Πυρηνική σύντηξη: Γιατί δε θα φέρει την απεριόριστη ενέργεια και γιατί αυτό δεν είναι πρόβλημα

🕛 χρόνος ανάγνωσης: 10 λεπτά ┋

Στις αρχές Δεκέμβρη έκανε το γύρο του κόσμου η είδηση για το επίτευγμα ερευνητών στο Lawrence Livermore National Laboratory στην Καλιφόρνια, όπου η ενέργεια που παρήχθη από αντιδράσεις σύντηξης ξεπέρασε την ενέργεια που καταναλώθηκε προκειμένου αυτές να ξεκινήσουν. Πρόκειται για την υπέρβαση του σημείου «ανάφλεξης», πέραν του οποίου η σύντηξη μπορεί να γίνει αυτό-διατηρούμενη. Κάτι αντίστοιχο με όταν ανάβει η φωτιά στο τζάκι μας και σταματάμε να πετάμε σπίρτα ή να προσθέτουμε προσανάμματα.

Ο συγκεκριμένος αντιδραστήρας ανήκει στην ομάδα αντιδραστήρων σύντηξης με αδρανειακό περιορισμό (inertial confinement), ενώ πριν περίπου ένα χρόνο επίσης καλά νέα (αν και όχι τόσο θεαματικά) είχαν έρθει κι από τον αντιδραστήρα JET (Joint European Torus) στο ΗΒ, ο οποίος ανήκει στον τύπο αντιδραστήρων μαγνητικού περιορισμού (magnetic confinement) [1].

Πιο κοντά, αλλά όχι ακόμα εκεί

Τα αναμφίβολα σπουδαία νέα έγιναν δεκτά με πανηγυρικό τόνο, τόσο από διεθνή όσο κι από εγχώρια μέσα. Και πράγματι πρόκειται για μια πολύ σημαντική στιγμή που κάνει το όνειρο της πυρηνική σύντηξης, δηλαδή της παραγωγής ενέργειας από την ένωση δύο ελαφρών πυρήνων σε ένα βαρύτερο, λίγο πιο πραγματικό. Βεβαίως υπάρχει πολύς δρόμος ακόμα να διανύσουμε. Στο αντικείμενο της σύντηξης χρησιμοποιείται συχνά ο όρος «κέρδος σύντηξης» (Fusion Gain Factor, Q[2]), o οποίος πρακτικά ορίζεται ως το πηλίκο της παραγόμενης ενέργειας από σύντηξη προς την προσδιδόμενη ισχύ για τη θέρμανση του πλάσματος[3]. Στην περίπτωση του εν λόγω πειράματος, αυτός ο όρος ξεπέρασε για πρώτη φορά τη μονάδα, φτάνοντας το 1.5. Για ένα σταθμό ηλεκτροπαραγωγής με βάση τη σύντηξη, το κέρδος θα πρέπει να είναι τουλάχιστον πάνω από 10. Κι επιπλέον μας ενδιαφέρει και η διάρκεια που θα έχει το φαινόμενο αυτό: για τη λειτουργία ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, παλμοί με διάρκεια τουλάχιστον μερικών ωρών, και όχι μερικών δευτερολέπτων, απαιτούνται προκειμένου τα λοιπά συστήματα (πχ. ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη) να μπορούν να τεθούν σε λειτουργία με ασφάλεια.

Ωστόσο, αυτό που κάνει εντύπωση είναι ότι όλη η κάλυψη του γεγονότος συνοδεύτηκε από προβλέψεις για τον ερχομό μιας εποχής απεριόριστης ενέργειας. Υπάρχει δηλαδή η γενικευμένη αίσθηση ότι η επίτευξη της σύντηξης θα σημαίνει ότι η ανθρωπότητα έχει επιτέλους βρει εκείνη την πηγή ανεξάντλητης ενέργειας που θα φέρει το τέλος των ανησυχιών περί ενεργειακής φτώχειας, ενεργειακής ασφάλειας κοκ. Το βασικό επιχείρημα γι’ αυτήν την άποψη είναι ότι το καύσιμο της σύντηξης είναι το υδρογόνο, το πιο άφθονο στοιχείο στη Φύση. Είναι όντως έτσι; Ας το δούμε λίγο πιο αναλυτικά.

Γιατί το καύσιμο έχει ακόμα σημασία

Συχνά λέγεται ότι οι αντιδραστήρες σύντηξης πραγματοποιούν στη Γη τις διεργασίες από τις οποίες ο Ήλιος και άλλα άστρα αντλούν την ενέργειά τους. Αυτό είναι μονάχα επί της αρχής σωστό. Χάρη στην τεράστια αδρανειακή του μάζα ο Ήλιος καταφέρνει να ενώσει τέσσερις πυρήνες από το πιο κοινό ισότοπο του υδρογόνου που είναι το πρώτιο (ένα πρωτόνιο) σε έναν πυρήνα ηλίου (He). Ωστόσο, η σύντηξη τεσσάρων πυρήνων πρωτίου σε αντιδραστήρα σύντηξης είναι εξαιρετικά απίθανη. Πολύ πιο πιθανή θεωρείται η σύντηξη δύο άλλων ισοτόπων του υδρογόνου, συγκεκριμένα το δευτέριο (1 πρωτόνιο, 1 νετρόνιο) και το τρίτιο (1 πρωτόνιο, 2 νετρόνια). Όλοι οι αντιδραστήρες σύντηξης, είτε του αδρανειακού είτε του μαγνητικού τύπου, προσανατολίζονται στην επίτευξη αυτής της αντίδρασης σύντηξης: ένας πυρήνας δευτέριου με ένα πυρήνα τρίτιου μας δίνουν ένα πυρήνα ηλίου και ένα ελεύθερο νετρόνιο. Επομένως, το καύσιμο αυτών των αντιδραστήρων στο μέλλον θα είναι δευτέριο και τρίτιο.

Το δευτέριο (ή αλλιώς «βαρύ υδρογόνο») υπάρχει στους ωκεανούς (ως «βαρύ νερό», D₂O αντίστοιχα) περίπου σε ποσοστό 0.02%. Δε φαίνεται μεγάλη η ποσότητα, αλλά αν υπολογίσουμε το μέγεθος των ωκεανών, αλλά και το γεγονός ότι η ποσότητα καυσίμου που θα καταναλώνει ένας σταθμός σύντηξης είναι της τάξης των μερικών γραμμαρίων ανά ώρα (σε αντίθεση πχ., με ένα σταθμό αερίου που καταναλώνει αέριο σε μονάδες kg/s), τότε μάλλον φαίνεται αρκετό. Το τρίτιο, ωστόσο, δεν είναι διαθέσιμο στη Φύση και θα πρέπει να παραχθεί, ως ένα παραπροϊόν της ίδιας της διαδικασίας της σύντηξης. Αυτό μπορεί να γίνει με τη χρήση λιθίου (Li) ως μέσο αναπαραγωγής (breeder medium). Με άλλα λόγια, ένας σταθμός σύντηξης θα πρέπει διαρκώς να παράγει ο ίδιος μέρος του καυσίμου του, καταναλώνοντας μια άλλη πρώτη ύλη όπως το λίθιο ως ενδιάμεσο βήμα.

Εάν για το δευτέριο μπορούμε να πούμε ότι αρκεί η ποσότητα που υπάρχει στο θαλασσινό νερό κι η οποία επίσης είναι ισομοιρασμένη στον πλανήτη, δυστυχώς δεν μπορούμε να πούμε το ίδιο και για το λίθιο. Σε αυτό οι αντιδραστήρες σύντηξης θα πρέπει να ανταγωνίζονται άλλες χρήσεις του ιδιαίτερα πολύτιμου αυτού στοιχείου, όπως η παραγωγή μπαταριών για υπολογιστές, τηλέφωνα, αυτοκίνητα κοκ. Γενικότερα, η αλυσίδα εφοδιασμού του λιθίου είναι από τα πιο ακανθώδη[4] σημεία της ενεργειακής μετάβασης. Ακόμα κι αν υποθέσουμε ότι μέχρι οι σταθμοί σύντηξης να γίνουν πραγματικότητα οι παραπάνω τεχνολογίες θα έχουν μετακινηθεί σε άλλες τεχνικές αποθήκευσης ενέργειας, γεγονός παραμένει ότι η πυρηνική σύντηξη σαν τεχνολογία επουδενί δε θα είναι ελεύθερη από καταναγκασμούς στην αλυσίδα εφοδιασμού των πρώτων υλών της, όπως αφήνει να εννοηθεί η άποψη που τη θέλει πρακτικά απεριόριστη λόγω της χρήσης υδρογόνου για καύσιμο.

Το λίθιο είναι μονάχα ένα παράδειγμα, ίσως το πιο τρανταχτό. Ένα επίσης ανοιχτό ζήτημα παραμένει η επιλογή των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν στο εσωτερικό των αντιδραστήρων και ειδικά στα σημεία εκείνα που θα «βλέπουν» μια θερμοκρασία της τάξης των εκατοντάδων εκατομμυρίων βαθμών Κέλβιν. Όσο πιο «εξωτικά» κράμματα απαιτούνται, τόσο πιο ακριβή, αλλά και υποκείμενη σε περιορισμούς, θα είναι η μελλοντική χρήση της σύντηξης για παραγωγή ενέργειας. Τέλος, θα πρέπει να συνυπολογίσουμε την κατανάλωση άλλων πρώτων υλών όπως ευγενή αέρια για τον έλεγχο του πλάσματος και βέβαια τα εκατοντάδες ή και χιλιάδες κυβικά νερού ανά ώρα για την παραγωγή ρεύματος και την ψύξη συστημάτων.

Τελικά έχει νόημα η σύντηξη;

Τίποτα από τα παραπάνω δεν πρέπει να εκληφθεί ως επιχείρημα για να μη συνεχιστούν οι προσπάθειες για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από σύντηξη. Μπορεί τα χρονοδιαγράμματα να είναι τέτοια που η σύντηξη να μην έχει στην πραγματικότητα ρόλο στην άμεση απανθρακοποίηση των κοινωνιών, εντούτοις μπορεί να λειτουργήσει ως ένα ιδανικό συμπλήρωμα ενός ηλεκτρικού δικτύου εν πολλοίς βασισμένου σε ΑΠΕ, στο δεύτερο μισό του αιώνα. Τα πλεονεκτήματά της σε σύγκριση με τις υπάρχουσες τεχνολογίες πυρηνικής σχάσης και πολύ περισσότερο με την καύση ορυκτών καυσίμων, είναι δεδομένα και καλά τεκμηριωμένα. Επιπλέον, ο εγγενής παλμικός (pulsed) χαρακτήρας της λειτουργίας μελλοντικών σταθμών σύντηξης, σε συνδυασμό με τεχνικές αποθήκευσης θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας που τέτοιοι σταθμοί απαιτούν, δίνουν έναν έξτρα χαρακτήρα ευελιξίας που θα είναι πολύτιμος σε ένα αρκετά πιο πολύπλοκο μελλοντικό ενεργειακό σύστημα.

Παρολαυτά, γεγονός παραμένει ότι η σύντηξη δεν ανοίγει την πόρτα σε μια εποχή «απεριόριστης κι ανεξάντλητης» ενέργειας. Πέρα απ’ το ότι κάτι τέτοιο δεν έχει κανένα νόημα στην ίδια τη Φύση (ακόμα κι η ίδια η ενέργεια του Ήλιου είναι πρακτικά πεπερασμένη, απλώς όχι στη δική μας κλίμακα του χρόνου), το όνειρο της απεριόριστης ενέργειας είναι επί της ουσίας ένα όνειρο απεριόριστης ανάπτυξης. Ας μην ξεχνάμε ότι τον ίδιο ενθουσιασμό είχε προκαλέσει, πάνω από έναν αιώνα πριν, η ανακάλυψη των τεράστιων κοιτασμάτων πετρελαίου στη Μέση Ανατολή, που υποσχόταν την απελευθέρωση της ανθρωπότητας από τη σπάνη του άνθρακα, ενώ πιο πρόσφατα αντίστοιχες προσδοκίες είχε δημιουργήσει και το φυσικό αέριο.

Είναι ακριβώς αυτό το όνειρο της απελευθέρωσης από τους φυσικούς περιορισμούς, που μετατρέπεται ολοένα στον εφιάλτη της κλιματικής κι ευρύτερα οικολογικής κρίσης. Θα πρέπει οι κοινωνίες να επανεξετάσουμε εάν αυτό είναι ένα όνειρο που αξίζει να κυνηγάμε. Η τεχνολογία και εν προκειμένω η σύντηξη, μπορεί να είναι ένα σημαντικό εργαλείο για τη βελτίωση των ζωών μας, όχι όμως επειδή θα είναι «ατελείωτη», γιατί δε θα είναι. Κι ούτε γιατί θα μας σώσει από την ενεργειακή φτώχεια και τους πολέμους, γιατί καμία τεχνολογία από μόνη της δεν είναι σε θέση να κάνει κάτι τέτοιο. Γι’ αυτούς τους σκοπούς χρειαζόμαστε πρωτίστως κοινωνικές και πολιτικές «καινοτομίες», δηλαδή έναν άλλο τρόπο παραγωγής και διαχείρισης της ενέργειας, μακριά από τις επιταγές του κέρδους και του γεωπολιτικού ανταγωνισμού.

[1] Οι τελευταίοι είναι πιο γνωστοί με τον όρο Tokamak, από τη σοβιετική ονομασία τους καθώς ήταν επιστήμονες στη Σοβιετική Ένωση οι πρώτοι που ανέπτυξαν αυτή τη μέθοδο πίσω στη δεκαετία του ‘60.

[2] https://www.iter.org/Glossary

[3] Το πλάσμα είναι η τέταρτη κατάσταση της ύλης, αυτό που παίρνουμε εάν θερμάνουμε ένα αέριο έως το σημείο όπου τα ηλεκτρόνια αποκτήσουν αρκετή ενέργεια ώστε να υπερνικήσουν τις δυνάμεις που τα έλκουν στον πυρήνα των ατόμων. Δεδομένων των τεράστιων θερμοκρασιών που επικρατούν σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης, οποιαδήποτε ύλη μπορεί να υπάρξει εκεί μονάχα με τη μορφή πλάσματος.

[4] https://www.iea.org/commentaries/critical-minerals-threaten-a-decades-long-trend-of-cost-declines-for-clean-energy-technologies

ΟΛΕΣ ΟΙ ΕΙΔΗΣΕΙΣ

Διαβάστε ακόμη