Το Ηνωμένο Βασίλειο αναζητά τοποθεσία για τον πρώτο σταθμό παραγωγής ενέργειας σύντηξης στον κόσμο

Η κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου κάλεσε σήμερα τις κοινότητες σε όλη τη χώρα να προσφέρουν εθελοντικά μια τοποθεσία για έναν πρωτότυπο αντιδραστήρα σύντηξης, ο οποίος θα ήταν ο πρώτος - ελπίζεται - που θα βάλει ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο. Το έργο, που ονομάζεται Spherical Tokamak for Energy Production (STEP), ξεκίνησε πέρυσι με ένα αρχικό ποσό 222 εκατομμυρίων λιρών σε 5 χρόνια για την ανάπτυξη ενός σχεδίου. Η Αρχή Ατομικής Ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου (UKAEA), η κυβερνητική υπηρεσία που επιβλέπει την προσπάθεια, λέει ότι η κατασκευή θα μπορούσε να ξεκινήσει μόλις το 2032, με λειτουργία έως το 2040.

«Οποιαδήποτε νέα συσκευή είναι ευπρόσδεκτη γιατί φέρνει νέες ιδέες», λέει ο Tony Donné, διευθυντής του EUROfusion, του προγράμματος σύντηξης της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Αλλά υποπτεύεται ότι το STEP δεν θα το κόψει αρκετά ως γεννήτρια ρεύματος. "Η εντύπωσή μου είναι ότι θα είναι περισσότερο μια εγκατάσταση δοκιμής εξαρτημάτων."

Ο αγώνας διεξάγεται σε όλο τον κόσμο για την κατασκευή του πρώτου αντιδραστήρα σύντηξης που μπορεί να παράγει υπερβολική ενέργεια. Η σύντηξη συγχωνεύει ισότοπα υδρογόνου σε ένα υπερθερμασμένο αέριο ή πλάσμα - αντικατοπτρίζοντας τη διαδικασία που τροφοδοτεί τα αστέρια. Οι πηγές καυσίμου είναι σχετικά άφθονες και οι ανησυχίες για την ακτινοβολία είναι μικρές σε σύγκριση με τους πυρηνικούς αντιδραστήρες που λειτουργούν με σχάση.

Αλλά ως πρακτική πηγή ενέργειας, η σύντηξη παρέμεινε ένα μακρινό όνειρο. Απαιτεί θερμοκρασίες εκατοντάδων εκατομμυρίων βαθμών. Για να αποτρέψουν το καυτό πλάσμα από το να αγγίξει και να λιώσει το δοχείο συγκράτησης του, οι μηχανικοί συνήθως χρησιμοποιούν ισχυρούς μαγνήτες που περιβάλλουν tokamaks σε σχήμα ντόνατ. Αλλά κανένα τοκαμάκ δεν έχει δημιουργήσει περισσότερη ενέργεια από τη σύντηξη από αυτή που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του πλάσματος. Το ITER tokamak στη Γαλλία, που αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2025, θα είναι το πρώτο που θα επιδείξει ενεργειακό κέρδος, αν και αυτό δεν θα συμβεί παρά μετά το 2035 και ακόμη και τότε, η ενέργεια σύντηξης δεν θα χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Το σφαιρικό STEP θα μοιάζει περισσότερο με μήλο με πυρήνα παρά με ντόνατ. Αυτό προσδίδει μεγαλύτερη σταθερότητα στο πλάσμα, ώστε οι χειριστές να μπορούν να επιτύχουν υψηλότερες θερμοκρασίες σε μια μικρότερη συσκευή. Τα σφαιρικά tokamak πρωτοστατήθηκαν στο Culham Center for Fusion Energy (CCFE) της UKAEA, με μια συσκευή που ονομάζεται Mega Amp Spherical Tokamak (MAST) Upgrade, και στις Ηνωμένες Πολιτείες στο Princeton Plasma Physics Laboratory με τη συσκευή National Spherical Torus Experiment Upgrade. Το Ηνωμένο Βασίλειο ελπίζει τώρα να επωφεληθεί από αυτήν την εμπειρία με το STEP, το οποίο θα έχει ως στόχο την παραγωγή 50 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας. "Το STEP είναι ένα λογικό βήμα μετά την αναβάθμιση MAST", λέει ο Donné.

Ο διευθυντής του CCFE, Ian Chapman, λέει ότι το μικρό μέγεθος των σφαιρικών tokamaks είναι ένα βασικό πλεονέκτημα, επειδή το μεγαλύτερο κόστος στο ITER 25 δισεκατομμυρίων δολαρίων είναι οι γιγάντιοι μαγνήτες του. Με κόστος κεφαλαίου τόσο χαμηλό όσο μερικά δισεκατομμύρια δολάρια, ο Chapman λέει ότι το STEP θα ήταν πολύ φθηνότερο από το ITER—απαραίτητο εάν η σύντηξη είναι ποτέ ανταγωνιστική με σταθμούς παραγωγής ενέργειας από ορυκτά ή ανανεώσιμα πηγές ενέργειας που μπορούν να κατασκευαστούν για λιγότερο και να παράγουν συγκρίσιμες ποσότητες ενέργειας.

Αλλά τα σφαιρικά tokamak έχουν επίσης μειονεκτήματα, λέει ο Donné. Το καυτό πυκνό πλάσμα σε μια μικρότερη συσκευή είναι πιο επιζήμιο για τα υλικά, επομένως τα εξαρτήματα μπορεί να χρειάζεται να αντικαθίστανται πιο συχνά. Και το STEP είναι απίθανο να είναι ικανό να παράγει τρίτιο, ένα από τα δύο ισότοπα υδρογόνου που τροφοδοτούν τον αντιδραστήρα. Το τρίτιο είναι ραδιενεργό με χρόνο ημιζωής 12 χρόνια και οι παγκόσμιες προμήθειες είναι χαμηλές. Ένας αντιδραστήρας που λειτουργεί θα πρέπει να παράγει το δικό του τρίτιο περιβάλλοντας το δοχείο με μπαλώματα λιθίου που παράγουν τρίτιο όταν βομβαρδίζονται από νετρόνια από την αντίδραση σύντηξης. Το ITER θα είναι η πρώτη προσπάθεια επίδειξης αναπαραγωγής τριτίου. STEP, λέει ο Donné, "δεν θα μπορούσε να εφαρμόσει την αναπαραγωγή τριτίου σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα."

Ο Donné υποψιάζεται επίσης ότι υπάρχει ένα πολιτικό στοιχείο στην ώθηση για STEP. Το CCFE φιλοξενεί επίσης το Joint European Torus, τώρα το μεγαλύτερο tokamak στον κόσμο, το οποίο πλησιάζει στο τέλος της επαγγελματικής του ζωής. Η κατάρρευσή του θα μπορούσε ενδεχομένως να αφήσει πολλούς ερευνητές σύντηξης με χρόνο στα χέρια τους. Το μέλλον του Ηνωμένου Βασιλείου ως εταίρου στο έργο ITER τίθεται επίσης υπό αμφισβήτηση, εάν η χώρα δεν υπογράψει εμπορική συμφωνία με την Ευρωπαϊκή Ένωση. Και η CCFE έχει ανταγωνιστές του ιδιωτικού τομέα να αναπνέουν. Η Tokamak Energy, μια νεοσύστατη εταιρεία του Ηνωμένου Βασιλείου, προσπαθεί να κατασκευάσει ένα συμπαγές σφαιρικό tokamak για παραγωγή ενέργειας έως το 2030 και η αμερικανική startup Commonwealth Fusion Systems σχεδιάζει να ξεκινήσει να κατασκευάζει έναν παρόμοιο αντιδραστήρα που λειτουργεί μέχρι το 2025.

Αυτό δεν θα απασχολήσει ελάχιστα τις κοινότητες που διεκδικούν να φιλοξενήσουν το STEP, οι οποίες θα το δουν ως έναν τρόπο να αντλήσουν χρήματα και θέσεις εργασίας στην περιοχή τους. Έχουν προθεσμία μέχρι τον Μάρτιο του 2021 για να υποβάλουν αίτηση και θα πρέπει να προσφέρουν 100 εκτάρια γης, τα οποία θα ελεγχθούν για γεωλογική καταλληλότητα, πρόσβαση και άλλα κριτήρια. Η UKAEA σχεδιάζει να επιλέξει έναν ιστότοπο έως το τέλος του 2022.