Πυρηνική σύντηξη: Πόσο κοντά βρισκόμαστε στο να δαμάσουμε τον Ήλιο;

Ο αγώνας για την απόκτηση ενέργειας με την πυρηνική σύντηξη έχει επιταχυνθεί. Καθοδηγούμενο από τις τελευταίες επιστημονικές εξελίξεις και ένα μεγάλο κύμα επενδύσεων σε ιδιωτικά έργα, το παλιό όνειρο της παραγωγής ενέργειας με την αναπαραγωγή των διαδικασιών που κρατούν τα αστέρια αναμμένα δεν είναι πλέον επιστημονική φαντασία.

Όλοι έχουν στο μυαλό τους τον Ήλιο. Όχι άδικα αφού συνδέεται άμεσα με το θέμα της πυρηνικής σύντηξης, καθώς η σύντηξη είναι η φυσική διαδικασία που παράγει την ενέργεια του και των άλλων αστέρων. Στον Ήλιο, οι υψηλές θερμοκρασίες και η τεράστια πίεση επιτρέπουν στους πυρήνες υδρογόνου να συγχωνεύονται, σχηματίζοντας ήλιο και απελευθερώνοντας τεράστια ποσά ενέργειας.

Η ίδια διαδικασία επιχειρείται να αναπαραχθεί στη Γη μέσω της πυρηνικής σύντηξης, η οποία θεωρείται η «καθαρή» μορφή παραγωγής ενέργειας, καθώς δεν παράγει επικίνδυνα απόβλητα όπως η σχάση.

Η μεγάλη πρόκληση είναι να δημιουργηθεί στη Γη το περιβάλλον που απαιτείται για την έναρξη και διατήρηση της σύντηξης, κάτι που είναι εξαιρετικά δύσκολο λόγω των τεράστιων θερμοκρασιών και πιέσεων που απαιτούνται.

Για περισσότερα από 70 χρόνια, η ανθρωπότητα επιδιώκει το όνειρο να μετατρέψει την πυρηνική σύντηξη (την ένωση των πυρήνων δύο ατόμων, ακριβώς το αντίθετο από αυτό που κάνει η σχάση στους σημερινούς πυρηνικούς σταθμούς) σε μια πηγή ενέργειας που αναμένεται να είναι ασφαλής, καθαρή (δημιουργεί απόβλητα, αλλά πολύ διαχειρίσιμη και δεν εκπέμπει αέρια θερμοκηπίου) και σχεδόν ανεξάντλητη: τα κύρια καύσιμα της βρίσκονται εύκολα στη φύση (για παράδειγμα, το θαλασσινό νερό ως πηγή ατόμων δευτερίου).

Όλα άρχισαν ότι επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στις ΗΠΑ πέτυχαν το ακατόρθωτο στις 5 Δεκεμβρίου 2022.
Με τη χρήση 192 λέιζερ υπεριώδους ακτινοβολίας, κατόρθωσαν να παράγουν 3 μεγατζάουλ ενέργειας εφαρμόζοντας 2,3 μεγατζάουλ, δημιουργώντας ουσιαστικά περισσότερη ενέργεια από αυτή που κατανάλωσαν στο λέιζερ.

Αυτό το επίτευγμα είναι ιδιαίτερα σημαντικό διότι για πρώτη φορά αποδείχθηκε ότι είναι δυνατή η δημιουργία θετικής ενεργειακής απόδοσης μέσω της πυρηνικής σύντηξης στη Γη, μια διαδικασία που μιμείται τις φυσικές διεργασίες που τροφοδοτούν τον Ήλιο και τα αστέρια.

Παρά το ότι το συγκεκριμένο πείραμα πέτυχε θετική ενεργειακή απόδοση, υπάρχουν ακόμη πολλά προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν για να γίνει η σύντηξη εμπορικά βιώσιμη. Για παράδειγμα, το σύστημα λέιζερ του Lawrence Livermore μπορεί να παράγει έναν παλμό κάθε επτά έως οκτώ ώρες, ενώ για μια πλήρως λειτουργική μονάδα παραγωγής ενέργειας θα απαιτούνταν τουλάχιστον 10 παλμοί το δευτερόλεπτο.

Επίσης, η συγκεκριμένη εγκατάσταση σχεδιάστηκε για πειραματικούς σκοπούς και όχι για παραγωγή ενέργειας, με την κύρια της αποστολή να είναι η μελέτη των πυρηνικών όπλων.

Δύο κύριες μέθοδοι έρευνας: μαγνητική και αδρανειακή σύντηξη

Η πυρηνική σύντηξη μπορεί να επιτευχθεί με δύο κύριες μεθόδους: τη μαγνητική σύντηξη και την αδρανειακή σύντηξη. Το επίτευγμα του Livermore αντιπροσωπεύει την αδρανειακή μέθοδο, η οποία επιτυγχάνει τη σύντηξη μέσω πίεσης. Αντίθετα, η μαγνητική σύντηξη βασίζεται σε ειδικούς αντιδραστήρες μέσα στους οποίους το αέριο υδρογόνο συγκρατείται μετέωρο με μαγνητικά πεδία.

Παρόλο που η αδρανειακή μέθοδος παραμένει μια πιο “φτωχή” εναλλακτική σε σχέση με τη μαγνητική, το πείραμα στο Livermore αναζωπύρωσε το ενδιαφέρον για την πυρηνική σύντηξη, με πολλές χώρες και ιδιωτικές εταιρείες να αναζητούν τρόπους να κάνουν την τεχνολογία βιώσιμη.

Οι προκλήσεις και οι επενδύσεις

Η έρευνα για την πυρηνική σύντηξη απαιτεί τεράστιες επενδύσεις και συντονισμό σε παγκόσμιο επίπεδο. Η Γερμανία έχει ξεκινήσει ένα ερευνητικό σχέδιο αξίας 1 δισεκατομμυρίου ευρώ έως το 2028 που ενσωματώνει για πρώτη φορά τα δύο μονοπάτια: τη μαγνητική και την αδρανειακή.

Στόχος του είναι να έχει ένα εργοστάσιο σύντηξης το 2040. Την ίδια δεκαετία, το Ηνωμένο Βασίλειο θέλει να έχει έτοιμο το δικό του, STEP, το οποίο θα κατασκευαστεί σε έναν παλιό σταθμό παραγωγής ενέργειας με καύση γαιάνθρακα στο West Burton, στην κεντρική Αγγλία.

Το σχέδιο της Κίνας, η οποία ξοδεύει περίπου 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως στον τομέα, είναι να έχει το πρώτο της βιομηχανικό πρωτότυπο αντιδραστήρα σύντηξης, που ονομάζεται «τεχνητός ήλιος», το 2035 και να ξεκινήσει μεγάλης κλίμακας εμπορική παραγωγή το 2050. Φέτος, οι Ηνωμένες Πολιτείες Το Κογκρέσο των Πολιτειών ενέκρινε μια επένδυση ρεκόρ 1,48 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Σημαντικό ρόλο παίζουν και οι ιδιωτικές επενδύσεις, με δισεκατομμυριούχους όπως ο Jeff Bezos και ο Bill Gates να επενδύουν δισεκατομμύρια στην έρευνα της σύντηξης, ενώ η παγκόσμια κοινότητα καταγράφει μια εκθετική αύξηση των ιδιωτικών επενδύσεων τα τελευταία χρόνια.

ITER και οι μελλοντικές προοπτικές

Το μεγαλύτερο έργο στον τομέα είναι ο ITER, ένας διεθνής πειραματικός αντιδραστήρας στη Γαλλία που έχει σχεδιαστεί για να αποδείξει ότι η μαγνητική σύντηξη είναι βιώσιμη σε μεγάλη κλίμακα. Παρά τις καθυστερήσεις και τα υπερβάλλοντα κόστη (από 6 σε πάνω από 20 δισεκατομμύρια ευρώ), το έργο αναμένεται να αποφέρει σημαντικά αποτελέσματα έως το 2039.

Η πυρηνική σύντηξη, αν και βρίσκεται ακόμη στα πειραματικά στάδια, έχει τεράστιες προοπτικές να αλλάξει τον τρόπο παραγωγής ενέργειας παγκοσμίως. Οι πρόσφατες επιτυχίες ενισχύουν την εμπιστοσύνη ότι η τεχνολογία μπορεί να επιτύχει, αλλά απομένουν ακόμη σημαντικά προβλήματα προς επίλυση, όπως η κλίμακα της παραγωγής και η ενεργειακή απόδοση

Αλλά μέχρι εκείνη τη νύχτα του Δεκέμβρη που εκείνο το μικροσκοπικό σφαιρίδιο εξερράγη στο κέντρο ενός θαλάμου κενού στην Καλιφόρνια, κανείς δεν είχε καταφέρει να δημιουργήσει ένα θετικό αποτέλεσμα, δηλαδή να παράγει περισσότερη ενέργεια από ό,τι χρησιμοποιήθηκε στην πραγματικότητα για να ενωθούν τα άτομα. «Ήταν ένα σημείο καμπής, έδωσε στον κόσμο εμπιστοσύνη ότι είναι εφικτό. «Ήταν σαν την εμπειρία των αδελφών Ράιτ [που το 1903 πραγματοποίησαν την πρώτη ελεγχόμενη πτήση με κινητήρα]», λέει ο Αμερικανός Μπρούνο Βαν Βόντεργκεμ, επικεφαλής των επιχειρήσεων στην Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF).

Αν το Livermore ήταν αναμφίβολα ένα σημείο καμπής στην πορεία προς την πυρηνική ενέργεια σύντηξης, η επόμενη, και σίγουρα τώρα οριστική, θα έρθει η μέρα που οι μεγάλες εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας θα αρχίσουν να επενδύουν πραγματικά και με αποτελέσματα μεγάλου βεληνεκούς.