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.

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 ...