Chiny są coraz bliżej opanowania nieograniczonych, czystych źródeł energii

Tętniące życiem miasto Szanghaj świętuje obchody narodowe słynnymi na cały świat pokazami świetlnymi, podczas których wieżowce rozświetlają się olśniewającymi kolorami.

To tutaj naukowcy i inżynierowie pracują bez przerwy, dążąc do osiągnięcia kolejnego przełomu w globalnej technologii, od internetu 6G i zaawansowanej sztucznej inteligencji po robotykę nowej generacji. To właśnie tutaj mały startup o nazwie Energy Singularity pracuje nad czymś niezwykłym: energią z fuzji jądrowej.

Energia syntezy jądrowej to energia wytwarzana w reakcjach syntezy jądrowej. Jest ona przeciwieństwem reakcji rozszczepienia stosowanej we współczesnych reaktorach jądrowych lub broni atomowej.

Fuzja jądrowa, proces, który napędza Słońce i inne gwiazdy, jest trudna do powtórzenia na Ziemi. Kilka krajów osiągnęło już syntezę jądrową, ale utrzymanie jej wystarczająco długo, aby można ją było wykorzystać w praktyce, pozostaje nieuchwytne.

Szanghaj nocą. Zdjęcie: New York Times

Kontrolowana reakcja syntezy jądrowej uwalnia około 4 miliony razy więcej energii niż spalanie węgla, ropy naftowej lub gazu i 4 razy więcej niż rozszczepienie, rodzaj energii jądrowej stosowanej obecnie. Nie uda się jej opracować na tyle wcześnie, aby przeciwdziałać zmianom klimatu w tej dekadzie, ale może być rozwiązaniem problemu przyszłego ocieplenia.

Chiński rząd inwestuje w projekt, szacując, że będzie inwestował od 1 do 1,5 miliarda dolarów rocznie w fuzję, według Jeana Paula Allaina, szefa Biura ds. Nauki o Energii Fuzyjnej w Departamencie Energii USA. Dla porównania, rząd USA wydaje około 800 milionów dolarów rocznie.

Prywatne przedsiębiorstwa w obu krajach są optymistycznie nastawione i wierzą, że uda im się wprowadzić energię z fuzji do sieci do połowy lat trzydziestych XXI wieku, mimo że wciąż istnieją ogromne wyzwania techniczne.

Tokamak „sztuczne słońce”

Fuzja jądrowa to niezwykle złożony proces, który polega na ściśnięciu dwóch jąder, które normalnie się odpychają. Jednym ze sposobów jest podniesienie temperatury w tokamaku do 150 milionów stopni Celsjusza, czyli 10 razy wyższej niż temperatura jądra Słońca.

Podczas łączenia się jąder uwalniana jest duża ilość energii w postaci ciepła, która może być wykorzystana do napędzania turbin i wytwarzania energii elektrycznej.

Szanghajski startup Energy Singularity zbudował własny tokamak w ciągu trzech lat, szybciej niż jakikolwiek inny reaktor, jaki kiedykolwiek zbudowano. Tokamak to niezwykle złożona maszyna cylindryczna lub toroidalna, która podgrzewa wodór do ekstremalnie wysokich temperatur, tworząc plazmę, w której zachodzi synteza jądrowa.

Plazma jest uwięziona w tokamaku Energy Singularity podczas eksperymentu. Zdjęcie: Energy Singularity

Firma Energy Singularity otrzymała ponad 112 milionów dolarów inwestycji prywatnych i dokonała pierwszego na świecie osiągnięcia: obecny tokamak firmy jest jedynym tokamakiem wykorzystującym zaawansowane magnesy w eksperymentach plazmowych.

Magnesy te, nazywane nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi, są mocniejsze od magnesów miedzianych stosowanych w starszych tokamakach, co pozwala mniejszym tokamakom generować tyle samo energii fuzji, co większym, i lepiej utrzymywać plazmę.

Firma poinformowała, że ​​planuje zbudować tokamaka drugiej generacji do 2027 r., aby udowodnić, że jej metoda jest opłacalna komercyjnie. Spodziewa się również, że do 2035 r. będzie mogła opracować urządzenie trzeciej generacji, które będzie mogło dostarczać energię do sieci.

Dzięki pieniądzom, jakie Chiny inwestują w badania, koncepcja tokamaka rozwija się dynamicznie. Chiński tokamak EAST w Hefei utrzymywał plazmę w temperaturze 70 milionów stopni Celsjusza, pięć razy wyższej niż temperatura jądra Słońca, przez ponad 17 minut, co stanowi światowy rekord i jest niesamowitym przełomem.

Technologia laserowa

Podczas gdy Chiny przodują w dziedzinie reaktorów tokamak, USA znajdują przewagę w innej technologii: laserach.

Pod koniec 2022 roku naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii wystrzelili prawie 200 laserów w cylinder zawierający kapsułę paliwową wielkości ziarenka pieprzu, co było pierwszym na świecie udanym eksperymentem, w którym udało się wytworzyć energię netto z syntezy jądrowej. Energia uwolniona w tym procesie była większa niż energia zużyta na ogrzanie kapsuły.

Część systemu laserowego w Lawrence Livermore National Laboratory, gdzie naukowcy z powodzeniem „zainicjowali” reakcję syntezy jądrowej. Zdjęcie: Damien Jemison

Istnieje wiele innych sposobów osiągnięcia fuzji jądrowej i Stany Zjednoczone stawiają na różnorodne technologie.

„Może istnieć więcej niż jeden sposób i nie wiemy dokładnie, który jest najlepszy” w podejściu do energii syntezy jądrowej – powiedziała Melanie Windridge, brytyjska fizyk plazmy. Dodała, że ​​w dłuższej perspektywie będzie to zależało od kosztów i innych czynników, ale podkreśliła, że ​​tokamak jest najlepiej zbadaną koncepcją.

Podczas gdy chiński rząd inwestował w fuzję jądrową, Stany Zjednoczone przyciągnęły więcej inwestycji prywatnych. Globalnie sektor prywatny wydał 7 miliardów dolarów na fuzję w ciągu ostatnich trzech do czterech lat, z czego około 80 procent pochodziło od firm amerykańskich, według Allaina.

Jeśli jednak chiński rząd będzie nadal inwestował ponad miliard dolarów rocznie, kwota ta może wkrótce przewyższyć wydatki USA, nawet w sektorze prywatnym.

A jeśli inwestycje te się opłacą, kolorowe obchody w Szanghaju nadadzą Chinom zupełnie nowy wygląd.

Hoai Phuong (według CNN)

Source: https://www.congluan.vn/trung-quoc-tien-gan-den-viec-lam-chu-nguon-nang-luong-sach-vo-tan-post313167.html