Innovative projekter, der bruger moderne superledere, vil snart tillade kontrolleret termonuklear fusion, siger nogle optimister. Eksperter forudser imidlertid, at praktisk anvendelse vil tage flere årtier.
Hvorfor er det så svært?
Fusionsenergi betragtes som en potentiel energikilde for fremtiden. Dette er atomets rene energi. Men hvad er det, og hvorfor er det så svært at opnå? Til at begynde med skal vi forstå forskellen mellem klassisk nuklear fission og termonuklear fusion.
Sp altningen af atomet er, når radioaktive isotoper - uran eller plutonium - sp altes og omdannes til andre højradioaktive isotoper, som derefter skal begraves eller genbruges.
Fusionsreaktionen består i, at to isotoper af brint - deuterium og tritium - smelter sammen til en enkelt helhed og danner ugiftig helium og en enkelt neutron uden at producere radioaktivt affald.
Kontrolproblem
Reagerer på detforekomme i Solen eller i en brintbombe - dette er termonuklear fusion, og ingeniører står over for en skræmmende opgave - hvordan kontrollerer man denne proces på et kraftværk?
Dette er noget, videnskabsmænd har arbejdet på siden 1960'erne. En anden eksperimentel fusionsreaktor kaldet Wendelstein 7-X er startet i drift i den nordtyske by Greifswald. Det er endnu ikke designet til at skabe en reaktion - det er bare et specielt design, der bliver testet (en stjernebillede i stedet for en tokamak).
Højenergiplasma
Alle termonukleare installationer har et fælles træk - en ringformet form. Den er baseret på ideen om at bruge kraftige elektromagneter til at skabe et stærkt elektromagnetisk felt formet som en torus - et oppustet cykelrør.
Dette elektromagnetiske felt skal være så tæt, at når det opvarmes i en mikrobølgeovn til en million grader Celsius, skal der opstå et plasma i midten af ringen. Den antændes så, så fusionen kan begynde.
Demonstration af muligheder
I Europa er to sådanne eksperimenter i gang i øjeblikket. En af dem er Wendelstein 7-X, som for nylig genererede sit første heliumplasma. Den anden er ITER, et enormt eksperimentelt fusionsanlæg i det sydlige Frankrig, som stadig er under opførelse og vil være klar til at gå i drift i 2023.
Det antages, at reelle nukleare reaktioner vil forekomme ved ITER, dog kun ii en kort periode og bestemt ikke længere end 60 minutter. Denne reaktor er blot et af mange skridt hen imod at gøre atomfusion til en realitet.
Fusionsreaktor: mindre og mere kraftfuld
For nylig har flere designere annonceret et nyt reaktordesign. Ifølge en gruppe studerende fra Massachusetts Institute of Technology, samt repræsentanter for våbenfirmaet Lockheed Martin, kan fusion udføres i faciliteter, der er meget kraftigere og mindre end ITER, og de er klar til at gøre det inden for ti år.
Idéen med det nye design er at bruge moderne højtemperatur-superledere i elektromagneter, som udviser deres egenskaber, når de afkøles med flydende nitrogen, frem for konventionelle, som kræver flydende helium. En ny, mere fleksibel teknologi vil muliggøre et komplet redesign af reaktoren.
Klaus Hesch, der er ansvarlig for nuklear fusionsteknologi på Karlsruhe Institute of Technology i det sydvestlige Tyskland, er skeptisk. Det understøtter brugen af nye højtemperatursuperledere til nye reaktordesigns. Men ifølge ham er det ikke nok at udvikle noget på en computer under hensyntagen til fysikkens love. Det er nødvendigt at tage højde for de udfordringer, der opstår, når en idé omsættes i praksis.
Sci-fi
Ifølge Hesh viser MIT-studerendemodellen kun muligheden for et projekt. Men det er faktisk meget science fiction. Projektantyder, at de alvorlige tekniske problemer med fusion er blevet løst. Men moderne videnskab har ingen idé om, hvordan man løser dem.
Et sådant problem er ideen om sammenklappelige spoler. Elektromagneter kan skilles ad for at komme ind i ringen, der holder plasmaet i MIT-designmodellen.
Dette ville være meget nyttigt, fordi man kunne få adgang til objekter i det interne system og erstatte dem. Men i virkeligheden er superledere lavet af keramisk materiale. Hundredvis af dem skal flettes sammen på en sofistikeret måde for at danne det korrekte magnetfelt. Og her er der mere grundlæggende vanskeligheder: forbindelserne mellem dem er ikke så enkle som forbindelserne af kobberkabler. Ingen har endnu tænkt på koncepter, der kan hjælpe med at løse sådanne problemer.
For varmt
Høj temperatur er også et problem. I kernen af fusionsplasmaet vil temperaturen nå op på omkring 150 millioner grader Celsius. Denne ekstreme varme forbliver på plads - lige i midten af den ioniserede gas. Men selv omkring det er det stadig meget varmt - fra 500 til 700 grader i reaktorzonen, som er det indre lag af et metalrør, hvori det tritium, der er nødvendigt for at nuklear fusion kan opstå, vil "reproducere"
Fusionsreaktoren har et endnu større problem - den såkaldte strømudløsning. Dette er den del af systemet, der modtager det brugte brændstof, hovedsageligt helium, fra fusionsprocessen. Førstmetalkomponenterne, som den varme gas trænger ind i, kaldes "divertors". Den kan varme op til over 2000°C.
Divertor problem
For at anlægget kan modstå disse temperaturer, forsøger ingeniører at bruge metallet wolfram, der bruges i gammeldags glødepærer. Smeltepunktet for wolfram er omkring 3000 grader. Men der er også andre begrænsninger.
I ITER kan dette gøres, fordi opvarmningen i den ikke sker konstant. Det antages, at reaktoren kun vil være i drift 1-3 % af tiden. Men det er ikke en mulighed for et kraftværk, der skal køre 24/7. Og hvis nogen hævder at være i stand til at bygge en mindre reaktor med samme effekt som ITER, er det sikkert at sige, at han ikke har en løsning på omlederproblemet.
Kraftværk om et par årtier
Ikke desto mindre er videnskabsmænd optimistiske med hensyn til udviklingen af termonukleare reaktorer, men det vil ikke være så hurtigt, som nogle entusiaster forudsiger.
ITER skulle vise, at kontrolleret fusion faktisk kan producere mere energi, end der ville blive brugt på at opvarme plasmaet. Det næste skridt er at bygge et helt nyt hybridt demonstrationskraftværk, der rent faktisk genererer elektricitet.
Ingeniører arbejder allerede på dets design. De skal lære af ITER, som efter planen skal lanceres i 2023. I betragtning af den tid, der kræves til design, planlægning og konstruktion, ser det ud til atdet er usandsynligt, at det første fusionskraftværk vil blive lanceret meget tidligere end midten af det 21. århundrede.
Rossi Cold Fusion
I 2014 konkluderede en uafhængig test af E-Cat-reaktoren, at enheden producerede et gennemsnit på 2.800 watt effekt over en 32-dages periode med et forbrug på 900 watt. Dette er mere end nogen kemisk reaktion er i stand til at isolere. Resultatet taler enten om et gennembrud inden for termonuklear fusion eller om direkte bedrageri. Rapporten skuffede skeptikere, som tvivler på, om testen virkelig var uafhængig og foreslår mulig forfalskning af testresultaterne. Andre har haft travlt med at finde ud af de "hemmelige ingredienser", der gør det muligt for Rossis fusion at kopiere teknologien.
Rossi er en svindler?
Andrea er imponerende. Han udgiver proklamationer til verden på enestående engelsk i kommentarfeltet på sin hjemmeside, som prætentiøst kaldes Journal of Nuclear Physics. Men hans tidligere mislykkede forsøg har inkluderet et italiensk affald-til-brændstof-projekt og en termoelektrisk generator. Petroldragon, et affald-til-energi-projekt, mislykkedes delvist, fordi den ulovlige dumpning af affald kontrolleres af italiensk organiseret kriminalitet, som har rejst strafferetlige anklager mod det for overtrædelse af reglerne om affaldshåndtering. Han skabte også en termoelektrisk enhed til US Army Corps of Engineers, men under testen producerede gadgetten kun en brøkdel af den deklarerede effekt.
Mange stoler ikke på Rossi, og chefredaktøren for New Energy Times kaldte ham ligefrem en kriminel med en række mislykkede energiprojekter bag sig.
Uafhængig bekræftelse
Rossi underskrev en kontrakt med det amerikanske firma Industrial Heat om at udføre en årelang hemmelig test af et 1-MW koldfusionsanlæg. Enheden var en forsendelsescontainer pakket med snesevis af E-Cats. Forsøget skulle kontrolleres af en tredjepart, som kunne bekræfte, at varmeudviklingen faktisk fandt sted. Rossi hævder at have brugt en stor del af det seneste år på praktisk t alt at bo i en container og overvåge driften i mere end 16 timer om dagen for at bevise E-Cat'ens kommercielle levedygtighed.
Testen sluttede i marts. Rossis tilhængere ventede spændt på observatørrapporten og håbede på en frifindelse for deres helt. Men til sidst fik de en retssag.
Retssager
I en retssag i Florida hævder Rossi, at testen var vellykket, og en uafhængig voldgiftsdommer bekræftede, at E-Cat-reaktoren producerer seks gange mere energi, end den forbruger. Han hævdede også, at Industrial Heat havde indvilliget i at betale ham 100 millioner dollars - 11,5 millioner dollars på forhånd efter den 24-timers prøveperiode (tilsyneladende for licensrettigheder, så virksomheden kunne sælge teknologien i USA) og yderligere 89 millioner dollars efter den vellykkede afslutning af den udvidede prøve inden for 350 dage. Rossi anklagede IH for at køre en "svigagtig ordning"hvis formål var at stjæle hans intellektuelle ejendom. Han anklagede også virksomheden for at uretage E-Cat-reaktorer, ulovligt kopiere innovative teknologier og produkter, funktionalitet og design og misbruge et patent på hans intellektuelle ejendom.
Mine of Gold
Andre steder hævder Rossi, at IH i en af hans demonstrationer modtog 50-60 millioner dollars fra investorer og yderligere 200 millioner dollars fra Kina efter en gentagelse, der involverede kinesiske topembedsmænd. Hvis dette er sandt, er der meget mere end hundrede millioner dollars på spil. Industrial Heat har afvist disse påstande som grundløse og vil aktivt forsvare sig selv. Endnu vigtigere hævder hun, at hun "arbejdede i over tre år for at bekræfte de resultater, som Rossi angiveligt opnåede med sin E-Cat-teknologi, uden held."
IH tror ikke på E-Cat, og New Energy Times ser ingen grund til at tvivle på det. I juni 2011 besøgte en repræsentant for publikationen Italien, interviewede Rossi og filmede en demonstration af hans E-Cat. En dag senere rapporterede han om sine alvorlige bekymringer over metoden til at måle termisk effekt. Efter 6 dage lagde journalisten sin video på YouTube. Eksperter fra hele verden sendte ham analyser, som blev offentliggjort i juli. Det blev klart, at dette var en fup.
Eksperimentel bekræftelse
Men en række forskere - Alexander Parkhomov fra Peoples' Friendship University of Russia og Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) -formået at reproducere Ruslands kolde termonukleare fusion. MFPM-rapporten fik titlen "The End of the Carbon Era Is Near". Årsagen til en sådan beundring var opdagelsen af et udbrud af gammastråling, som ikke kan forklares anderledes end ved en termonuklear reaktion. Ifølge forskere har Rossi præcis, hvad han siger.
En levedygtig åben opskrift på kold fusion kunne udløse en energi-guldfeber. Der kan findes alternative metoder til at omgå Rossis patenter og holde ham ude af energiforretningen for mange milliarder dollars.
Så måske ville Rossi foretrække at undgå denne bekræftelse.
