Ar branduolių sintezė galėtų pasirodyti laiku, kad išspręstų klimato kaitos problemą?

„Kai Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos Kalifornijoje mokslininkai praėjusią savaitę paskelbė, kad jie pasiekė pirmąją kontroliuojamą branduolių sintezės reakciją, kad pagamintų daugiau energijos, nei reikėjo reakciją pradėti, jie priartino žmoniją prie dešimtmečius trukusios svajonės panaudoti galią iš saulės – ne sugerdama jos spindulius iš 93 milijonų mylių, kaip tai daro saulės baterijos, bet iš tikrųjų uždegdama miniatiūrinę žvaigždę žemėje.

 

Bideno administracija teigė, kad ji siekia komercinę sintezės energiją paversti realybe iki 2032 m., tikėdamasi, kad vis dar spėliojama technologija gali padėti JAV atsipratinti nuo iškastinio kuro ir iki 2050 m. pasiekti nulinį išmetamųjų teršalų kiekį. Aišku, kad tai gali būti padaryta“, – sakė energetikos sekretorė Jennifer Granholm.

 

Tačiau branduolių sintezės istorija ilga ir kupina klaidingų pradų bei vilčių. Ar šis laikas tikrai kitoks ir kokia yra tikimybė, kad ji galėtų atlikti reikšmingą vaidmenį pasaulinėse pastangose sustabdyti klimato kaitą? Štai ką žmonės sako.

 

Sintezės „Šventasis Gralis“.

 

Mokslininkai galvojo apie tai, kaip panaudoti sintezę, nuo tada, kai šis procesas pirmą kartą buvo parodytas praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje. Kaip ir dalijimasis, branduolinė reakcija, kuri varo šiandienines atomines elektrines, sintezė gamina elektrą, tačiau be ilgai išliekančių toksiškų šalutinių produktų ar katastrofiškų avarijų rizikos.

 

     Nors atomų skilimas dalijimosi reaktoriuje gali išsilaikyti savaime, o jei tiksliai nekontroliuojamas, gresia išsilydymas, atomų susiliejimas gali įvykti tik tokiomis sąlygomis, kurias labai sunku išlaikyti; bet koks branduolių sintezės reaktoriaus trikdymas priverstų procesą sustabdyti.

 

     Branduolinės sintezės metu susidaro radioaktyviosios atliekos, kaip. pavyzdžiui, dalijimesi, tačiau jos yra mažiau pavojingos ir gali būti perdirbtos per 100 metų, o ne dešimtis tūkstančių metų dalijimosi atveju, kai reikia jas saugoti giliai po žeme.

 

Be to, sintezė suteikia kelis kartus daugiau energijos pagal svorį, nei dalijimasis ir milijonus kartų daugiau, nei deginant iškastinį kurą: kelių sąvaržėlių vertės reagentai (vandenilio izotopai, gausiausias elementas visatoje) galėtų pagaminti pakankamai energijos žmogui visam gyvenimui.

 

Teoriškai sintezė gali turėti aiškių pranašumų prieš kitus atsinaujinančius energijos šaltinius. Tam reikėtų mažiau žemės, nei saulės ir vėjo jėgainėms, o tai yra dažna priežastis, dėl kurios vietos gyventojai prieštarauja statyboms, ir galėtų tiekti elektrą visą parą be ilgalaikio saugojimo, o tai nepatenka į dabartinių baterijų technologijų galimybes. Ir kaip beveik neribotas energijos šaltinis, šalininkai teigia, kad jis galėtų padėti išspręsti kai kurias aktualiausias žmonijos problemas, nesusijusias su klimato kaita, pavyzdžiui, skurdą (pašalinus pagrindinę kliūtį – prieigos prie švarios, patikimos elektros energijos trūkumą – ekonomikos vystymuisi) ir švaraus vandens trūkumą (suteikiant didžiulį energijos kiekį, reikalingą jūros vandeniui gėlinti).

 

Tačiau norint, kad sintezė įvyktų žemėje, kuras turi būti įkaitintas iki daugiau, nei šimto milijonų laipsnių Celsijaus – karščiau, nei saulės šerdyje – ir tai kelia nepaprastų inžinerinių iššūkių. Vienas reaktoriaus projektavimo metodas, kurį naudoja didžiausias pasaulyje branduolių sintezės objektas, tarptautinis projektas Prancūzijoje, apima plazmos talpinimą su milžiniškais magnetais, pakankamai stipriais, kad pakeltų lėktuvnešį ir atšaldytą beveik iki gilios erdvės temperatūros. Kitas būdas, kurį naudoja Livermore, apima mažos kuro granulės bombardavimą galingiausių pasaulyje lazerių arsenalu.

 

Iki šiol jokiu būdu nebuvo pavykę iš reaktoriaus pagaminti daugiau energijos, nei sunaudojo, o tai ilgą laiką buvo laikoma technologijos koncepcijos įrodymu. „Tai tikras proveržio momentas, kuris yra nepaprastai jaudinantis“, – apie Livermore pasiekimą sakė Jeremy Chittendenas, Londono imperatoriškojo koledžo plazmos fizikos profesorius. „Tai įrodo, kad ilgai siektas tikslas, sintezės „šventasis gralis“, iš tiesų gali būti pasiektas.

 

Komercinė sintezė per dešimtmetį?

 

Kad ir kaip reikšmingas buvo praėjusios savaitės pranešimas, vis dar reikia įveikti didžiules technologines ir ekonomines kliūtis, kol sintezė taptų realiai gyvybinga.

 

Viena vertus, lazeriai, kurie buvo varomi Livermore eksperimento, yra labai neefektyvūs, taigi, nors reakcija pagamino daugiau energijos, nei tiekia lazeriai, ji vis tiek buvo mažesnė už energiją, kurią lazeriams reikėjo paimti iš tinklo, kad veiktų.

 

Kita vertus, granulių dydžio kuro taikinių gamyba kainuoja tūkstančius dolerių. Komercinei branduolių sintezės jėgainei reikėtų kur kas efektyvesnių, greičiau šaudančių, lazerių ir taikinių, kainuojančių tik apie 25 centus.

 

„Šis rezultatas nutolęs nuo faktinio energijos prieaugio, reikalingo elektros gamybai“, – CNN sakė Kembridžo sintezės ekspertas Tony Roulstone. „Galime sakyti (tai) yra mokslo sėkmė, bet toli nuo naudingos energijos tiekimo.

 

Tačiau kai kurie tikisi, kad su pakankamai finansavimu sintezės plėtros tempas gali paspartėti. Aštuntajame dešimtmetyje JAV Energetikos tyrimų ir plėtros administracija numatė, kad komercinis 1990 m. būtų galima įgyvendinti investuojant 9 milijardus dolerių per metus, o metinės 1 milijardo dolerių ar mažesnės investicijos lemtų „sintezė nepasiekiama niekada“. „Ir tai apie tai, kas buvo išleista“, – praėjusiais metais „The New Yorker“ sakė britų fizikas Stevenas Cowley. „Gana arti maksimalios sumos, kurią galėtumėte išleisti, kad niekada ten nepatektumėte.

 

Jei dabar investuotojai supras, kad sintezė žengė šuolį į priekį, nuo fantazijos iki potencialios, labai pelningos realybės, ta sąstingis pagaliau gali nutrūkti. „Laiko juosta priklauso nuo mūsų valios ir visuomenės investicijų kiekio bei žmonių, kurie susijaudina ir nori dirbti su šiais iššūkiais, skaičiaus“, – ARPA patarėjas technologijų ir rinkos klausimais Sam Wurzel. E, pasakė mano kolega Peter Coy. „Jaudulys yra tokio lygio, kokio aš niekada nemačiau“.

 

Tai pasakytina apie Kongresą, kuris neseniai padidino savo finansavimą sintezės tyrimams ir statyboms. Tai pasakytina ir apie investuotojus privačiame sektoriuje, kur dešimtys naujų sintezės įmonių išaugo su 5 milijardų dolerių vertės pagalba iš tokių kaip Billas Gatesas, Jeffas Bezosas ir Peteris Thielis.

 

Dauguma šių įmonių tikisi 2030-aisiais į tinklą tiekti sintezės energiją. „Tam reikės sunkaus darbo ir naujovių, bet tai yra tai, ką mes darome JAV – todėl manau, kad įmanoma pasiekti šį tikslą, o sintezės tyrimų bendruomenė yra pasirengusi pasiraitoti rankoves ir tai įgyvendinti“, – sakė Troy Carteris. , Kalifornijos universiteto Los Andžele plazmos fizikas.

 

Skepticizmo atvejis

 

Tarp fizikų yra senas anekdotas, kad sintezė yra pasiekiama už 50 metų – ir visada bus.

 

Livermoro proveržis šiek tiek sumažina barjerus pasiekti sėkmę, tačiau laboratorijos direktorė Kimberly Budil vis dar mano, kad branduolių sintezės jėgainė yra „turbūt už dešimtmečių“. „Manau, kad ne penki dešimtmečiai, kaip mes sakydavome“, – sakė ji, o „keli dešimtmečiai tyrimų“.

 

Livermore eksperimentas buvo lyginamas su pirmuoju brolių Wrightų skrydžiu, tačiau Charlesui Seife'ui, knygos „Saulė butelyje“ autoriui, tai mažiau „kaip Kitty Hawk akimirka, nei laboratorinis eksperimentas, parodantis, kad oras, tekantis per sparną, gali sukurti jėgą, kad šiek tiek pakelti“, kaip jis rašo „The Atlantic“. „Darbas nesprendžia jokių kitų daugybės mokslinių, techninių ir projektavimo problemų, kurias reikėtų išspręsti, kad galėtume iš tikrųjų pakilti nuo žemės ir teigti, kad sintezės būdu pagaminome daugiau energijos nei sunaudojome.

 

Tuo tarpu, atsižvelgiant į tai, kad dabar skubiai reikia mažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą, daugelis klimato mokslininkų, politikos formuotojų ir aktyvistų teigia, kad turėtume sutelkti dėmesį į jau turimų atsinaujinančios energijos technologijų mastą.

 

„Įsivaizduokite, jei viskas klostysis gerai, pasaulį, kuriame po ketvirčio amžiaus galime nugriauti saulės baterijas ir vėjo turbinas, kurias dabar statome, ir pakeisti jas elegantiškais branduolių sintezės reaktoriais“, – rašo Billas McKibenas „The New Yorker“. . „Jei nepadarysime šio pirmojo perėjimo dabar, tie elegantiški reaktoriai bus dislokuoti, jei iš viso bus, labai nualintoje, net sulūžusioje planetoje.

 

Ir ribotų išteklių pasaulyje per daug tikėjimo ir investicijų į sintezę gali nukentėti pirmasis perėjimas. „Dalis šios nepaprastai brangios technologijos finansavimo pagrindo remiasi prielaida, kad pasaulis nesugebės pakankamai sumažinti anglies dvideginio išmetimo“, – rašo India Bourke dienraštyje „The New Statesman“. „Ruoštis blogiausiam - tai rizikuoti, kad blogiausias taps neišvengiamu."

 

Daugeliui optimalios klimato strategijos reikia agresyviai diegti žmonijos turimas technologijas, tuo pat metu siekiant tų, apie kurias žmonija svajoja – ne arba arba, o visas aukščiau nurodytas. „Investavimas į branduolių sintezę dabar nepalengvins ateinančių kelių spartėjančios klimato krizės dešimtmečių“, – „The Times“ rašo fizikė teorinė Sabine Hossenfelder. „Tačiau po visos žalos, kurią mūsų trumpalaikis mąstymas padarė šiai planetai, galvokime apie 2050 m. ir parodykime savo vaikams, kad mums rūpi“."