Μετάφραση: Αντώνης Χρυσουλάκης
Κάθε δευτερόλεπτο, 620 εκατομμύρια μετρικοί τόνοι υδρογόνου υφίστανται σύντηξη στο κέντρο του ηλιακού μας συστήματος. Η μετατροπή των ελαφρών πυρήνων σε βαρύτερους – απελευθερώνοντας ενέργεια κατά τη διαδικασία – τροφοδοτεί τον ήλιο και στέλνει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (σε απόσταση άνω των 90 εκατομμυρίων μιλίων) στη Γη. Τα φυτά χρησιμοποιούν αυτό το ηλιακό φως για να παράγουν οξυγόνο και χημική ενέργεια στο πλαίσιο της φωτοσύνθεσης. Δεδομένης της εξάρτησης των ζώων από τα φυτά για τροφή, προκύπτει ότι η ζωή στη Γη εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την σύντηξη που λαμβάνει χώρα στον ήλιο.
Όπως αναφέρει σε άρθρο του Foreign Policy από τα μέσα του περασμένου αιώνα, οι επιστήμονες διερεύνησαν κατά πόσον οι διεργασίες σύντηξης θα μπορούσαν να δημιουργηθούν και να αξιοποιηθούν στη Γη για ενεργειακές εφαρμογές. Οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας από σύντηξη θα αποτελούσαν μια άλλη πηγή ενέργειας με χαμηλές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και με δυνατότητα κατανομής, δηλαδή με δυνατότητα απενεργοποίησης και ενεργοποίησης ανάλογα με τη ζήτηση- αυτό θα μπορούσε, μεταξύ άλλων, να συμβάλει στη σταθεροποίηση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας σε μια εποχή αυξανόμενης μεταβλητής χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Στις 13 Δεκεμβρίου 2022, η Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF) -μέρος ενός ομοσπονδιακού εργαστηρίου των ΗΠΑ στο Λίβερμορ της Καλιφόρνια- ανακοίνωσε ότι πέτυχε ένα πολυπόθητο επιστημονικό κατόρθωμα και πέτυχε να παράγει ενέργεια μέσω της σύντηξης. Μάλιστα όπως εξήγησαν οι επιστήμονες, η παραγόμενη ενέργεια ήταν μεγαλύτερη από την ενέργεια που ξόδεψαν προκειμένου να ξεκινήσουν τη διαδικασία της σύντηξης. Αμέσως μετά την ανακοίνωση των Ηνωμένων Πολιτειών ότι ήταν το πρώτο έθνος στον κόσμο που πέτυχε αυτόν τον στόχο, κάποιοι αναρωτήθηκαν αν η «απεριόριστη καθαρή ενέργεια» ήταν προ των πυλών.
Η ενέργεια που βασίζεται στη σύντηξη -αν η μηχανική επιτύχει και εμπορευματοποιηθεί- θα μπορούσε να έχει μεγαλύτερη δημόσια υποστήριξη από την υπάρχουσα πυρηνική ενέργεια που βασίζεται στη σχάση για διάφορους λόγους:
- είναι εγγενώς ασφαλέστερη από τα υφιστάμενα εργοστάσια που βασίζονται στη σχάση-
- δεν παράγει το είδος των μακρόβιων πυρηνικών αποβλήτων που απαιτούν βαθιά γεωλογική απομόνωση και έχει αποδειχθεί πολύ δύσκολο να διατεθούν λόγω της αντίδρασης του κοινού- και το υλικό
- ο εξοπλισμός και η τεχνολογία παρουσιάζουν συλλογικά λιγότερες ανησυχίες για τη διάδοση των πυρηνικών όπλων.
Η εγκατάσταση NIF έχει τις ρίζες της στο πρόγραμμα πυρηνικών όπλων του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE). Η εγκατάσταση επρόκειτο να βοηθήσει την κυβέρνηση να κατανοήσει καλύτερα το γερασμένο απόθεμα πυρηνικών όπλων της.
Το NIF άρχισε να κατασκευάζεται το 1997, αλλά αντιμετώπισε καθυστερήσεις και υπερβάσεις του κόστους. Όταν τελικά άνοιξε το 2009, ο στόχος του για την επίτευξη της ανάφλεξης ήταν το 2012. Αποτελεί τεράστια τιμή για τους επιστήμονες και τους μηχανικούς που συμμετείχαν στο έργο ότι ξεπέρασαν το πλήθος των προκλήσεων που αντιμετώπισαν και τελικά δημιούργησαν ένα παγκόσμιο επίτευγμα που είναι το πρώτο στο είδος του. Ανεξάρτητα από τις επιπτώσεις της στην ενέργεια σύντηξης, η επίτευξη της ανάφλεξης στον NIF επιτέλους εκπληρώνει έναν μακροχρόνιο στόχο του προγράμματος πυρηνικών όπλων των ΗΠΑ, για τον οποίο οι φορολογούμενοι πλήρωσαν δισεκατομμύρια δολάρια.
Η διαδικασία γίνεται με πολύ μικρά σφαιρίδια-στόχοι που περιέχουν καύσιμο σύντηξης συμπιέζονται και θερμαίνονται γρήγορα, συνήθως με τη χρήση λέιζερ, για να παραχθούν οι υψηλές θερμοκρασίες και πυκνότητες που απαιτούνται για τη σύντηξη.
Είναι πιθανό το αποτέλεσμα του NIF να οδηγήσει σε αύξηση του δημόσιου και ιδιωτικού ενδιαφέροντος (και των επενδύσεων).
Μια έκθεση της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, Μηχανικής και Ιατρικής των ΗΠΑ (NASEM) του 2021 συνέστησε ότι για να είναι οι Ηνωμένες Πολιτείες πρωτοπόρες στη σύντηξη και να συμβάλουν στην απαλλαγή από τον άνθρακα στα μέσα του αιώνα, το DOE και ο ιδιωτικός τομέας θα πρέπει να δημιουργήσουν μια πιλοτική μονάδα σύντηξης στις Ηνωμένες Πολιτείες το χρονικό διάστημα 2035-2040. Το χρονοδιάγραμμα αυτό θεωρήθηκε εφικτό εάν γίνουν επαρκείς επενδύσεις. Εάν επιτευχθούν οι βασικοί στόχοι για μια πιλοτική μονάδα, η επιτροπή της NASEM κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η εγκατάσταση θα παρέχει τις επιστημονικές, τεχνολογικές και οικονομικές πληροφορίες που θα επιτρέψουν στους προγραμματιστές μονάδων σύντηξης και στις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να προχωρήσουν σε μια εμπορική μονάδα σύντηξης.
Τον Μάρτιο του 2022, ο Λευκός Οίκος δήλωσε ότι φιλοδοξεί να επιταχύνει αυτό το χρονοδιάγραμμα στις αρχές της δεκαετίας του 2030, και η βιομηχανία σύντηξης πιστεύει επίσης ότι μια πιλοτική μονάδα μπορεί να υλοποιηθεί ταχύτερα από ό,τι εκτιμούσε η έκθεση NASEM. Σε αυτή την κατεύθυνση, το DOE εγκαινίασε τον Σεπτέμβριο του 2022 ένα νέο πρόγραμμα με βάση ορόσημα για να συνεργαστεί με ιδιωτικές εταιρείες και να επιταχύνει την ανάπτυξη της σύντηξης.
Το νέο πρόγραμμα ορόσημων για τη σύντηξη έχει ως πρότυπο την επιτυχημένη συνεργασία της NASA με τη SpaceX και απονέμει στις εταιρείες συγκεκριμένα ποσά όταν επιτυγχάνουν μια σειρά από στόχους. Η ανακοίνωση του πρώτου γύρου εταιρειών που θα επιλεγούν για το πρόγραμμα ορόσημων αναμένεται το πρώτο εξάμηνο του 2023.
Τα οικονομικά και η εμπορική διαθεσιμότητα της ενέργειας σύντηξης είναι άγνωστα. Ωστόσο, υπάρχουν λόγοι για τους οποίους η ενέργεια σύντηξης μπορεί να τύχει μεγαλύτερης δημόσιας υποστήριξης από ό,τι η παραδοσιακή πυρηνική ενέργεια μέχρι σήμερα. Όλοι οι πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν σήμερα βασίζονται στη διάσπαση, ή «σχάση», βαρέων ατόμων, όπως το ουράνιο, για την παραγωγή ενέργειας και όχι στη συγχώνευση ελαφρών ατόμων, όπως τα ισότοπα του υδρογόνου.
Το κοινό μπορεί να υποστηρίξει περισσότερο τα συστήματα σύντηξης επειδή δεν θα παράγουν τα πυρηνικά απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας που παράγουν οι αντιδραστήρες που λειτουργούν με σχάση. Τα ερωτήματα σχετικά με το τι θα γίνει με τα αναλωμένα πυρηνικά καύσιμα από τους αντιδραστήρες σχάσης, ενώ είναι διαχειρίσιμα από τεχνική άποψη, έχουν αποδειχθεί δύσκολα όταν πρόκειται για την αποδοχή του κοινού. Εδώ και πολλές δεκαετίες υπάρχει επιστημονική συναίνεση ότι τα αναλωμένα πυρηνικά καύσιμα μπορούν να τοποθετηθούν με ασφάλεια βαθιά μέσα σε ορισμένους στερεούς βραχώδεις σχηματισμούς στο υπέδαφος, αλλά κανένα κράτος δεν το έχει επιτύχει ακόμη.
Τα συστήματα σύντηξης θα εξακολουθήσουν να παράγουν κάποια πυρηνικά απόβλητα χαμηλού επιπέδου, όμως αυτά θα είναι πιο εύκολα διαχειρίσιμα.
Ένας δεύτερος λόγος για τον οποίο η σύντηξη μπορεί να έχει μεγαλύτερη αποδοχή από το κοινό από ό,τι η σχάση είναι ότι η τεχνολογία είναι πιο ασφαλής και δεν μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλες πυρηνικές εκρήξεις (Τσερνομπίλ). Τα εργοστάσια σύντηξης δεν θα παράγουν τα ίδια θερμά, ραδιενεργά ισότοπα που παράγουν οι αντιδραστήρες σχάσης. Η διάσπαση βαρέων ατόμων στους συμβατικούς αντιδραστήρες δημιουργεί «προϊόντα σχάσης» στα αναλωμένα καύσιμα που παράγουν μεγάλη θερμότητα από τη ραδιενεργό διάσπασή τους, ώστε απαιτούν σημαντική ψύξη και μετά τη διακοπή της ισχύος του αντιδραστήρα. Η αποτυχία ψύξης των αναλωμένων καυσίμων έχει οδηγήσει στο παρελθόν σε πυρηνικά ατυχήματα, όπου τα στερεά αναλωμένα καύσιμα έλιωσαν (τήξη) και, στην περίπτωση της Φουκουσίμα, ραδιενεργά ισότοπα απελευθερώθηκαν τελικά στην ατμόσφαιρα.
Εξ ορισμού, οι αντιδράσεις στους σταθμούς παραγωγής ενέργειας από σύντηξη δεν θα παρήγαγαν ραδιενεργά προϊόντα σχάσης. Επιπλέον, τα κύρια ραδιοϊσότοπα που έχουν προκαλέσει ανησυχία σε ατυχήματα αντιδραστήρων σχάσης για πιθανή μεταφορά δόσεων ακτινοβολίας σε κοντινούς πληθυσμούς (όπως το ιώδιο-131) ή μόλυνσης του κοντινού εδάφους (όπως το καίσιο-137) δεν υπάρχουν στους αντιδραστήρες σύντηξης. Το πρωταρχικό τελικό προϊόν των αντιδράσεων σύντηξης είναι το ήλιο – ένα σταθερό και αδρανές αέριο χωρίς προβλήματα ασφαλείας.
*Το άρθρο δημοσιεύτηκε στο Foreign Policy