Helion Energy: riadená jadrová fúzia na dosah

ZDROJ | Helion Energy

V časoch, keď sa snažíme zabrzdiť klimatickú zmenu znižovaním emisií oxidu uhličitého a metánu, sa ozývajú (vcelku logické) hlasy, že by sme nemali zatracovať jadrové elektrárne, naopak, považovať ich za zdroje „čistej“ energie. K tomuto stanovisku sa prikláňa aj Slovensko.

Štiepne jadrové reaktory používajúce urán však produkujú rádioaktívny odpad s dlhým polčasom rozpadu a v prípade havárie predstavujú riziko pre životné prostredie. Takýmito neduhmi však nebudú trpieť reaktory (tokamaky a stelarátory) na jadrovú fúziu.

Jadrová fúzia je nukleárna reakcia, pri ktorej sa zlučujú jadrá ľahkých prvkov – napríklad izotopov vodíka (deutéria a trícia), prípadne líthia atď., pričom vzniká atómové jadro ťažšieho prvku (napríklad hélia). Problém je udržať plazmu zohriatu na 100 milión Kelvinov a viac po dostatočne dlhú dobu, aby mala reakcia pozitívnu energetickú bilanciu.

Pozrite siRiadená jadrová fúzia je tvrdý oriešok. Pomôže umelá inteligencia

Vedci sa snažia vytvoriť riadenú jadrovú fúziu už od polovice 20. storočia a v súčasnosti sme bližšie k finále tohto snaženia, než kedykoľvek predtým. Starý vtip jadrových fyzikov hovorí, že ovládnutie jadrovej fúzie je vždy 50 rokov pred nami, ale v 21. storočí už asi prestáva platiť.

Tézu o komerčnej jadrovej fúzii permanentne vzdialenej 50 rokov ilustruje aj tento graf.ZDROJ | Next big future

Nielen preto, že finišuje výstavba ITER, najväčšieho tokamaku na svete, ktorý vzniká v medzinárodnej spolupráci pri francúzskom meste Cadarache. Hlavným dôvodom je skôr to, že jadrovej fúzii sa venuje mnoho krajín, univerzít (napríklad americká MIT), aj súkromných spoločností. A niektoré sú k spusteniu udržateľnej reakcie bližšie, ako megalomanský ITER s rozpočtom minimálne 18 miliárd €.

Veľkou nádejou je americký startup Helion Energy, ktorý získal veľké investície na vybudovanie nového fúzneho reaktora Polaris v Everete, v štáte Washington. Reaktor chcú spustiť už v roku 2024 a ako prví dosiahnuť čistý energetický zisk. To znamená, že reaktor vyprodukuje viac energie, než je potrebné na vyvolanie fúzie a udržanie horúcej plazmy v magnetickom poli.

ITERZDROJ | ITER

Helion Energy získal na prototyp fúzneho reaktora siedmej generácie s názvom Polaris 500 miliónov dolárov a prísľub ďalších 1,7 miliardy dolárov. Helion už predtým dosiahol zaujímavé výsledky s reaktorom 6. generácie „Trenta“, postavenom v roku 2020. Bol v prevádzke 16 mesiacov a zvládol viac ako 10 tisíc vysokoenergetických pulzov, pričom dosiahol teplotu plazmy vyše 100 miliónov stupňov.

Kým ale Trenta vytváral fúzne pulzy každých 10 minút, nový reaktor Polaris by mal zvládnuť jeden fúzny pulz za sekundu. Ambíciou firmy je dosiahnuť čistý zisk energie do roku 2024.

Pozrite siK ovládnutiu energie hviezd prispejú aj Slováci

Technológia a filozofia Helion Energy je však unikátna minimálne z troch dôvodov a výrazne sa líši od iných projektov na ovládnutie jadrovej fúzie.

V reaktore, ktorý nie je ani tokamak, ani stelarátor, používa pulzný fúzny systém bez zapaľovania. To pomáha prekonať najťažšie fyzikálne výzvy, zmenšuje rozmery fúzneho reaktora a umožňuje upraviť výstupný výkon podľa potreby.

ZDROJ | Helion Energy

Ďalej, systém dokáže priamo rekuperovať elektrickú energiu, podobne, ako regeneratívne brzdenie v elektromobile. Systém je vytvorený tak, aby efektívne obnovoval všetku nevyužitú a novú elektromagnetickú energiu. Iné fúzne systémy (a vlastne všetky tepelné elektrárne, vrátane tých jadrových) ohrievajú vodu a horúcu paru využívajú na otáčanie turbíny. Tá zas poháňa elektrický generátor, ale v tomto procese sa stráca veľa energie. Helion konečne opúšťa myšlienku „parného stroja“ a elektrinu vyrába oveľa efektívnejšie.

Tretím unikátom je, že v reaktore používa ako palivo zmes deutéria a hélia-3 (D – ³He). Hélium-3 je čistejšie palivo s vyšším „oktánovým číslom“, čo takisto pomáha udržať reaktor malý a efektívny.

Zaujímavé je, že výroba elektriny je len vedľajším produktom reaktora Polaris, aj keď poteší. Hlavným cieľom reaktora Polaris je výroba ³He syntézou atómov deutéria. Hélium-3 je veľmi vzácny izotop hélia, ktorý sa na Zemi vyskytuje vo veľmi malom množstve.

Helion vyrába hélium-3 fúziou deutéria vo svojom plazmovom urýchľovači s využitím patentovaného vysokoúčinného uzavretého palivového cyklu.

Pozrite siKórejský fúzny reaktor KSTAR vytvoril svetový rekord v udržaní plazmy

Doteraz sa Hélium-3 získavalo obtiažne a vedci dokonca vážne uvažujú, že by sa mohlo ťažiť na Mesiaci, kde sa má vyskytovať omnoho hojnejšie, ako na Zemi. Helion nakoniec tieto plány možno zmarí, keďže dokáže tento izotop hélia efektívne vyrábať aj na Zemi.

Šéf Helion Energy David Kirtley uviedol, že cieľom je výstavba malých fúznych reaktorov veľkosti prepravných debien, ktoré budú mať výkon okolo 50 MW. Z nich by sa dali budovať distribuované energetické zdroje rozptýlené po celom území krajiny. Jedna takáto fúzna elektráreň by pokryla energetickú spotrebu zhruba 8 200 domácností v USA.

ZDROJ | Helion Energy

S cenou 10 dolárov za 1 MWh by išlo zároveň o jeden z najlacnejších zdrojov elektriny. Takúto fúznu mini elektráreň by vo svojom areáli určite privítali aj veľké metalurgické podniky (typu VSŽ, alebo Slovalco), ktoré patria k najväčším odberateľom elektriny.

Najbližšie roky ukážu, či sa vízia Helion Energy napĺňa. Ak áno, úplne to zmení pravidlá hry na energetických trhoch, aj naše životy. Helion tvrdí, že z pohára ťažkej vody (D2O) bude možné vyrobiť 9 miliónov kWh čistej elektriny, čo by vystačilo napríklad na 35 miliónov míľ  (56 mil. km) jazdy elektromobilom.

ZdrojOSEL.CZ,Helion Energy

Komentáre k článku