Proč jsme stále 30 let od zvládnutí jaderné fúze? – 2. díl

Tento článek navazuje na předchozí díl z minulého týdne s názvem „Proč jsme stále 30 let od zvládnutí jaderné fúze? – 1. díl„.

Pro dosažení energetické rentability fúzních reaktorů budeme muset počkat na ITER. Právě ten bude největším a nejvýkonnějším fúzním reaktorem na světě a vědci předpokládají, že konečně překoná nepříznivou energetickou bilanci současných fúzních reaktorů. Podle projektu má reaktor produkovat výkon 500 MW (při energetickém příkonu 50 MW) a navíc být schopen udržet hořící plazma nejméně půl hodiny.

Na konstrukci tokamaku spolupracuje Evropská unie s dalšími šesti zeměmi (Čína, USA, Rusko, Japonsko, Jižní Korea, Indie).

Jedním z největších problémů, kterému čelí současné fúzní reaktory, je velikost, tvrdí Duarte Borba, výzkumník ze společnosti EUROfusion. ITER by měl být schopný tento nedostatek překonat. Jakmile se reaktor zvětší, stane se fúze stabilnější a může dosáhnout i vyšších teplot, což jsou dva klíčové předpoklady k úspěšnému provozu.

ITER má být nástupcem anglického JETu. Bude využívat technologie vyvinuté a testované v něm, jen v mnohem větším rozměru. Půjde například o wolframové a beryliové divertory, které zachycují odpadní materiály ze zapáleného plazmatu za provozu reaktoru a umožňují plně ovládat reaktor. Podle Borba má ITER pro vytváření magnetického pole využívat supravodivých magnetů naproti klasickým měděným.

Tyto magnety významně sníží celkovou energetickou spotřebu zařízení a umožní delší a stabilnější produkci plazmatu. JET nyní dokáže produkovat plazma pouze v dávkách, neboť není schopen delšího provozu při vysokých energetických úrovních.

Klíčem je spolupráce

„Nejdůležitějším přínosem projektu JET, který jsme implementovali do ITERu, nejsou možná tak vědecké, jako spíše byrokratické zkušenosti spojené s provozem fúzních reaktorů,“ říká Borba. Jako projekt, na kterém se podílí více zemí, vytvořil JET cestu pro organizaci a implementaci velkých projektů, které trvají desítky let.

S projektovou cenou 15 miliard dolarů a velkým množstvím složitých komponent by ITER bez společného úsilí mohl jen stěží existovat. Každá z členských zemí přispívá do projektu svými výzkumnými pracovníky a součástmi s nadějí, že potenciální přínosy budou sdílet všichni.

Nicméně demokratická povaha ITERu značně zpomaluje jeho výstavbu. Cílem je, aby všechny komponenty dorazily v požadovaném termínu. Přitom jsou ale jednotlivé díly vyráběny v různých členských státech, ve kterých panují odlišné politické i ekonomické podmínky a do celého projektu zanáší množství proměnných, které zpožďují termíny dodávek. Když ITER obdržel první oficiální schválení v roce 2006, byl předpoklad dosažení první fúze v roce 2016. Již nyní je tento cíl opožděn minimálně o 10 let. Problémy se stavebními díly a neshody ohledně výstavby jsou hlavními viníky tohoto zpoždění.

Celosvětové úsilí

„Abychom dosáhli fúzní elektrárny schopné řešit naše energetické potřeby, samotný ITER nestačí,“ tvrdí Nielson z Princeton Plasma Physics Laboratory. Přesto ITER reprezentuje významný pokrok v reaktorovém vývoji. Zdaleka ale nebude posledním článkem ve výzkumu fúze.

Pokud vše půjde podle plánu, připraví ITER půdu pro další reaktor nazývaný DEMO, který bude technologie získané provozem ITERu zdokonalovat pro průmyslové využití a snad i dokáže, že jaderná fúze je životaschopným zdrojem energie.

Do té doby budou nové fúzní reaktory provozované po celém světě hrát i nadále zásadní roli v honbě za ovládnutím fúze. Ani po zprovoznění reaktoru ITER rozhodně nebudou zbytečné. Jejich podpůrný výzkum bude řešit problémy a pohlížet na ně z různých úhlů.

Zatímco ITER podle Nielsona cílí na komplexní pohled na energetickou fúzi, projekty v Asii se zaměřují na udržování hořícího plazmatu po stále delší dobu a na studium supravodivých magnetů. Mezitím v Německu posouvá Wendelstein 7-X hranice stelátorů v oblasti stability fúzní reakce. Ve výzkumu jaderné fúze je také úspěchem, že jde o mezinárodní spolupráci a mnoho zemí je ochotno sdílet svůj výzkum pro úspěšné dokončení celé skládačky.

V současnosti probíhá výzkum jaderné fúze v USA, Německu, Velké Británii, Francii, Japonsku, Rusku, Indii, Jižní Koreji, České republice a několika dalších zemích. Další menší reaktory jsou ve výstavbě nebo plánovány. Přesto tento vzrůst zájmu nestačí, tvrdí Nielson.

„Kvůli problémům s hustotou a náročností fúze bychom potřebovali více experimentů, než ve skutečnosti máme, které by vyřešily různé dílčí problémy.“

Hutch Neilson

Více než vědecký problém

Nakonec mohou být tím nejdůležitějším faktorem peníze. Mnoho výzkumných týmů je přesvědčeno, že jejich vývoj by postupoval rychleji, pokud by se jim dostávalo větší podpory. Problémy s financováním nejsou v oblasti vědeckého výzkumu ničím novým. Přesto je výzkum jaderné fúze unikátní v tom, že náročnost zapříčiňuje trvání výzkumných projektů, které někdy přesahují délku jedné lidské generace. Ačkoliv jsou potenciální přínosy více než zřejmé a jaderná fúze může skutečně řešit problém budoucího nedostatku elektrické energie a změn životního prostředí, které jsou aktuální již dnes, na to, až se nám veškeré úsilí vložené do projektu fúze vrátí, si ještě budeme muset počkat.

Touha po okamžité návratnosti vložených investic snižuje naše nadšení pro výzkum jaderné fúze, říká Laban Coblentz, vedoucí komunikace v projektu ITER.

„Po čerstvě dosazených fotbalových trenérech požadujeme, aby se výsledky projevily nejdéle do 2 let od jejich nástupu. Mnohdy ještě mnohem dřív. Politici jsou voleni na 2, 4, nejdéle 6 let. To je ale příliš krátká doba pro tak dlouhodobé projekty, jakým je ITER. Takže když někdo vyžaduje, aby do 10 let byl hotov funkční energetický tokamak, je to složité“

Ve Spojených státech je celý výzkum fúze financován méně než 600 milióny dolarů ročně, včetně příspěvků ze strany ITERu. Jde o poměrně malou sumu, když uvážíme, že Ministerstvo energetiky v roce 2013 hospodařilo s 3 miliardami dolarů pro rozvoj energetických technologií. Celkově na výzkum energetiky v témže roce putovalo pouhých 8 % financí určených na vědu.

„Pokud porovnáte podíl fúze na energetických rozpočtech nebo dokonce kolik se utratí za vojenský výzkum, musíme uznat, že jde opravdu o velmi málo peněz, které jsou na projekty fúzních reaktorů vyčleněny,“ říká Thomas Pedersen, vedoucí Max-Planckova institutu pro fyziku plazmatu v Německu. „Když to srovnáme s ostatními výzkumnými projekty, může se to jevit jako hodně nákladný výzkum, ale stačí porovnat náklady na produkci ropy, stavbu a výzkum větrných elektráren a obrovské dotace do alternativních energetických zdrojů. Pak je to velmi, velmi malá částka.“

„Výzkum solárních a větrných elektráren se zdá být poměrně levný, ale výsledky blednou ve srovnání s funkčním fúzním reaktorem.“

Thomas Pedersen

Jsme stále 30 let od zvládnutí jaderné fúze

Nicméně, naše cílová čára je viditelná. Krok po kroku se přibližujeme k pomyslnému vrcholku hory. Je to cesta, na které narážíme na spoustu překážek nejen technického, ale i politického a ekonomického charakteru. Coblentz, Neilson i Borba nepochybují o tom, že jaderná fúze je dosažitelným cílem. Kdy ji však budeme skutečně ovládat, bude z velké míry záležet na tom, jak moc vlastně budeme chtít. Asi nejlépe to shrnul sovětský fyzik Lev Artsimovich, „otec tokamaku“:

„Fúze bude připravena ve chvíli, kdy ji společnost bude potřebovat.“

Zdroj použitých fotografií: ITER.org