Itt a megoldás a brutális energiaár-drágulásra? Minden megváltozik, ha ez tényleg bejön

A Pénzcentrumon rendszeresen foglalkozunk az energiaárak drasztikus emelkedésével, és ennek kapcsán olyan innovatív megoldásokat mutatunk be olvasóinknak, amelyek segíthetnek kezelni a rezsiköltségek növekedését vagy éppen átalakítani az energiafogyasztás jövőjét. Írtunk már a közösségi energiatermelés hazai lehetőségeiről, de foglalkoztunk a jövő városaival és otthonaival is: olyan építészeti és technológiai megoldásokkal, amelyek nemcsak fenntarthatóbbá, de élhetőbbé és költséghatékonyabbá is teszik mindennapi életünket a klímaváltozás közepette.

Legutóbb pedig egy másik forradalmi kezdeményezést mutattunk be: egy texasi startup, a Quidnet Energy nemrég egy forradalmian új módszert tesztelt, amellyel az elektromos energiát hónapokon keresztül lehet tárolni föld alatti víznyomás formájában.

A National Geographic cikke most egy újabb nagyszabású tudományos projektet járt körbe, ami új alapokra helyezheti az egész bolygó energiaellátását. Talán sokak számára már nem szolgál olyan nagy meglepetésként, de a dologhoz a Nap energiájának van köze. Mielőtt azonban rátérnénk a projektre, vizsgáljuk meg közelebbről ennek az égitestnek a szerepét, hogy érződjön, mire is vállalkoztak a kutatók.

"Körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt született meg a mi Napunk, egy szinte kizárólag hidrogénből álló, sűrű gázfelhőből. A gravitáció hatására a felhő önmagába roskadt, gömbbé formálódott és egyre sűrűbbé vált. A nyomás és a hőmérséklet mind magasabbra szökött, míg végül a magjában elérte a 15 millió Celsius-fokot." - ecseteli a cikk.

Mint írják, ezen a hőmérsékleten a hidrogénatomok szétesnek, és létrejön a negyedik halmazállapot, a plazma, amely túlnyomórészt ionok és elektronok kavargó elegye. A plazma ritkán fordul elő a Földön, legfeljebb villámokban vagy neoncsövekben, de az univerzum tömegének több mint 99 százaléka ilyen állapotban van, zömmel a csillagokban. A Napban például minden pillanatban hidrogénatomok milliárdjai olvadnak össze, hogy hélium keletkezzen. Ez a folyamat energiát szabadít fel, amely hő és fény formájában sugárzik szét a térben.

A csillag belsejében a héliumatomok tömege kicsit kisebb, mint a négy kiinduló hidrogénatomé, a különbség pedig energiává alakul. Ez az energia hatol kifelé a plazmán, míg végül eljut a Nap felszínére, majd tovább az űrbe. Egy részét a Föld is elnyeli, ez adja a bolygónk életének alapját. Csak érzékeltetésképpen: a Nap minden egyes másodpercben annyi energiát termel, amennyivel az egész Földet több százezer évig el lehetne látni.

A csillagok működése egyszerű elven alapul, ezért régóta izgatja az emberiséget a gondolat: mi lenne, ha a Földön is létre tudnánk hozni egy ilyen „mini Napot”? Egy olyan energiaforrást, amely tiszta, olcsó, és gyakorlatilag végtelen. Nem bocsát ki szén-dioxidot, nem jár környezetszennyezéssel, és megszüntethetné az emberiség energiaéhségét.

Ez a vágy testesül meg az ITER-ben, abban az óriásprojektben, amely a dél-franciaországi Provence-ban épül, és amelyet sokan az emberiség történetének legambiciózusabb tudományos vállalkozásának tartanak.

A mesterséges csillag születése

Az ITER neve latinul „út”-at jelent, ugyanakkor a rövidítés az „International Thermonuclear Experimental Reactor” elnevezésből származik. Az építkezés több mint 100 hektáron zajlik, fenyőerdők és szőlőültetvények között, egy órányira a Földközi-tengertől. Naponta több mint kétezer ember dolgozik itt, a fizikusoktól a hegesztőkig, és még éjjel is kisebb műszakok tevékenykednek.

Az ITER nemzetközi összefogás eredménye: 33 ország vesz benne részt, köztük az Egyesült Államok, Oroszország, Kína, Japán és az Európai Unió tagállamai. Ez a világ népességének csaknem fele, és munkásaik több mint 90 országból érkeztek. A terület közepén egy hatalmas, ablak nélküli betonépület emelkedik, mint egy modern katedrális, amely a tudomány oltárának készült.

A belépés komoly protokollhoz kötött. A látogatóknak fehér laborruhát, hajhálót, védőszemüveget és kesztyűt kell viselniük, cipőjüket pedig automata tisztítón kell áthúzniuk, hogy egy porszem se juthasson a berendezésbe. Egy apró szennyeződés is súlyos kárt okozhat, hiszen az ITER minden eleme extrém pontosságot igényel.

A gép belsejében, a számos csőrendszer, vezeték és fémszerkezet között, ott rejtőzik az ITER szíve: a tokamak, egy hatalmas, gyűrű alakú kamra, amelyben a plazma fog kavarogni. Az egész berendezés 450 ezer tonnát nyom, és több mint tízmillió különálló alkatrészből épül fel. Sokak szerint ez az emberiség történetének legösszetettebb gépe.

A tokamak belsejében nem lehet semmilyen anyag, ami szennyezné a plazmát. A falak fényes fémből készülnek, a legtöbb elem ezüstözött, hogy visszaverje a hőt. A belső tér úgy néz ki, mint egy science fiction film díszlete, tele vezetékekkel, mágnesekkel, csövekkel és hatalmas fémtárcsákkal.

Sok még az akadály

Az ITER kizárólag állami pénzből valósul meg, profitorientált cél nélkül. A tudósok hangsúlyozzák, hogy ez egy békeprojekt, hiszen az itt szerzett tudás minden ország számára szabadon hozzáférhető lesz. Ugyanakkor a megvalósítás nem mentes a konfliktusoktól, hiszen a több évtizedes fejlesztés során számtalan technikai és politikai akadály merült fel.

A támogatók szerint viszont az ITER a jövő szimbóluma. „Ez a projekt a jövő nemzedékeinek megmentője lehet” – mondta Akko Maas holland fizikus, aki már 25 éve dolgozik itt. Sokan úgy tekintenek az építményre, mint korunk piramisára vagy gótikus katedrálisára. Egy olyan műre, amely az emberi hitet, kitartást és kíváncsiságot testesíti meg.

Miért más, mint az atomerőművek?

Ma a világ több mint 400 működő atomerőműve a maghasadáson alapul, (amikor a nehéz elemek, például az urán vagy plutónium atommagjai szétválnak.) Ez a folyamat viszonylag könnyen indítható, de rendkívül veszélyes, hiszen radioaktív hulladékot termel, amely tízezer évekig is sugárzó marad.

A magfúzió ezzel szemben az ellenkező irányban halad: nem szétválasztja, hanem egyesíti az atomokat. Könnyű elemek, például a hidrogén izotópjai – a deutérium és a trícium – egyesülnek, és közben hatalmas energia szabadul fel. A fúziós reaktorban nincs láncreakció, nincs robbanásveszély, és a keletkező radioaktív anyagok mennyisége is elenyésző.

Egy kilogramm fúziós üzemanyag négymilliószor több energiát képes termelni, mint ugyanennyi szén vagy olaj, és négyszer többet, mint a maghasadás. A deutérium a tengervízből szinte korlátlanul kinyerhető, a trícium pedig mesterségesen előállítható. Elméletileg tehát az emberiség energiaellátása több millió évre megoldható lenne.

Nem sci-fi, de irtó nehéz kivitelezni

A probléma az, hogy a fúzió rendkívül nehéz folyamat. Az atommagok természetes taszítása miatt óriási erő kell ahhoz, hogy összeolvadjanak. A Napban ezt a gravitáció biztosítja, hiszen a csillag középpontja tizenháromszor sűrűbb, mint az ólom. Ilyen nyomást a Földön lehetetlen előidézni, ezért hőmérsékletben kell pótolni.

Az ITER belsejében a hőmérséklet elérheti a 150 millió Celsius-fokot, ami tízszer forróbb, mint a Nap magja. A plazmát nem lehet anyaggal bezárni, mert minden azonnal elpárologna, ezért hatalmas mágneses mezők tartják lebegve a térben.

A mágnesrendszer az emberiség által valaha épített legerősebb. A központi mágnes, a szolenoid, hat emelet magas, és akkora erőket generál, amellyel egy repülőgép-hordozót is felemelhetne. Összesen 18 darab D-alakú toroidmágnes és 6 poloidmágnes veszi körül a tokamakot, mindegyiket hajszálpontos illesztéssel. A hibahatár kisebb, mint egy papírlap vastagsága.

A mágnesek szupravezető anyagból készülnek, vagyis hatalmas áramot vezetnek ellenállás nélkül, de ehhez rendkívül hidegen kell tartani őket. Az ITER hűtőrendszere, a világ legbonyolultabb „hűtőgépe”, folyékony héliumot keringtet, és mínusz 270 Celsius-fokon működik. Így a gép egyszerre lesz az univerzum egyik legforróbb és leghidegebb pontja, mindössze néhány méteren belül.

„A természet erőivel játszunk” – mondta Alberto Loarte, az ITER tudományos igazgatója. „Nem tudjuk, milyen nehézségekkel fogunk szembesülni, lehet, hogy rájövünk, hogy még semmit sem értünk igazán.” - tette hozzá.

Így működne a dolog a gyakorlatban

A tokamakot vákuumra szivattyúzzák, majd bevezetik a hidrogén izotópjait: a deutériumot és a tríciumot. Ezután hatalmas energiájú részecskenyalábokkal, úgynevezett semleges nyaláb injektorokkal kezdik melegíteni az anyagot. A cél, hogy a plazma hőmérséklete elérje a 270 millió Fahrenheit-fokot, vagyis több mint 150 millió Celsius-fokot.

Ekkor a deutérium és a trícium atommagjai összeolvadnak, hélium keletkezik, és neutronok szabadulnak fel. A neutronok nekiütköznek a reaktor falának, ahol hő formájában adják le energiájukat. Egy valódi erőműben ezt a hőt vízgőz előállítására használnák, amely turbinákat hajt, és elektromos áramot termel.

Az ITER azonban még nem fog áramot termelni. Ez egy kísérleti berendezés, amelynek célja, hogy bebizonyítsa: a fúzió fenntartható és biztonságos módon is működhet. Ha ez sikerül, a jövő reaktorai már ténylegesen energiát termelnek majd. Az első ilyen működő fúziós erőmű talán az évszázad közepén épülhet meg.

A projekt végső célja, hogy legalább 400 másodpercen, vagyis közel hét percen át fenn tudjon tartani egy stabil, energiát termelő plazmát. Ha ez sikerül, az emberiség történetében először válhat valóra az álom, hogy a csillagok tüzét a Földre hozzuk.

Természetesen már most sokan elégedetlenek

Az ITER kritikusai szerint a projekt túl drága, túl bonyolult és talán örökké befejezetlen marad. Három Nobel-díjas fizikus is kétségbe vonta, hogy valaha is működni fog. Mégis, sok tudós szerint ez az egyetlen út, amely valóban megmentheti a civilizációt. Stephen Hawking úgy fogalmazott, hogy a magfúzió az egyetlen ötlet, amely valóban képes lehet előrevinnie az emberiséget.

Az ITER tehát egyszerre őrült vállalkozás és inspiráló remény. Talán sosem fog tökéletesen működni, de ha igen, az energiahiány, a klímaválság és a környezetszennyezés problémája örökre a múlté lehet. És még ha nem is érjük el ezt a célt, maga a próbálkozás is azt mutatja, hogy az emberiség képes összefogni valamiért, ami túlmutat önmagán: egy jövőért, amelyben a csillagok ereje a miénk lehet.