Jak wyglądałby świat, gdyby każdy miał nieograniczony dostęp do energii, której produkcja nie zatruwałaby środowiska i która nie generowałaby niebezpiecznych odpadów? Zbyt piękne, żeby było prawdziwe? To prawda. Zbyt piękne, bo jest w tym jeden haczyk. Żeby taką energię posiąść, musimy opanować, ujarzmić reakcję fuzji (syntezy) jądrowej. Na kartce to nic skomplikowanego. Trzeba lekkie jądra atomowe połączyć z sobą w cięższe. To gdzie tu haczyk? Niestety, nie da się tego zrobić w pokojowych warunkach, trzeba stworzyć takie, jakie panują we wnętrzu gwiazdy. A więc piekielnie wysoką temperaturę i nie mniej wysokie ciśnienie. Inaczej się (chyba) nie da, bo jądra atomowe są elektrycznie naładowane dodatnio, a to oznacza, że im bliżej siebie się znajdują, tym bardziej się od siebie oddalają.

Co z tym począć? Nie ma wyjścia, trzeba mocno podgrzać i mocno ścisnąć. Jak we wnętrzu gwiazdy. A ta pojawia się w tej historii nieprzypadkowo, bo reakcja fuzji jądrowej jest tą, która daje energię wszystkim gwiazdom w całym wszechświecie. W zasadzie – pośrednio – daje energię także nam, mieszkańcom Ziemi. Przecież żyjemy dzięki energii słonecznej.

Nauka i komercyjna produkcja

W skrócie mówiąc, jeżeli chcemy mieć energię, do której tworzenia można wykorzystać paliwo powszechnie u nas dostępne (wodór), a przy okazji nie chcemy produkować szkodliwych odpadów, musimy na Ziemi wybudować gwiazdę. A następnie włączyć ją i spowodować, by świeciła bez przerwy przez przynajmniej kilkadziesiąt lat. Tak długo pracują standardowe reaktory jądrowe. Brzmi super, ale wciąż jest nierealne. I jeszcze długo będzie nierealne. Czego zatem dokonano? Kolejnego ważnego kroku na długiej drodze do celu, który powyżej opisałem.

W amerykańskim National Ignition Facility at Lawrence Livermore Laboratory (NIF – urządzenie do syntezy jądrowej) udało się – dzięki reakcji fuzji – w krótkim czasie uzyskać więcej energii, niż włożono w stworzenie tych piekielnie trudnych warunków. To ogromne osiągnięcie, bo dotychczas w reakcjach, które badano w laboratoriach, zawsze uzyskiwano mniej energii, niż „kosztowało” stworzenie warunków dla reakcji dogodnych. Żeby być uczciwym, należy zaznaczyć, że wcześniej niespecjalnie próbowano produkować w ten sposób energię.

Fuzję bada się od kilku dekad, ale do tego celu budowano urządzenia laboratoryjne, a teraz chodzi o to, by z tej wiedzy skorzystać i wybudować elektrownię. A ta – z definicji – musi dawać więcej energii, niż się w nią wkłada. W urządzeniach naukowych o bilans energii w ogóle nie chodzi. Celem jest nauka, a nie komercyjna produkcja prądu. Dzisiaj jesteśmy na etapie przejściowym. Nie tylko badamy reakcję fuzji, ale zaczynamy myśleć o jej wykorzystaniu. Na południu Francji powstaje ogromny reaktor ITER, który ma być urządzeniem przejściowym pomiędzy tymi naukowymi a komercyjnymi. Już ma dawać więcej energii, niż się „do niego wkłada”, ale wciąż nie ma być elektrownią komercyjną. W ITER (pisaliśmy o nim w GN wiele razy) wysoka temperatura ma zostać wytworzona przez wyładowania elektryczne w chmurze wprowadzonego do reaktora wodoru. Gdy odpowiednia temperatura zostanie osiągnięta, lekkie jądra będą łączyły się w nieco cięższe. To połączenie będzie dawało sporo energii. Kłopot w tym, że żaden materiał – z tych, które znamy – nie jest w stanie wytrzymać tak trudnych warunków. Dlatego też ta gorąca plazma będzie trzymana z daleka od ścianek urządzenia przez pole magnetyczne. Czy to się uda? Cóż, udało się w wielu miejscach na świecie, tyle tylko, że przez kilkanaście, góra kilkadziesiąt sekund. Potem urządzenie wyłączano, żeby nie zamieniło się w kupkę popiołu. W ITER reakcja fuzji ma być utrzymywana przez dni, tygodnie, a może nawet miesiące. Jeżeli się tego nie nauczymy, nie będziemy w stanie wybudować komercyjnej elektrowni. W niej chodzi przecież o to, by produkowała prąd non stop, a nie tylko przez kilka minut na godzinę.

Słońce na Ziemi?

We wspomnianym już NIF do sprawy zabrano się w inny sposób. Tutaj wysoką temperaturę i ciśnienie wytwarzają promienie lasera. Maleńka tabletka trytu i deuteru (obydwa są izotopami wodoru) zostaje – dosłownie – zgnieciona przez lasery „uderzające” ze wszystkich stron. Temperatura i ciśnienie w środku drastycznie rosną, a gdy osiągną odpowiednią wartość, rozpoczyna się fuzja i emitowana jest ogromna ilość energii. Całość przebiega w mgnieniu oka, więc dla podtrzymania produkcji energii, po chwili, w miejscu, w które „strzelają” promienie lasera, powinna pojawić się kolejna pastylka, i kolejna, i jeszcze następna. Żeby podtrzymać stałą produkcję energii, w każdej sekundzie trzeba byłoby laserowo ściskać około 10 pastylek, jedną za drugą. Nie wiadomo, jak to zrobić, jak tak szybko je podmieniać. Wiadomo na pewno, że materiały, z jakich wybudowane jest urządzenie, nie wytrzymałyby takiej intensywności. Nie ma wątpliwości, że przed nami jeszcze bardzo długa droga. Ale nawet ta najdłuższa składa się z mniejszych i większych kroków. Ten opisywany to był bardzo duży krok. Ale tylko krok, a tymczasem czytając przekazy medialne, można wręcz dojść do wniosku, że elektrownie fuzyjne są tuż za rogiem. Niestety, nie są, ani za następnym, ani za jeszcze kolejnym. Ale to nie powód, by przestać do nich dążyć. Na dzisiaj nie da się powiedzieć, kiedy w gniazdkach będzie płynął „fuzyjny” prąd. To perspektywa jednak raczej dalsza niż bliższa. Może to kwestia kilkunastu lat, może kilkudziesięciu. A może się okazać, że zanim elektrownie fuzyjne zaczną działać, znajdziemy sposób na skuteczne magazynowanie energii. A wtedy wystarczy nam „zbieranie” jej latem, by wykorzystać zimą. Latem niemal na całej Ziemi Słońce deponuje wystarczająco dużo energii, tyle tylko, że o ile potrafimy ją zmienić w prąd (w panelach fotowoltaicznych), o tyle nie potrafimy jej zmagazynować np. na zimę albo na zachmurzony okres roku. W końcu energia elektryczna produkowana w znanych nam wszystkim panelach fotowoltaicznych także jest energią pochodzącą z fuzji jądrowej. Tyle tylko, że ta fuzja dzieje się daleko, jakieś 150 milionów kilometrów od nas, na Słońcu. A nam wygodniej byłoby wybudować takie Słońce na Ziemi. Czy się uda? Nie wiem.

Jednak nawet gdyby się nie udało, warto próbować. Podczas tych prób wiele się nauczymy. Stworzymy też technologie, które będą przydatne w wielu innych dziedzinach życia. Inwestowanie w fuzję nie oznacza tylko i wyłącznie rozwiązywania problemów fuzyjnych, oznacza powiększanie wiedzy i przekraczanie kolejnych barier, a to zawsze nam się bardzo opłacało. Nie tylko finansowo. Zresztą dotyczy to nie tylko inwestowania w fuzję, ale każdych badań naukowych – z tymi, które prowadzi się z myślą o kosmosie, włącznie. •