Το ITER αποτελεί τη μεγαλύτερη διεθνή προσπάθεια στον κόσμο για να αποδειχθεί ότι η πυρηνική σύντηξη μπορεί να πολλαπλασιάσει την ενέργεια κατά δέκα φορές
Κρυμμένο στη νοτιοανατολική περιοχή της Προβηγκίας στη Γαλλία, το στρατιωτικού τύπου συγκρότημα εμφανίζεται μετά από φιδωτούς δρόμους μέσα από αναπτυσσόμενους αμπελώνες, διάσπαρτα πεύκα και θέα στον ποταμό Durance.
Η Κίνα, η Ευρωπαϊκή Ένωση, η Ινδία, η Ιαπωνία, η Κορέα, η Ρωσία και οι Ηνωμένες Πολιτείες συμφώνησαν να κατασκευάσουν από κοινού το έργο το 2006
Αυτό δύο δεκαετίες μετά την πρωτοβουλία του Mikhail Gorbachev της ΕΣΣΔ και του προέδρου των ΗΠΑ Ronald Reagan, για τη δημιουργία διεθνούς έργου ανάπτυξης ειρηνικής ενέργειας σύντηξης.
Το ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ως οργανισμός ξεκίνησε επίσημα το 2007, μετά την κύρωση μιας συνθήκης που είχε συμφωνηθεί και υπογραφεί από όλα τα κράτη μέλη το προηγούμενο έτος.
Σήμερα, το τεράστιο συγκρότημα του ITER βρίσκεται σε υπερυψωμένη πλατφόρμα, εκτός κινδύνου πιθανών πλημμυρών από τον κοντινό ποταμό και τα υδροηλεκτρικά φράγματα.
Στο κέντρο του βρίσκεται ένα λαμπερό κτίριο ύψους 60 μέτρων που στεγάζει τον μερικώς συναρμολογημένο τοκάμακ, μια μηχανή σε σχήμα ντόνατ που στοχεύει να συντήξει άτομα δευτερίου και τριτίου, δύο ισότοπα του υδρογόνου, θερμαίνοντάς τα σε κατάσταση πλάσματος, απελευθερώνοντας ενέργεια στη διαδικασία - μιμούμενη τον Ήλιο.
Η τεράστια βαρυτική δύναμη του Ήλιου δημιουργεί τεράστια πίεση, επιτρέποντάς του να συντήκει άτομα σε περίπου 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Όμως στη Γη, όπου αυτές οι συνθήκες δεν μπορούν να αναπαραχθούν, η σύντηξη ατόμων απαιτεί θερμοκρασίες περίπου 150 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου.
Ο μερικώς συναρμολογημένος tokamak στο ITER. Τέσσερις από τις εννέα μονάδες έχουν μέχρι στιγμής εγκατασταθεί. Φωτογραφία: Οργανισμός ITER.
Η θέρμανση των ατόμων δευτερίου και τριτίου σε θερμοκρασία 10 φορές μεγαλύτερη από τον πυρήνα του Ήλιου θα παράγει ένα λεγόμενο «καίγόμενο πλάσμα» που γίνεται «αυτοθερμαινόμενο»
Όπως εξηγεί ο φυσικός του ITER Sven Korving και συμπληρώνει «Η αντίδραση είναι σαν μια φωτιά ξύλου. Βάζεις τον αναπτήρα στο ξύλο, αλλά σε κάποιο σημείο θέλεις να απομακρύνεις τον αναπτήρα και να αφήσεις τη φωτιά να συνεχίσει να καίει.» Μέχρι στιγμής, αυτή η κατάσταση «αυτοθέρμανσης» δεν έχει επιτευχθεί σε κανένα έργο.
Το ITER ελπίζει να αρχίσει να παράγει πλάσμα δευτερίου-τριτίου από το 2039 και να αυξάνει σταδιακά τη λειτουργία της μηχανής, με στόχο την παραγωγή 500 MW ενέργειας σύντηξης από 50 MW εισροής θέρμανσης για διαστήματα περίπου ενός λεπτού έως το 2044 και έως περίπου οκτώ λεπτών έως το 2047.
Εν τω μεταξύ, αρκετές νεοφυείς εταιρείες θέλουν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια - κάτι που το ITER δεν θα κάνει - με ένα εργοστάσιο πυρηνικής σύντηξης μέσα στην επόμενη δεκαετία.
Τα εμπορικά διακυβεύματα για την παραγωγή άφθονης, σταθερής, φθηνής και χαμηλών εκπομπών ενέργειας είναι υψηλά, ειδικά καθώς το AI και τα data centers αναμένεται να αυξήσουν την παγκόσμια ζήτηση ενέργειας
Η διακοπτόμενη φύση της αιολικής και ηλιακής ενέργειας απαιτεί τεχνολογίες βάσης ή λύσεις αποθήκευσης μεγάλης κλίμακας για την εξισορρόπηση προσφοράς και ζήτησης και τον μετριασμό της μεταβλητότητας των χονδρεμπορικών τιμών.
Ωστόσο, όσοι επιδιώκουν να κατασκευάσουν εργοστάσια σύντηξης ελπίζουν ότι θα παρέχουν σταθερή ενέργεια βάσης, παρόμοια με τους παραδοσιακούς πυρηνικούς αντιδραστήρες σχάσης.
Η σύντηξη θεωρείται ασφαλέστερη και καθαρότερη από την συμβατική πυρηνική σχάση, επειδή δεν μπορεί να διατηρήσει ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση και δεν παράγει μακρόβια ραδιενεργά απόβλητα όπως η σχάση ουρανίου.
Η ραδιενεργός διάσπαση του τριτίου διαρκεί περίπου 12 χρόνια, σε σύγκριση με χιλιάδες χρόνια για τα απόβλητα ουρανίου.
Ωστόσο, η κύρια πρόκληση για τη σύντηξη είναι η διατήρηση ενός εξαιρετικά θερμού πλάσματος σε σταθερές συνθήκες για αρκετό χρόνο ώστε να παραχθεί συνεχής ηλεκτρική ενέργεια. Όχι μόνο η τεχνολογία απέχει ακόμη χρόνια, αλλά και οι οικονομίες κλίμακας για τη σύντηξη.
Μοντέλο του tokamak ITER. Φωτογραφία: Elise Wu/Montel.
Ποιος θα είναι πρώτος;
Αν και το ITER δεν θα παράγει ηλεκτρική ενέργεια, είναι «πρώτο στο είδος του» από κάθε άποψη, λέει ο Alain Becoulet, αναπληρωτής γενικός διευθυντής και επικεφαλής επιστήμονας του οργανισμού.
Η κατασκευή του tokamak (σ.σ: πειραματική διάταξη σε σχήμα δακτυλίου που χρησιμοποιεί ισχυρά μαγνητικά πεδία για τον περιορισμό του πλάσματος, με σκοπό την επίτευξη ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης ) είχε «πολύ δύσκολη οργανωτική αρχή μέχρι το 2015», με την έναρξη λειτουργίας με δευτέριο και τρίτιο να καθυστερεί τέσσερα χρόνια έως το 2039 στην τελευταία αναθεώρηση του έργου.
Μέρος του προβλήματος είναι ότι τα εξαρτήματα της μηχανής παράγονται σε διαφορετικές χώρες-μέλη, συμπεριλαμβανομένων των εννέα τμημάτων του δοχείου κενού, το καθένα ύψους 20 μέτρων και βάρους περίπου 400 τόνων.
Τέσσερα από τα εννέα τμήματα του δοχείου, που θα περιέχει το πλάσμα μέσω μαγνητικών πεδίων, έχουν εγκατασταθεί μέχρι στιγμής, αλλά η προσθήκη των υπόλοιπων και η συγκόλλησή τους αναμένεται να διαρκέσει έως το 2030.
Ο Nicolas Sapet, που επιβλέπει τη συναρμολόγηση των τμημάτων, λέει ότι η διαδικασία απαιτεί εξαιρετικό επίπεδο ακρίβειας, ακόμη και μεγαλύτερο από τα πρότυπα που είχε συναντήσει στην προηγούμενη εργασία του στη διαστημική βιομηχανία.
Τα τελευταία χρόνια, μικρότερες ιδιωτικά χρηματοδοτούμενες εταιρείες έχουν εισέλθει στον χώρο, ισχυριζόμενες ότι μπορούν να κατασκευάσουν εργοστάσιο πυρηνικής σύντηξης μέσα στην επόμενη δεκαετία.
Ωστόσο, ο επικεφαλής επιστήμονας του ITER προειδοποιεί για τον κίνδυνο μιας «φούσκας υπερβολικής προσδοκίας που τροφοδοτείται από νεοφυείς εταιρείες που υπερβάλλουν για την πρόοδο».
Η αμερικανική εταιρεία Commonwealth Fusion Systems (CFS) είναι ίσως η πιο φιλόδοξη
Λέει ότι μπορεί να παραδώσει εργοστάσιο σύντηξης 400 MW στις αρχές της δεκαετίας του 2030, με στόχο κόστος παραγωγής 100 USD/MWh στην τρίτη ή τέταρτη μονάδα.
Η εταιρεία βασίζεται σε υπεραγώγιμους μαγνήτες υψηλής θερμοκρασίας, που θα δημιουργούν ισχυρότερα μαγνητικά πεδία για τον περιορισμό του πλάσματος, ώστε να επιτευχθεί tokamak 40 φορές μικρότερος από το ITER.
Η επικεφαλής διεθνών υποθέσεων της CFS, Jennifer Ganten, λέει ότι τα σχεδόν 3 δισ. USD που έχει συγκεντρώσει η εταιρεία της επιτρέπουν να «αποτυγχάνει γρήγορα και να βελτιώνει τα σχέδια πολύ γρήγορα».
Η πολυεθνική ενεργειακή εταιρεία Eni έχει ήδη υπογράψει συμφωνία απορρόφησης ενέργειας αξίας άνω του 1 δισ. USD με την CFS. «Έχουμε δει το δυναμικό της σύντηξης… και πιστεύουμε σε αυτή τη νέα προσέγγιση», λέει ο Eduardo Fiorentini, επικεφαλής ανάπτυξης πρωτοβουλιών μαγνητικής σύντηξης της Eni.
Ωστόσο, ο επικεφαλής επιστήμονας του ITER λέει ότι είναι σκεπτικός απέναντι στην ιδέα να προχωρήσουν απευθείας σε μικρογραφημένο τοκάμακ. «Πριν φτιάξουμε ρολόγια, φτιάξαμε ρολόγια παππού», λέει ο Becoulet.
Παρόλα αυτά, εκτιμά ότι οι πρώτες βιομηχανικές μονάδες θα είναι έτοιμες στα μέσα του αιώνα το νωρίτερο, με ευρεία ανάπτυξη στα τέλη του αιώνα.
Στροφή στο stellarator
Στη Γερμανία, η Proxima Fusion κατασκευάζει έναν stellarator - αδελφή τεχνολογία των tokamak - που μοιάζει με στριφτό ντόνατ.
Ο ιδρυτής της, Francesco Sciortino, λέει ότι έχει «χάσει την πίστη του» στους tokamak λόγω της αδυναμίας τους να λειτουργούν συνεχώς χωρίς διακοπές.
Παρότι είναι μόλις τριών ετών, η Proxima Fusion στοχεύει να κατασκευάσει έναν επιδεικτικό stellarator έως το 2032 - παρακλάδι ενός stellarator του Ινστιτούτου Max Planck για την Πλασματική Φυσική στη Γερμανία. Η εταιρεία ελπίζει να παραδώσει εργοστάσιο σύντηξης στα τέλη της δεκαετίας του 2030.
«Στην Ευρώπη, δεν πιστεύουμε ότι νέες εταιρείες μπορούν να αλλάξουν την οικονομία… αν δεν αρχίσουμε να το πιστεύουμε, τότε καλύτερα να τα μαζέψουμε και να πάμε όλοι στο Σαν Φρανσίσκο», λέει ο Sciortino.
Ο CEO της Proxima Fusion παραμένει ευγνώμων για την ώθηση του ITER προς τη σύντηξη, αλλά το αποκαλεί «έργο ειρήνης ή έργο ανάπτυξης εφοδιαστικής αλυσίδας». Το ITER, λέει, «είναι ό,τι καλύτερο μπορούσαμε να κάνουμε πριν 20 χρόνια… η ζωή προχωρά». Παρόλα αυτά, σημειώνει ότι όποιος προσπαθεί να βάλει το ITER και τις νεοφυείς εταιρείες σύντηξης σε αντιπαράθεση «χάνει το νόημα».
Και οι δύο τεχνολογίες, tokamak και stellarator, έχουν προκλήσεις. Οι stellarator μπορεί να έχουν πλεονέκτημα στη συνεχή λειτουργία του πλάσματος, αλλά τα πολύπλοκα μαγνητικά τους σχήματα αυξάνουν την πολυπλοκότητα και το κόστος κατασκευής.
Παρά τα διαφορετικά σχήματα για τον περιορισμό του πλάσματος, και οι δύο τεχνολογίες θα απαιτούν παρόμοια καύσιμα, κυρίως τρίτιο, το οποίο είναι σπάνιο στη φύση και θα πρέπει να «παράγεται» μέσω ανακύκλωσης νετρονίων. Δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί αποδεδειγμένη τεχνολογία. Απαιτείται επίσης περαιτέρω έρευνα για υλικά που θα αντέχουν στην ακραία θερμότητα.
Η ανάπτυξη των κατάλληλων υλικών για την εσωτερική επένδυση των τοιχωμάτων θα είναι κρίσιμη για τη μείωση του κόστους, λέει ο Pierre Vedrine, επικεφαλής σύντηξης στο γαλλικό ερευνητικό ίδρυμα CEA. «Υπάρχουν συμβιβασμοί και βελτιστοποιήσεις ανάμεσα σε όλους αυτούς τους περιορισμούς που πρέπει να συμβούν για να επιτευχθεί ένα βέλτιστο κόστος ανά μεγαβατώρα».
Κόστος και ασφάλεια
Η τελευταία αναθεώρηση του έργου ITER οδήγησε σε επιπλέον κόστος 5 δισ. ευρώ, πέρα από ήδη δεσμευμένες δαπάνες 20–40 δισ. ευρώ, σύμφωνα με αναφορά του AFP.
Ο οργανισμός ITER λέει ότι το ακριβές κόστος κατασκευής δεν είναι εύκολο να εκφραστεί ως ένα συνολικό ποσό, επειδή μεγάλο μέρος των συνεισφορών των μελών γίνεται σε είδος και όχι σε μετρητά. Ο Becoulet σημειώνει ότι το ITER είναι «επιστημονική και τεχνική επίδειξη της σύντηξης», άρα το κόστος του δεν πρέπει να θεωρείται ως κόστος κατασκευής εμπορικού εργοστασίου.
Η Milena Roveda, που αποχώρησε πρόσφατα από τη θέση της CEO της γερμανικής start-up Gauss Fusion, λέει ότι το κόστος των πρώτων εργοστασίων σύντηξης θα είναι αντίστοιχο με των παραδοσιακών πυρηνικών αντιδραστήρων, περίπου 15–18 δισ. ευρώ.
Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή αναμένεται να δημοσιεύσει τη στρατηγική της για την πυρηνική σύντηξη μέσα στο έτος
Ο Vedrine από το CEA λέει ότι το έγγραφο θα στοχεύει στον συντονισμό δημόσιων και ιδιωτικών προσπαθειών με ορίζοντα το 2040–2050 για το πρώτο εμπορικό εργοστάσιο.
Πιστεύει ότι είναι ακόμη νωρίς για να εντάξουν οι κυβερνήσεις τη σύντηξη στους ενεργειακούς σχεδιασμούς. «Πιθανότατα χρειαζόμαστε άλλα 5–10 χρόνια πριν μπορέσουμε να κάνουμε τόσο μακροπρόθεσμες προβλέψεις», λέει, πράγμα που σημαίνει ότι η Ευρώπη θα πρέπει να επιτύχει τον στόχο απανθρακοποίησης του 2050 χωρίς σύντηξη.
Ωστόσο, η τελική αντικατάσταση των παραδοσιακών πυρηνικών αντιδραστήρων σχάσης και ενδεχομένως ακόμη και των ανανεώσιμων πηγών από εργοστάσια σύντηξης είναι ένα ρεαλιστικό σενάριο αν η τεχνολογία πετύχει, λέει ο Vedrine.
Όσον αφορά την ασφάλεια, ο Andrew Holland, CEO της Fusion Industry Association, λέει ότι η πυρηνική σύντηξη πρέπει να ρυθμίζεται όπως οι επιταχυντές σωματιδίων και όχι όπως οι παραδοσιακοί πυρηνικοί σταθμοί.
Οι νεοφυείς εταιρείες σύντηξης επιδιώκουν να επηρεάσουν τους ευρωπαϊκούς ρυθμιστές ώστε να θεσπίσουν λιγότερο αυστηρούς κανόνες. Όμως ο επικεφαλής επιστήμονας του ITER λέει ότι η χαλάρωση των κανόνων είναι «ανέντιμη» και μη ασφαλής.
Η Γαλλική Αρχή Πυρηνικής Ασφάλειας και Ακτινοπροστασίας (ASNR) θεωρεί τα έργα σύντηξης ως πυρηνικές εγκαταστάσεις
Ωστόσο, η σύντηξη θα έχει σημαντικά πλεονεκτήματα ασφάλειας, λέει ο Olivier Dubois της ASNR, καθώς μια ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση όπως στο Τσερνόμπιλ είναι «φυσικά αδύνατη». Το ίδιο ισχύει και για αστοχίες συστημάτων ψύξης όπως στο Φουκουσίμα, αφού η θερμότητα παράγεται μόνο όσο το πλάσμα είναι ενεργό.
Το ITER έχει αντιμετωπίσει αμέτρητες προκλήσεις από την έναρξή του πριν από δύο δεκαετίες, αλλά μόνο ο χρόνος θα δείξει αν θα ανταποκριθεί στο όνομά του, «ο δρόμος».
Σε όσους λένε ότι η πυρηνική σύντηξη είναι πάντα 30 χρόνια μακριά, ο επικεφαλής επιστήμονας του ITER απαντά: «Θα εμπιστευόσασταν τον δήμαρχο του Παρισιού να περιγράφει το Παρίσι σε 30 χρόνια; Όχι. Άρα γιατί να εμπιστευτείτε έναν επιστήμονα που προβλέπει τη σύντηξη σε 30 χρόνια; Θα πάρει πολύ χρόνο, αλλά δεν μπορώ να προβλέψω πότε θα συμβεί» καταλήγει ι ίδιος.
www.worldenergynews.gr
