra” van szükség. A folyamat hozzávetőlegesen 150 millió fokon fog végbe menni. Ezt az irdatlan nagy hőfokot a tervek szerint mikrohullámú fűtéssel fogják elérni.

Az ilyen nagy hőfokra hevített anyagot azonban el kell tudni szigetelni a környezetétől, hiszen semmilyen földi anyag nem képes kibírni ilyen hatalmas hőmérsékletet. Ezt úgy fogják elérni, hogy elektromágneses energia segítségével a központi kamra középpontjában fogják lebegtetni a plazmát, ugyanis a reakció plazma halmazállapotban megy végbe. Erre azért van szükség, hogy a forró anyag ne érintkezzen a reaktor falával, ugyanis a falak ekkora hőtől leolvadnának. Így a kamra falának a közelében a hőmérséklet már csak pár száz Celsius-fok lesz.

A folyamat további része már ugyan úgy működik, mint a szén, vagy az atomerőműveknél. Vagyis az energiával azután vizet forralunk fel, amely meghajtja a turbinát, ami majd ezután energiát termel.

A fúzió energiahatákonyságára jellemző, hogy 100 kg hidrogénből annyi energiát lehet kinyerni, mint 1 milliárd tonna szénből, vagy mint 10 ezer kiló uránból.

A biztonságról

A létesítmény úgy van megalkotva, hogy ha bármi balul ütne ki, akkor a hőmérséklet tovább nem tartható fenn, megfelelő hőmérséklet hiányában pedig leáll a fúzió. Viszont, ha az összes kamrafal megsérülne, leolvadna – amelynek esélye nagyon csekély – akkor is csak mindössze néhány gramm sugárzó anyag tudna kiszabadulni a kamrából. Ez a néhány gramm anyag viszont annyira kis mennyiség, hogy nem jelentene közvetlen veszélyt a környezetre, így még a szomszédos falu lakosságát sem kellene kitelepíteni.

Miért nem halad gyorsabban a projekt?

A létesítményben dolgozó magyar mérnökök véleménye szerint „fájdalom kimondani, de részben igaz”, hogy azért nem halad gyorsabban a projekt, mert a jelenlegi fosszilis energiakészletek (pl. szén, urán) még elég hosszú időre elegendőek. Így a projekt anyagi támogatása nem élvez akkora prioritást. Vagyis mindebből úgy tűnik, hogy a profit megint csak fontosabb, mint környezetünk védelme és az ember tevékenységének hatása a bolygó ökoszisztémájára.

Miért nem tudunk csak a megújuló energiaerőművekre támaszkodni?

Az ITER-ben dolgozó mérnökök elmondják, hogy a szélerőművek használatában például az is problémás, hogy nehéz, alkalmazkodni az időjárás változásaihoz. Ugyanis a szél nem fúj mindig azonos irányban és sebességgel. Ezért például, ha nem fúj a szél, akkor az erőmű nem tud elegendő energiát termelni mondjuk egy település teljes ellátására.

Ezzel szemben viszont hiába a nagyobb szélsebesség, ha az energiát képtelenek vagyunk eltárolni. Illetve az energiatárolás technikailag nem kivitelezhetetlen, viszont ennek komplexitása és költsége olyan magas, hogy célszerűbb akkor inkább az ITER-hez hasonló erőművek megépítése.

Ez természetesen nem azt jelenti, hogy a szélerőműveket el kéne vetni.

Mindent összevetve

Az ITER jelenleg még csak egyetlen fúziós kamrát jelent, de ha majd egyszer a jövőben a technológia kinövi magát, és egy egész erőművet építenek ezzel a módszerrel, akkor az még ennél is sokkal energiahatékonyabb lehet.

Ha figyelembe vesszük, hogy az energiaéhség az, amely a kor emberét nagyon nagy mértében foglalkoztatja, akkor ez a technológia valóban forradalmi újítás lehet. Nevezhetnénk akár energiaforradalomnak is.

Mint láthatjuk, az ilyen jellegű energia sokkal hatékonyabb és környezetkímélőbb, mint az urán, vagy az egyéb fosszilis energiák. Úgy tűnik tehát, hogy az ITER és a mögötte álló technológia lehet a jövő alaperőműve, amit természetesen kiegészíthetnek egyéb, jelenleg is ismert és elterjedt erőművek.

Azonban az ezzel a technológiával működő igazi fúziós erőmű megépítése még csak tervezés alatt van és egyenlőre várat magára. Minden valószínűség szerint ennek kivitelezése és széles körű elterjedése nem fog a mi életünkben megvalósulni, hiszen mindehhez rengeteg kihívással kell még szembe nézni. Azonban könnyen elképzelhető, hogy utódaink energiaellátását idehaza is már ilyen és ehhez hasonló fuziós erőművek biztosíthatják majd.

Végh Tamás