Πυρηνική σύντηξη: Ιστορικό ορόσημο στο δρόμο για ανεξάντλητη, πράσινη ενέργεια

Για πρώτη φορά έπειτα από δεκαετίες πειραματισμών, αμερικανοί ερευνητές πέτυχαν πυρηνική σύντηξη με θετικό ισοζύγιο ενέργειας, μια εξέλιξη που ίσως τελικά ανοίξει το δρόμο για παραγωγή άφθονης, πράσινης ενέργειας από τη διαδικασία που τροφοδοτεί τα άστρα.

Ενδεικτικό της σημασίας του «μείζονος επιστημονικού επιτεύγματος» είναι ότι παρουσιάστηκε σε συνέντευξη Τύπου από την αμερικανίδα υπουργό Ενέργειας Τζένιφερ Γκράνολμ.

Τα συνεχιζόμενα πειράματα, είπε η υπουργός, «θα μας βοηθήσουν να λύσουμε τα πιο πιεστικά και περίπλοκα προβλήματα της ανθρωπότητας, όπως την παραγωγή καθαρής ενέργειας για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής».

Πυρ ομαδόν

Το Εθνικό Εργαστήριο Λόρενς Λίβερμορ στην Καλιφόρνια, το οποίο υπάγεται στο υπουργείο Ενέργειας, χρησιμοποίησε το ισχυρότερο λέιζερ του κόσμου, μια συστοιχία από 192 δέσμες, για να βομβαρδίσει μια μικρή κάψουλα με υδρογόνο.

Υπό συνθήκες ακραίας πίεσης και θερμοκρασίας, τα άτομα υδρογόνου ενώνονται σε βαρύτερα άτομα και ταυτόχρονα απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειες.

Στον τελευταίο γύρο πειραμάτων στις 5 Δεκεμβρίου παρήχθη, έστω για μια στιγμή, περισσότερη ενέργεια από ό,τι κατανάλωσαν τα λέιζερ, κάτι που ουδέποτε είχε επιτευχθεί μέχρι σήμερα.

Αυτό, όμως, δεν αρκεί για να ανοίξει το δρόμο στην εμπορική αξιοποίηση της σύντηξης: η παραγόμενη ενέργεια ήταν μεν περισσότερη από όση διοχετεύτηκε με τα λέιζερ, αντιστοιχούσε όμως σε μόλις 0,5% της συνολικής ενέργειας που κατανάλωσε η όλη εγκατάσταση.

Για να καταστεί αξιοποιήσιμη η σύντηξη το ποσοστό αυτό θα έπρεπε να υπερβεί κατά πολύ το 100%.

Συνολικά 192 δέσμες λέιζερ στοχεύουν μια μικρή κάψουλα με υδρογόνο στο κέντρο της μεταλλικής σφαίρας (Philip Saltonstall)

«Το αποτέλεσμα αυτό απέχει πολύ από το πραγματικό θετικό ισοζύγιο ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Μπορούμε επομένως να πούμε ότι πρόκειται για επιστημονική επιτυχία, η οποία όμως απέχει πολύ από την προσφορά ελεύθερης ενέργειας» είχε σχολιάσει νωρίτερα στο CNN ο Τόνι Ράουλστοουν του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ στη Βρετανία.

Επιπλέον, η αντίδραση σύντηξης διατηρήθηκε μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου και παρήγαγε μόνο 3,5 megajoule ενέργειας, ποσότητα που ισοδυναμεί σε μόλις 752 θερμίδες (kcal), λιγότερες από ό,τι καταναλώνει ημερησίως ένας ενήλικας.

Τα άστρα στη Γη

Η πυρηνική σύντηξη, η αντίδραση που κάνει τον Ήλιο να λάμπει, είναι γνωστή από τη δεκαετία του 1920 και χρησιμοποιείται στα θερμοπυρηνικά όπλα.

Μέχρι σήμερα όμως δεν έχει αξιοποιηθεί στην ηλεκτροπαραγωγή, παρόλο που κάτι τέτοιο θα περιόριζε δραστικά το πρόβλημα των πυρηνικών αποβλήτων. Οι πρώτες ύλες υπάρχουν εξάλλου σε αφθονία, καθώς κατάλληλα ισότοπα του υδρογόνου μπορούν να απομονωθούν από το θαλασσινό νερό.

Σε αντίθεση με τις αντιδράσεις πυρηνικής σχάσης, στις οποίες βαριά άτομα όπως το ουράνιο διασπώνται σε ελαφρύτερα, στις αντιδράσεις σχάσης άτομα υδρογόνου ενώνονται να σχηματίζουν βαρύτερα άτομα ηλίου.

Η κάψουλα που περιείχε το πυρηνικό καύσιμο έχει διάμετρο μόλις μερικά χιλιοστά (LLNL)

Τα προϊόντα της αντίδρασης έχουν ελαφρώς μικρότερη μάζα από την αρχική ποσότητα υδρογόνου, με τη μάζα που λείπει να μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία μπορεί τελικά να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ένα βασικό εμπόδιο είναι ότι οι αντιδράσεις αυτές απαιτούν θερμοκρασίες άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, πάνω από 10 φορές υψηλότερες από τη θερμοκρασία στην καρδιά του Ήλιου.

Άλλες πειραματικές διατάξεις σε ΗΠΑ, Ευρώπη και Ασία ακολουθούν διαφορετική προσέγγιση, καθώς χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικά πεδία για να θερμάνουν υδρογόνο μέσα σε αντιδραστήρες που ονομάζονται «τόκαμακ».

Ο μεγαλύτερος τέτοιος αντιδραστήρας είναι ο Διεθνής Πειραματικός Θερμοπυρηνικός Αντιδραστήρας (ITER), ο οποίος βρίσκεται υπό κατασκευή στο Κανταράς της Γαλλίας αλλά συναντά σημαντικά τεχνικά εμπόδια.

Οι προσπάθειες πάντως παραμένουν εντατικές: σύμφωνα με τον Βιομηχανικό Σύνδεσμο Σύντηξης, μόνο το 2021 οι ιδιωτικές επενδύσεις σε πειράματα σύντηξης ξεπέρασαν τα 2,8 δισεκατομμύρια δολάρια.