Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 305

Bude spuštění fúze znamenat vyčerpání jejího paliva?

Jedním z paradoxů fúze, prakticky nevyčerpatelného zdroje energie budoucnosti, je skutečnost, že spoléhá na prvek, který v přírodě existuje jen velmi sporadicky. Tritium, jeden ze dvou vodíkových izotopů používaných v ITER a v budoucích fúzních jaderných reaktorech, je v přírodě přítomen jen ve stopovém množství.

Fotogalerie (1)
Salinas Grandes v severní Argentině. Pracovníci extrahují uhličitan lithný ze solných ploch v nadmořské výšce 4 000 metrů. (Zdroj Adobe Stock)

Jediný zdroj snadno dostupného tritia pochází ze štěpných těžkovodních reaktorů, jako je např. typ CANDU (vyvinutý Kanadou v letech 1950-60 a používaný dnes i v Rumunsku, Jižní Koreji a Indii). Tritium generované těmito reaktory v poměrně malém množství je však pouze vedlejším produktem.

Výroba tritia v reaktorech CANDU na celém světě činí přibližně 20 kg ročně - není to moc, ale stačí na to, aby tokamak ITER napájela během plánovaných patnácti let fúzní etapy slučování deuteria a tritia. Průmyslová fúzní elektrárna ovšem bude potřebovat průměrně 70 kg tritia na 1 GW tepelného výkonu za rok (při plném zatížení). A představme si, jestliže vývoj fúze půjde tak, jak doufáme, budou v prvních desetiletích 22. století fúzních elektráren existovat stovky, ne-li tisíce.

Odkud pochází všechno tritium?

Příroda, jako kdyby předvídala tuto výzvu, nabízí řešení, které kombinuje eleganci a účinnost - samotná fúzní reakce vytvoří tritium, které bude následně tuto reakci„krmit“. Navíc proces probíhá ve vakuové nádobě v bezpečném, nepřetržitém a uzavřeném cyklu. Klíčem k tomuto procesu je izotop 6 lithia (6Li), který, ozářen neutrony, vytváří tritium. ITER bude zkoušet různé koncepce "modulů pro získání tritia" (test blanket moduls). Každý modul bude jedinečný ve své architektuře, v systému chlazení, jakož i ve struktuře materiálů, to je ve formě sloučenin lithia, a způsobu, jakým bude tritium extrahováno. Ať budou testované sloučeniny kapalné nebo pevné, budou obsahovat lithium obohacené izotopem 6Li v rozsahu 50 %.

Bude dostatek lithia k udržení produkce tritia?

Jaap van der Laan, jaderný inženýr v sekci Tritium Breeding Systems tokamaku ITER, má jednoduchou a rychlou odpověď. "Dostupnost lithia nebude pro příštích tisíc let problémem…“ Jeho víra spočívá v několika základních číslech a extrapolacích. "Ve světě je přibližně 50 milionů tun prokázaných zásob lithia, což znamená přibližně 3 miliony tun 6Li." V současné době jsou hlavními dodavateli lithia Chile, Bolívie a Argentina. V severní Argentině se extrahuje uhličitan lithný ze solných ploch v nadmořské výšce 4 000 metrů. Slušné zásoby lithia se našly v Krušných horách. Stejně jako většina minerálů je lithium obsažené také v mořské vodě. Při koncentraci 0,1 ppm se hmotnost lithia rozptýleného v oceánech planety odhaduje na 250 miliard tun. Japonské středisko Rokkasho Fusion Energy Center již vyvíjí metodu nízkoenergetické extrakce lithia z mořské vody. Obecně se má za to, že polovina světové zásoby se nachází ve slané vodě, druhá polovina v horninách.

Fúze není jediným spotřebitelem lithia. Neustále se rozšiřuje trh s lithium-iontovými bateriemi pro notebooky, mobilní telefony, bezdrátové elektrického nářadí a samozřejmě elektrická auta. Tento trh již spotřebovává 40 procent světové produkce lithia a jeho apetit se bude stále rozšiřovat, neboť popularita elektrických automobilů neustále roste. "Tento trh nevidím jako konkurenci," říká Jaap. Lithium se dnes používá pro baterie (40 % celkové produkce), výrobu skla (24 %), maziv (12 %), chlazení (4 %) atd.

Kolik lithia bude potřeba?

Na získání 70 kg tritia potřebných na výrobu 1 GW tepelné energie na jeden rok je třeba 140 kg 6Li. Za předpokladu 30% účinnosti konverze tepelné energie na elektrickou energii bude výroba 1 GW elektrické energie (odhadovaný průměrný výkon fúzního reaktoru) vyžadovat přibližně 500 kg 6Li za rok, což by pro hypotetických 10 000 fúzních reaktorů znamenalo celkový požadavek 5 000 tun 6Li ročně. Získání 5 000 tun vzácného izotopu bude vyžadovat ročně zpracování (pomocí dobře zavedených technik separace izotopů) přibližně 70 000 tun běžného lithia - stále jen velmi malou část dnes známých dostupných zdrojů.

Specialisté na fúzi se obecně domnívají, že ve světě, kde by se veškerá energie získávala fúzí, by množství lithiové rudy přítomné v zemské kůře stačilo k zajištění potřebného tritia na několik tisíc let. Pokud jde o lithium přítomné v oceánech, mohlo by uspokojovat naší potřebu energie po miliony let. V té době však lidstvo pravděpodobně bude vnímat fúzi deuteria a tritia podobně, jako se dnes díváme na spalování rašeliny - nejprimitivnější techniku založenou na palivu se zvláště nízkým výnosem ...

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Průlom v oblasti jaderných baterií

Jae W. Kwon a jeho vědecký tým z University v Missuri vyvinul novou generaci baterií na bázi beta záření. Tato baterie může být potenciálně využitelná jak v kosmických aplikacích, tak třeba i v automobilech.

100 % elektřiny z obnovitelných zdrojů do roku 2050?

Čisté energetické technologie dosáhly v posledním desetiletí značného pokroku. Ale mohly by vůbec stoprocentně pokrýt výrobu elektřiny? Jak? V roce 2017 byly ve světě vybudovány sluneční elektrárny o výkonu 98 GW, z toho více než polovina  v Číně – 53 GW.

Až ITER zapálí první plazma

Termínem „první plazma“ se ve výzkumu termojaderného plazmatu nazývá okamžik, kdy se vyčerpá vakuová komora, fungují potřebné pomocné systémy (magnetická pole, nezbytné diagnostiky, napouštění pracovního plynu atd.) a zapálí se výboj. Bezesporu významný okamžik v historii experimentálního zařízení.

Kdo určuje, který energetický zdroj je „zelený“?

Investoři poslední dobou utrácejí velké peníze na zelené projekty. Proč? Vysoká návratnost investic do zelených projektů přitahuje obrovské toky peněz. Otázka zní, zda by mohl trh uspět tam, kde vlády většinou selhávají.

Cestování Norskem jen na elektřinu

V Norsku bylo nedávno předvedeno dvousedadlové letadlo na elektrický pohon od společnosti Avinor. Tím země zahájila přibližování k roku 2040, kdy chce mít na tento pohon všechna domácí letadla. Vyvolalo to velkou diskusi, neboť letectví zatím elektrifikované není.

Nejnovější video

Zrození nového ostrova

Po 53 letech se roku 2015 objevil na Zemi v souostroví Tonga nový ostrov. Turistům se podařilo jeho zrození z hlubin moře natočit. Vulkanická exploze vyvrhla prach do výšky 9 kilometrů. Vědce nyní nesmírně zajímá - představuje totiž krajinu podobnou té na Marsu. Eroze nových hornin může simulovat poměry, jaké byly na Marsu, když ještě na něm byla voda. (Zdroj NASA)

close
detail