Norėdami atsikratyti iškastinio kuro ir nebepriklausyti nuo daugiausiai jo turinčių šalių, turime kaip reikiant įdarbinti atsinaujinančius išteklius. Tačiau, kaip teigia konsorciumo „EUROfusion“ programos vadovas profesorius Tony Donne, vien tik saulės ir vėjo toli gražu neužtenka. Reikalinga revoliucinė technologija, visam laikui pakeisianti energetikos rinką. Ir tokią technologiją jau beveik turime. Tai – branduolių sintezė. 
Norėdami atsikratyti iškastinio kuro ir nebepriklausyti nuo daugiausiai jo turinčių šalių, turime kaip reikiant įdarbinti atsinaujinančius išteklius. Tačiau, kaip teigia konsorciumo „EUROfusion“ programos vadovas profesorius Tony Donne, vien tik saulės ir vėjo toli gražu neužtenka. Reikalinga revoliucinė technologija, visam laikui pakeisianti energetikos rinką. Ir tokią technologiją jau beveik turime. Tai – branduolių sintezė.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Profesorius atvyko į Lietuvą skaityti pranešimo Lietuvos energetikos instituto kartu su Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centru organizuojamoje tarptautinėje doktorantų ir jaunųjų mokslininkų konferencijoje „CYSENI 2023“. LRT.lt portalui jis paaiškino, kas yra branduolių sintezė, kuo tokio reaktoriaus generuojama energija yra ypatinga ir kiek ji kainuotų gyventojams.
Branduolius ne skaldo, o jungia
Visiems pažįstamos atominės elektrinės energiją išgauna skaidydamos branduolius į mažesnes daleles – jų skilimo metu ir išsiskiria energija. Toks skilimas įmanomas tada, kai didelį, šiek tiek nestabilų izotopą – atomą, turintį vienodą protonų, bet skirtingą neutronų skaičių, – dideliu greičiu bombarduoja dalelės. Dažniausiai tai yra neutronai. Jie atsitrenkia į tą nestabilų izotopą ir suskaldo jį į mažesnes daleles. Atominėse elektrinėse dažniausiai naudojamas uranas 235. Kai jo branduolys suskyla, gauname du mažesnius izotopus, tris greitus neutronus ir daug energijos, kuri vėliau naudojama vandeniui šildyti branduoliniame reaktoriuje ir galiausiai virsta elektros energija. Išmesti greitieji neutronai tampa tarsi sviediniais, kurie inicijuoja kitas dalijimosi arba grandinines reakcijas.
Branduolių sintezę galima pavadinti panašiu procesu, tik jo metu branduoliai ne skaldomi, o sujungiami tarpusavyje. Negana to, energijos šiuo atveju išsiskiria kelis kartus daugiau nei dalijimosi metu. Turime geriausią tokio reaktoriaus pavyzdį – mūsų Saulę. Analogišką procesą, kuris vyksta žvaigždės viduje, bandoma atkartoti ir Žemėje.
Kaip aiškina profesorius, branduolių sintezės metu yra sujungiami labai lengvi atomai, dažniausiai vandenilio. Juos sujungus gaunama labai daug energijos. Galutinis produktas yra helis, turintis sunkesnį branduolį. Tačiau sudėjus pirminio vandenilio ir helio mases, galima pastebėti, kad masės dalis sumažėjo. O ta masė ir konvertuojasi į energiją.
„Tai priešinga dalijimuisi, kai pradedi nuo didelių atomų branduolių ir išskaidai juos į atskiras dalis. Įdomu, kad geležis turi patį stabiliausią branduolį. Taigi viską, kas yra sunkiau už geležį, padalijus išeina energija, viską, kas lengviau, sujungus – energija“, – sakė T. Donne.
Branduolių sintezės reakcija yra Saulės energija, teigė pašnekovas. Saulėje 4 vandenilio atomai susijungia į helį ir generuoja labai daug energijos – jos užtenka milijonams metų. Žemėje dirbama su sunkiuoju vandeniliu, vadinamu deuteriu ir tričiu.
Atomą sudaro branduolys, kuriame yra protonai ir neutronai, o aplink skrieja elektronai. Įprastą, labiausiai paplitusį vandenilį sudaro protonas ir vienas elektronas. Deuteris taip pat dar turi ir neutroną, jis yra dvigubai sunkesnis už vandenilį, tačiau chemiškai toks pat. Kiekviename vandens litre yra maždaug 3 miligramai deuterio. Tritis, turintis du neutronus, gamtoje nepasitaiko, jis yra gaminamas reaktoriuje.
„Sintezės reakcija atrodo taip: mes sujungiame deuterį ir tritį, sukuriame helį, kuris nėra radioaktyvus, bei neutroną. Šios dalelės turi labai daug energijos, kurią vėliau galime naudoti elektrai gaminti“, – aiškino mokslininkas.
Efektyviau nei saulė ir vėjas, saugiau už atominę elektrinę
Pašnekovas pabrėžė, kad toks energijos gavimo būdas yra švarus – jo metu neišsiskiria anglies dvideginis. Taip pat branduolių sintezės reakcija yra saugi, ne taip, kaip dalijimosi metu, čia nebūna grandininių reakcijų, išlydžių ir kažko panašaus. Taip pat nelieka ilgalaikių radioaktyvių atliekų, nes tos, kurios lieka po reakcijos, po kurio laiko gali būti panaudotos iš naujo.
Taip pat tai yra bazinės apkrovos energija, kurią įjungus ji iškart ir veikia – nereikia laukti, kol ims šviesti saulė ar pūsti vėjas. Tokio tipo elektrinė neužima daug vietos – panašiai tiek pat, kiek ir įprasta atominė jėgainė.
„Nereikia didelių laukų, skirtų vėjo jėgainėms ar saulės baterijoms. O kuro yra gausu. Deuterį paimam iš vandens, o tritį iš ličio. Dideliam reaktoriui, pagaminančiam 2 gigavatus energijos per metus, mums reikia tik 500 kilogramų kuro“, – tvirtino T. Donne. Anot jo, tam, kad gautume ličio, galima perdirbti visas panaudotas baterijas ir taip gauti reikalingo kuro.
Tiesa, tritis yra labai radioaktyvus ir pavojingas žmogaus organizmui, todėl su juo reikia elgtis ypač atsargiai. Tačiau, kaip pastebėjo pašnekovas, jo kiekis, naudojamas reaktoriuje, sudaro vos porą gramų.
Reaktoriaus patalpa yra didžiulės spurgos formos, jos skersmuo siekia apie 4–5 metrus. Patalpa pripildoma labai lengvų dujų, joje neįmanoma kvėpuoti. Reaktoriuje visuomet yra vos keli gramai kuro, teigė pašnekovas. Jeigu kas nors nutiktų ir, pavyzdžiui, sienoje atsivertų skylė, į vidų plūsteltų šaltas oras, o reakcija iškart nutrūktų, sprogimas įvyktų viduje ir neišsiveržtų į išorę.
Reikia tokių medžiagų, kurios nesilydytų net Saulės paviršiuje
Europa pasiekė branduolių sintezės pasaulio rekordą – reaktoriuje praėjusiais metais eksperimento metu per 5 sekundes buvo sugeneruoti 59 megadžauliai energijos.
„Mes parodėme, kad branduolių sintezė yra įmanoma. Šiuo metu dirbame su ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), tai didžiausias pasaulyje branduolinės sintezės eksperimentas, į kurį įsitraukusi Europa, Kinija, Korėja, Japonija, Indija, JAV, taip pat ir Rusija – nepaisant karo. ITER pradės veikti maždaug nuo 2030-ųjų. Aukšto našumo operacijas pradės vykdyti nuo 2036 metų.
ITER suteiks 10 kartų daugiau energijos, nei jam pačiam reikės. Reaktorius sugeneruos 500 megavatų išvesties energijos, gaudamas tik 50 megavatų, jis negamins elektros. Europa dirba su demo projektu, kuris vidutiniškai turėtų sugeneruoti 300–500 megavatų elektros energijos tinklams. Kitaip tariant, tai bus demonstracija, kaip galima išgauti elektrą iš sintezės, o tada tikimės, kad pramonė tai perims ir pastatys atitinkamas jėgaines“, – kalbėjo T. Donne.
Reakcijai reikalinga neįtikėtinai aukšta temperatūra, todėl būtinos itin savitos medžiagos – tokios, kurios net Saulės paviršiuje neišsilydytų, arba jas turi būti įmanoma efektyviai atvėsinti. Reikalingos ir kitos medžiagos, galinčios atlaikyti sintezės reakcijas dešimtis metų, nes reaktoriaus vidinių sienų dažnai keisti nesinorėtų. Šiuo metu mokslininkai daug dirba, bandydami tokias medžiagas sukurti.
„Turime medžiagas išmėginti neutronais ir pasižiūrėti, ar po susidūrimo su jais, jos lieka nepakitusios. Tai užtrunka labai daug laiko. Dabar Ispanijoje statome deuterio akceleratorių, kur dalelės atsitrenkia į litį, tuomet gaunama atitinkamo energijos spektro neutronų, su kuriais mes galime testuoti mėginius“, – dėstė mokslininkas. Nemažai darbo laukia stengiantis išsiaiškinti, kaip efektyviai išnaudoti kai kurių medžiagų kiekius, nes jų pasaulyje yra labai mažai.
Saulės ir vėjo energijos neužtenka, tačiau atsisakyti irgi nereikėtų
Paklaustas, ar įmanoma būtų kliautis tik tokio tipo energija ateityje, T. Donne patikino, kad teoriškai taip, tačiau praktiškai geriau taip nedaryti. Branduolinės sintezės reaktoriai, generuodami labai daug energijos, būtų tinkami statyti šalia didmiesčių, pramonės regionų, tačiau vis tiek negalima numoti ranka į saulės ir vėjo energiją.
Profesorius paaiškino, kad nemaža dalis žemės šiuo metu nebegali būti naudojama žemdirbystei, todėl būtų protinga tose vietovėse įrengti saulės ir vėjo jėgaines. Iki amžiaus pabaigos branduolių sintezė taps itin reikšmingu energijos gavimo būdu, tačiau patartina tik ja neapsiriboti.
„Aršiai kovojame su politikais Vokietijoje, ypač žaliaisiais, nes jie teigia, kad su saulės ir vėjo energija galime išspręsti visas energetikos problemas. Tačiau iš tikrųjų – ne. Vokietijoje 50 proc. energijos atkeliauja iš saulės ir vėjo, bet emisijų kiekis lieka toks pat kaip ir 2011-aisiais, kai buvo pradėti pokyčiai energetikoje.
Paprasčiausiai todėl, kad daugybę dienų nebūna saulės ir vėjo, tuomet turi paleisti veikti iškastiniu kuru varomas elektrines. Negali jų įjungti ir išjungti kada nori, vadinasi, jos visada turi kažkiek veikti ir deginti kurą, o tai yra labai taršu. Nepaisant to, kad 50 proc. energijos ateina iš saulės ir vėjo, vis tiek sunaudojama labai daug anglies. Neskaitant Lenkijos, Vokietija išlieka viena iš taršiausių šalių Europoje“, – kalbėjo T. Donne.
Siūlo atsigręžti į branduolinę energiją
Pasak jo, reikia pagaliau atsikratyti iškastinio kuro, tačiau saulės ir vėjo tam neužteks. Šiuo metu papildomas sprendimas yra branduolinė energetika, tačiau tikimasi, kad branduolių sintezė bus visiškai pasaulį keičianti technologija.
Jeigu šalys nusiteiktų ryžtingai, iškastinio kuro galėtume visiškai atsisakyti per 10 metų nuo dabar, pabrėžė pašnekovas. Tačiau tam reikėtų pasitelkti branduolinę energiją.
„Žinome, kaip pastatyti atominę jėgainę, galime tai padaryti per 10 metų. Šalys, kurios dabar išnaudoja branduolinę energiją, yra žaliausios Europoje, pavyzdžiui, Prancūzija, Švedija.
Jei remsiesi saulės, vėjo, biokuro ir vandens energija, iki 2050-ųjų CO2 sumažėjimo nepasieksi. Labai džiaugiuosi matydamas, kad Europos šalys keičia savo nuostatas. Prancūzija grįžta prie atominės energijos, Lenkija planuoja statyti 6 jėgaines, Suomija neseniai tokią paleido. Vokietija vis dar stipriai nusiteikusi prieš, tačiau nemažai politikų dėl to persigalvoja. Manau, kad trumpuoju laikotarpiu tai vienintelis būdas, nes branduolių sintezė galės būti įdarbinta tik po 2050-ųjų“, – savo įžvalgomis pasidalino mokslininkas.
Kadangi branduolių sintezei nereikia daug kuro, o jis randamas bet kur pasaulyje, pagaliau galėtų pasibaigti karai dėl naftos, gamtinių dujų. Visiškai dingtų priklausomybė nuo Rusijos.
Energija būtų išties pigi
2 gigavaitai energijos – tiek gali pagaminti reaktorius, sunaudojęs 500 kilogramų kuro. Tiek energijos užtenka 5 milijonus gyventojų turinčiam miestui visus metus. Tokį patį energijos kiekį gali pagaminti 6 milijonai saulės modulių arba 660 didžiulių vėjo jėgainių. Taigi tokiu būdu panaudojama nepalyginamai mažiau erdvės ant žemės.
„500 kilogramų yra niekas. Tiek galima sudėti į nedidelį sunkvežimį. Todėl tai tikrai nedidelė problema“, – pabrėžė profesorius.
Kilusi energetikos krizė privertė visuomenę gerokai sunerimti dėl energijos kainų. Nors šiuo metu sunku pasakyti, kiek, pavyzdžiui, elektra kainuotų turint branduolinės sintezės reaktorių, T. Donne patikino – ji tikrai būtų labai pigi.
„Pusė tonos kuro tokiam reaktoriui per metus kainuotų apie milijoną eurų. Penkis milijonus gyventojų turinčiam miestui. Tai kiekvienam gyventojui – 20 centų per metus už kurą. Žinoma, tai tik viena dalis.
Kita dalis yra pats reaktorius, kuris labai brangus. <...> Kai žinosime, kaip pastatyti jėgainę, bus pigiau, bet tarkime, kad tai kainuotų 10 milijardų eurų reaktoriui, kuris tarnautų 30 metų. Tai būtų 2000 eurų asmeniui kas 30-metį. Taigi 60 eurų per metus. Išvada vis tiek tokia, jog energija būtų palyginti pigi“, – paskaičiavo T. Donne.
