Oamenii de ştiinţă de la Laboratorul Naţional Lawrence Livermore din California au obţinut pe 5 decembrie, pentru prima dată, pentru scurt timp, un câştig net de energie în cadrul unui experiment de fuziune cu ajutorul laserelor, a anunţat Departamentul american al Energiei. Cercetătorii au focalizat un laser asupra unei ţinte de combustibil pentru a fuziona doi atomi uşori într-unul mai dens, eliberând energia.
Această energie de fuziune ar putea contribui într-o zi la reducerea schimbărilor climatice, dacă se va reuşi ca această tehnologie să fie extinsă la nivel comercial în următoarele decenii.
Oamenii de ştiinţă ştiu de aproximativ un secol că fuziunea alimentează Soarele şi timp de decenii au încercat dezvoltarea fuziunii pe Pământ. Experimentul din California a obţinut pentru scurt timp ceea ce se numeşte aprindere prin fuziune, generând 3,15 megajouli de energie după ce laserul a livrat 2,05 megajouli ţintei, a precizat Departamentul pentru Energie al SUA.
Oamenii de ştiinţă din domeniul nuclear spun că această realizare va fi un pas important, dar că mai este mult de făcut în domeniul ştiinţific înainte ca fuziunea să devină viabilă din punct de vedere economic.
"Cu eforturi şi investiţii concertate, câteva decenii de cercetare a tehnologiilor de bază ne-ar putea pune în situaţia de a construi o centrală electrică", a declarat Kimberly Budil, directoarea de la Lawrence Livermore, estimând că e vorba de mai puţin de cinci sau şase decenii.
Pentru a deveni comercială, o centrală electrică ar trebui să producă suficientă energie pentru a alimenta laserele şi pentru a realiza aprinderea în mod continuu.
Industria energiei electrice a salutat cu prudenţă acest pas şi a subliniat că, pentru a realiza tranziţia energetică, fuziunea nu ar trebui să încetinească eforturile de dezvoltare a altor surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară şi eoliană, stocarea în baterii şi fisiunea nucleară.
Ce este fuziunea nucleară şi de ce este importantă?
Fuziunea nucleară este un proces creat de om care reproduce aceeaşi energie care alimentează Soarele. Fuziunea nucleară are loc atunci când doi sau mai mulţi atomi sunt fuzionaţi într-unul mai mare, un proces care generează o cantitate semnificativă de energie sub formă de căldură.
Oamenii de ştiinţă din întreaga lume studiază fuziunea nucleară de zeci de ani, în speranţa de a o crea cu o sursă nouă care să genereze energie nelimitată, fără emisii de carbon şi fără deşeurile nucleare create de reactoarele nucleare actuale.
Proiectele de fuziune utilizează în principal elementele deuteriu şi tritiu - ambii fiind izotopi ai hidrogenului.
Deuteriul dintr-un pahar de apă, la care se adaugă puţin tritiu, ar putea alimenta o casă timp de un an. Tritiul este mai rar şi mai dificil de găsit, dar poate fi obţinut totuşi pe cale sintetică.
"Spre deosebire de cărbune, aveţi nevoie doar de o cantitate mică de hidrogen, iar acesta este cel mai abundent lucru care se găseşte în univers", a explicat pentru CNN Julio Friedmann, cercetător-şef la Carbon Direct şi fost tehnolog-şef în domeniul energiei la Lawrence Livermore. "Hidrogenul se găseşte în apă, aşa că materialul care generează această energie este nelimitat şi este curat", a arătat expertul.
Prin ce se deosebeşte fuziunea de fisiunea nucleară?
Când oamenii se gândesc la energia nucleară, le pot veni în minte turnurile de răcire ai centralelor şi norii ciupercă. Dar fuziunea este complet diferită.
În timp ce fuziunea contopeşte doi sau mai mulţi atomi, fisiunea este opusul; este procesul de scindare a unui atom mai mare în doi sau mai mulţi atomi mai mici. Fisiunea nucleară este tipul de energie care alimentează reactoarele nucleare din întreaga lume în prezent. La fel ca şi fuziunea, căldura creată prin scindarea atomilor este utilizată pentru a genera energie.
Conform Departamentului pentru Energie, energia nucleară este o sursă de energie cu emisii zero. Dar produce deşeuri radioactive volatile ce trebuie depozitate în condiţii de siguranţă şi care prezintă riscuri de securitate. Deşi rare, de-a lungul istoriei au avut loc accidente nucleare, cu rezultate de amploare şi mortale, cum ar fi cele de la reactoarele de la Fukushima şi Cernobîl.
Fuziunea nucleară nu prezintă aceleaşi riscuri de siguranţă, iar materialele utilizate pentru a o alimenta au un timp de înjumătăţire mult mai scurt decât fisiunea.
Cum ar putea energia de fuziune nucleară să aprindă lumina în case?
Există două modalităţi principale de a genera fuziune nucleară, dar ambele au acelaşi rezultat. Fuziunea a doi atomi creează o cantitate imensă de căldură, care deţine cheia producerii de energie. Această căldură poate fi folosită pentru a încălzi apa, a crea abur şi a porni turbine pentru a genera energie - la fel ca şi în cazul fisiunii nucleare.
Marea provocare a exploatării energiei de fuziune constă în susţinerea acesteia suficient de mult timp pentru a putea alimenta reţelele electrice şi sistemele de încălzire din întreaga lume. Descoperirea reuşită din SUA este importantă, dar este totuşi la o scară mult mai mică decât cea necesară pentru a genera suficientă energie ca să faci să funcţioneze o centrală electrică, fără a mai vorbi de zeci de mii de centrale electrice.
"Este vorba despre ceea ce este necesar pentru a fierbe 10 fierbătoare de apă", a explicat un expert. "Pentru a transforma acest lucru într-o centrală electrică, trebuie să obţinem un câştig mai mare de energie - trebuie să fie substanţial mai mare", a spus expertul.
De ce este important anunţul?
Este pentru prima dată când oamenii de ştiinţă au reuşit să producă cu succes o reacţie de fuziune nucleară care să aibă ca rezultat un câştig net de energie, în loc să se ajungă la un echilibru, aşa cum s-a întâmplat în experimentele anterioare.
Deşi mai sunt mulţi paşi de parcurs până când acest lucru va fi viabil din punct de vedere comercial, este esenţial ca oamenii de ştiinţă să demonstreze că pot crea mai multă energie decât cea cu care au început.
"Acest lucru este foarte important, deoarece, din punct de vedere energetic, nu poate fi o sursă de energie dacă nu se obţine mai multă energie decât se introduce", a declarat Friedmann pentru CNN. "Progresele anterioare au fost importante, dar nu este acelaşi lucru cu generarea de energie care ar putea fi folosită într-o zi la scară mai mare", a adăugat expertul.
Unde are loc fuziunea?
Mai multe proiecte de fuziune se află în SUA, Marea Britanie şi Europa. În Franţa se află Reactorul Termonuclear Experimental Internaţional, la care colaborează treizeci şi cinci de ţări, având ca membri principali China, Statele Unite, Uniunea Europeană, Rusia, India, Japonia şi Coreea de Sud.
În SUA, o mare parte a activităţii se desfăşoară la National Ignition Facility din cadrul Laboratorului Lawrence Livermore din California, într-o clădire care se întinde pe o suprafaţă echivalentă cu trei terenuri de fotbal.
Proiectul de aici creează energie din fuziune nucleară prin ceea ce se numeşte "fuziune termonucleară inerţială". În practică, oamenii de ştiinţă americani lansează pelete ce conţin hidrogen printr-o serie de aproape 200 de lasere, creând în esenţă o serie de explozii repetate extrem de rapide, de 50 de ori pe secundă. Energia colectată din neutronii şi particulele alfa este extrasă sub formă de căldură.
În Marea Britanie şi în cadrul proiectului ITER din Franţa, oamenii de ştiinţă lucrează cu maşini uriaşe în formă de gogoaşă şi dotate cu magneţi giganţi, numite tokamak, pentru a încerca să genereze acelaşi rezultat. După ce combustibilul este introdus în tokamak, magneţii acestuia sunt porniţi, iar temperaturile din interior sunt crescute exponenţial pentru a crea plasmă.
Plasma trebuie să atingă cel puţin 150 de milioane de grade Celsius, de 10 ori mai fierbinte decât miezul Soarelui. Neutronii scapă apoi din plasmă, lovind o "pătură" care căptuşeşte pereţii tokamak-ului şi transferându-şi energia cinetică sub formă de căldură.
Care sunt următorii paşi?
Oamenii de ştiinţă şi experţii trebuie acum să descopere cum să producă mult mai multă energie din fuziunea nucleară la o scară mult mai mare.
În acelaşi timp, ei trebuie să descopere cum să reducă în cele din urmă costul fuziunii nucleare, astfel încât aceasta să poată fi utilizată în scopuri comerciale.
În prezent, este nevoie de mult timp şi de mulţi bani pentru fiecare experiment, or pentru a avea fuziune nucleară la nivel comercial trebuie reduse foarte mult costurile.
Oamenii de ştiinţă vor trebui, de asemenea, să recolteze energia produsă prin fuziune şi să o transfere în reţeaua electrică sub formă de electricitate. Va dura ani - şi posibil decenii - până când fuziunea va putea produce cantităţi nelimitate de energie curată, în timp ce oamenii de ştiinţă se află într-o cursă contracronometru pentru a lupta împotriva schimbărilor climatice.
"Acest lucru nu va contribui în mod semnificativ la reducerea schimbărilor climatice în următorii 20-30 de ani", a declarat Friedmann. "Aceasta este diferenţa dintre a aprinde un chibrit şi a construi o turbină cu gaz", a punctat expertul.
