Az elmúlt öt évben a magánszektor finanszírozása a fúziós energia fejlesztésében drámai növekedést mutatott. A befektetések összértéke közelíti a 10 milliárd amerikai dollárt (15 milliárd ausztrál dollárt), amelyet kockázati tőkealapok, mélytechnológiai befektetők, energiacégek és szuverén államok egyaránt biztosítanak. Bár a legtöbb vállalat és tőke az Egyesült Államokban koncentrálódik, Kína és Európa is egyre aktívabb szereplővé válik ezen a területen.
Miért nőtt meg ilyen mértékben a fúziós energia iránti érdeklődés?
Több tényező is hozzájárult ehhez a robbanásszerű fejlődéshez:
- Az egyre sürgetőbb igény a karbonmentes energiára: A klímaváltozás elleni küzdelemben elengedhetetlen az olyan tiszta energiaforrások fejlesztése, amelyek nem bocsátanak ki üvegházhatású gázokat.
- Technológiai és tudományos előrelépések: Új anyagok, valamint mesterséges intelligencia (AI) alapú vezérlési módszerek jelentősen javítják a fúziós reaktorok hatékonyságát és működését.
- Magánszektor növekvő ökoszisztémája: Egyre több startup és vállalat foglalkozik fúziós technológiák fejlesztésével, ami versenyt és innovációt generál.
- Tech milliárdosok befektetései: Jelentős tőkebefektetések érkeznek olyan ismert üzletemberektől, akik hisznek a fúzió jövőbeni sikerében.
Ezek az események egybeestek azzal, hogy az elméleti kutatások és kísérletek terén is kézzelfogható eredményeket értek el, így több vállalat már most agresszívan hirdeti, hogy néhány éven belül kereskedelmi célra képesek lesznek energiát szolgáltatni.
Mi is az a fúzió?
A nukleáris fúzió során könnyű atommagokat – általában hidrogén izotópjait, például deutériumot és tríciumot – egyesítenek egy nehezebb atommaggá, miközben energia szabadul fel. Ez az eljárás ellentéte a jelenlegi atomerőművekben alkalmazott hasadásnak (nukleáris hasadás), ahol nehéz atommagok hasadnak kisebb részekre.
A fúzió természetes formában a csillagok magjában zajlik le rendkívül magas hőmérsékleten és sűrűségen. A Nap magjában például a plazma sűrűsége 150-szerese a vízének, hőmérséklete pedig körülbelül 15 millió Celsius-fok. Itt az egyszerű hidrogénatomok egyesülnek héliummá. Azonban minden kilogramm hidrogén csak körülbelül 0,3 watt teljesítményt termel, mivel az atommagok összeolvadásának valószínűsége (reakció keresztmetszet) rendkívül alacsony. A Nap hatalmas mérete miatt azonban összesített teljesítménye elképesztően magas (10^26 watt), és évmilliárdokig képes fenntartani ezt az energiatermelést.
A nehezebb hidrogénizotópok – deutérium és trícium – fúziója sokkal nagyobb reakció keresztmetszettel rendelkezik, vagyis nagyobb valószínűséggel olvadnak össze. Ez azonban csak akkor lehetséges, ha a plazma hőmérséklete tízszerese a Nap magjának, körülbelül 150 millió Celsius-fok. Ezt a rendkívüli hőmérsékletet csak erős mágneses térrel lehet folyamatosan kordában tartani.
Hogyan növelhető az energiakibocsátás?
Eddig a fúziós reaktorok egyik legnagyobb kihívása az volt, hogy több energiát termeljenek, mint amennyit működésükhöz be kell fektetni. A legelterjedtebb reaktortípus toroidális (donut alakú), úgynevezett tokamak formájú.
A legjobb eredményt 1997-ben érte el az európai JET reaktor: itt a deutérium–trícium fúzió során az energia kimenet 0,67-szerese volt a bemenetnek. Bár ez még nem jelentett nettó energiatermelést, előrelépésnek számított. Érdekességként megemlíthető, hogy a japán JT-60 reaktor csak deutériummal működve olyan eredményeket ért el, amelyek alapján feltételezik, hogy tríciummal még jobb arányt lehetne elérni.
Nagyobb energianyereséget rövid impulzusokban már korábban is sikerült demonstrálni: először 1952-ben termonukleáris fegyverteszteken, majd 2022-ben nagy teljesítményű lézerekkel kontrollált körülmények között.
Az ITER projekt: közös nemzetközi kísérlet
A legígéretesebb nyilvános program az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) projekt, amely több mint 35 ország együttműködésével próbálja bizonyítani a fúziós energia tudományos és technológiai megvalósíthatóságát. Az ITER ötlete még 1985-ben született Ronald Reagan amerikai és Mihail Gorbacsov szovjet vezetők találkozóján.
A reaktor tervezése és helyszínének kiválasztása mintegy 25 évig tartott; végül 2010-ben kezdődött meg az építkezés Cadarache-ban, Dél-Franciaországban. Bár voltak késések, várhatóan 2034-ben indulhatnak meg a kutatási műveletek, míg 2039-re tervezik a deutérium–trícium fúzió beindítását. Az ITER körülbelül 500 megawattnyi fúziós teljesítményt fog előállítani mindössze 50 megawatt külső fűtésből – bár maga nem fog elektromos áramot termelni. Ez az energiamennyiség például körülbelül 400 ezer amerikai háztartás ellátására lenne elegendő.
Új technológiák és innovatív tervek
Az ITER szupervezető mágneseket használ, amelyek közel abszolút nulla fokhoz (-269 °C) közeli hőmérsékleten működnek. Ugyanakkor néhány újabb tervezésű reaktor kihasználja azokat a technológiai fejlődéseket, amelyek lehetővé teszik erős mágneses mezők létrehozását magasabb hőmérsékleten is – ez jelentős költségcsökkentést eredményezhet.
Például az amerikai Commonwealth Fusion Systems által fejlesztett SPARC tokamak már mintegy 3 milliárd dolláros befektetést vonzott be. A SPARC tervezése során fejlett plazmaszimulációkat alkalmaztak, melyekben mesterséges intelligencia segíti a számításokat és akár az üzemeltetés közbeni plazmakontrollt is.
Egy másik vállalat, a Type I Energy egy aszimmetrikus tekercsrendszerrel működő stellarátor kialakítást követ. Ez komplex csavart mágneses mezőt hoz létre. A cég magas hőmérsékletű szupervezetők mellett fejlett gyártási technológiákat és nagy teljesítményű számítástechnikát alkalmaz annak érdekében, hogy gépeiket maximális hatékonyságra optimalizálják.
Ezek a cégek azt ígérik, hogy kereskedelmi célra alkalmas fúziós energiatermelést már a 2030-as évek közepére beindítják. Az Egyesült Királyságban pedig egy kormány által támogatott ipari partnerség dolgozik egy gömb alakú tokamak prototípuson (Spherical Tokamak for Energy Production), amelyet várhatóan 2040-re fejeznek be.
Kínában pedig egy állami tulajdonban lévő vállalat építi a Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak nevű reaktort, amelynek célja ötszörös energianyereség demonstrálása; „első plazma” létrehozását pedig már 2027-re tervezik.
Mikor várható kereskedelmi fúziós energia?
Minden jelenleg futó projekt gigawatt nagyságrendű teljesítmény előállítására törekszik donut alakú mágneses tér segítségével. Ez azért szükséges, mert nagyobb eszközök jobb plazmakonfinementet biztosítanak – vagyis jobban tartják kordában az extrém hőt és sűrűséget –, így több energiát képesek termelni.
Ez azonban nem egyszerű feladat: összehasonlításképpen egy gigawattos szénerőmű tervezése és építése akár tíz évig is eltarthat – ráadásul ez egy jól ismert és érett technológia. Egy koreai tanulmány szerint önmagában az építés akár öt évnél is tovább tarthat. A fúzió ennél jóval bonyolultabb kihívás.
A magán- és állami-magán partnerségi projektek ambiciózus idővonalai magas megtérülést ígérnek ugyan, de jelentős kockázattal is járnak. Még ha nem is érik el minden esetben kitűzött céljaikat, ezek a kezdeményezések felgyorsítják majd a technológia fejlődését új megoldások integrálásával és kockázatok megosztásával.
Sokan közülük kudarcot vallhatnak – ez azonban nem szabad hogy eltántorítsa a közvéleményt vagy döntéshozókat attól, hogy támogassák ezt az ígéretes irányt. Hosszútávon ugyanis jó okaink vannak arra, hogy folytassuk a fúziós energia kutatását és fejlesztését – hiszen ez lehet az egyik kulcsfontosságú tiszta energiaforrás bolygónk jövője számára.