Τεχνητός ήλιος, η Κίνα ισχυρίζεται ότι σχεδιάζει τον 1ο σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο

Οι κορυφαίες δυνάμεις του κόσμου επενδύουν στην πυρηνική σύντηξη και εργάζονται για την επίλυση των τεχνικών προκλήσεων που συνδέονται με αυτήν. Εάν επιτύχει, η πυρηνική σύντηξη μπορεί να παρέχει σχεδόν απεριόριστη ενέργεια με ελάχιστα απόβλητα.

Η  κινέζικη εφημερίδα South China Morning Post αναφέρει ότι:σε μια σημαντική ανακάλυψη, μια κινεζική ερευνητική ομάδα ισχυρίζεται ότι δημιούργησε τον πρώτο σταθμό παραγωγής ενέργειας στον κόσμο ικανό να μετατρέψει την ενέργεια σύντηξης σε ηλεκτρική ενέργεια χωρίς να διαταράξει το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας.Ο αντιδραστήρας δοκιμών μηχανικής σύντηξης της Κίνας (CFETR) θα παράγει μια τεράστια ποσότητα θερμότητας όταν ολοκληρωθεί γύρω στο 2035, με μέγιστη ισχύ εξόδου έως και 2 γιγαβάτ.

Αυτή η εξέλιξη έρχεται λίγους μήνες μετά την πειραματική προηγμένη υπεραγώγιμη tokamak της Κίνας (EAST), HL-2M αντιδραστήρα ενέργειας σύντηξης είχε τρέξει για 1.056 δευτερόλεπτα στους 70 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Σύμφωνα με τον Xiang Kui, επικεφαλής μηχανικό των θερμικών συστημάτων στο Ινστιτούτο Σχεδιασμού Ηλεκτρικής Ενέργειας Guangdong της China Energy Engineering Group στο Guangzhou, η μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια είναι πρόκληση επειδή ο αντιδραστήρας πρέπει να κάνει ένα διάλειμμα 20 λεπτών κάθε δύο ώρες.

Ο Xiang και οι συνεργάτες του δήλωσαν σε μια έκθεση που δημοσιεύθηκε στο εγχώριο επιστημονικό περιοδικό «Southern Energy Construction» ότι αυτή η συχνή διακοπή μπορεί να δημιουργήσει ενέργεια παλμού που «θα προκαλέσει τεράστια ζημιά στο ηλεκτρικό δίκτυο».

Ολόκληρος ο κόσμος κυνηγάει την τεχνολογία πυρηνικής σύντηξης, με μια εγκατάσταση στη Γαλλία που ονομάζεται Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας (ITER), όπου τα πειράματα πραγματοποιούνται με τη βοήθεια μιας παγκόσμιας κοινοπραξίας με την ΕΕ, τις ΗΠΑ, τη Ρωσία, ακόμη και την Κίνα να είναι μέλη.

Ελπίζουν να κάνουν μια σημαντική ανακάλυψη μέχρι το δεύτερο μισό αυτού του αιώνα.

Ταυτόχρονα, Κινέζοι ερευνητές δήλωσαν ότι το Πεκίνο αναμένει να ξεκινήσει την εμπορική παραγωγή ενέργειας σύντηξης γύρω στο 2050, αλλά ο σταθμός παραγωγής ενέργειας σύντηξης θα απαιτήσει ένα μοναδικό σχεδιασμό με μια σημαντική ζώνη απομόνωσης για τη διασφάλιση των σημερινών ενεργειακών υποδομών από αυτούς τους θανατηφόρους κλυδωνισμούς.

Χώρες όπως οι ΗΠΑ και το Ηνωμένο Βασίλειο δεν είναι πολύ πίσω στον αγώνα. Τον Φεβρουάριο του τρέχοντος έτους, το εργαστήριο JET στο Ηνωμένο Βασίλειο έσπασε το παγκόσμιο ρεκόρ του για την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να εξάγει συνδυάζοντας δύο τύπους υδρογόνου. Σε πέντε δευτερόλεπτα, οι δοκιμές παρήγαγαν 59 μεγατζουλέ ενέργειας (11 μεγαβάτ ισχύος),

Ενώ όλες οι μεγάλες δυνάμεις παραμένουν προσηλωμένες στον άσσο της τεχνολογίας, υπάρχει πολύς δρόμος για να ξεπεραστούν οι μηχανικές προκλήσεις που σχετίζονται με τη δημιουργία ενός τέλειου λειτουργικού «τεχνητού ήλιου» στη Γη.

Η μεγάλη ανακάλυψη πυρηνικής σύντηξης της Κίνας

Η πυρηνική σύντηξη, μια αντίδραση στην οποία δύο ή περισσότεροι ατομικοί πυρήνες ενώνονται για να σχηματίσουν έναν ή περισσότερους διακριτούς ατομικούς πυρήνες και υποατομικά σωματίδια (νετρόνια ή πρωτόνια), παράγει πολλή ενέργεια χωρίς να παράγει πολλά απόβλητα.

Τεράστιες βαρυτικές πιέσεις στον πυρήνα του Ήλιου επιτρέπουν να συμβεί αυτό σε θερμοκρασίες περίπου 10 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Για να δημιουργηθεί σύντηξη σε πολύ χαμηλότερη πίεση, οι θερμοκρασίες πρέπει να είναι σημαντικά υψηλότερες - ξεπερνώντας τους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Δεν υπάρχουν υλικά που μπορούν να αντισταθούν σε τέτοια θερμότητα σε άμεση επαφή. Για να επιτευχθεί η σύντηξη σε ένα εργαστήριο, οι επιστήμονες δημιούργησαν μια μέθοδο με την οποία ένα υπερθερμασμένο αέριο, ή πλάσμα, περιέχεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο σε σχήμα ντόνατ. Η συσκευή σε σχήμα ντόνατ είναι γνωστή ως Tokamak.

Το κινεζικό CFETR είναι μια συσκευή Tokamak που χρησιμοποιεί ενέργεια σύντηξης για να δημιουργήσει ένα εξαιρετικά ισχυρό μαγνητικό πεδίο που μπορεί να περιορίσει και να ρυθμίσει το αέριο υδρογόνου δέκα φορές θερμότερο από τον πυρήνα του Ήλιου. Όταν αρχίζει η σύντηξη, δύο άτομα υδρογόνου συνδυάζονται σε ένα, απελευθερώνοντας μια τεράστια ποσότητα ενέργειας.

Ωστόσο, ο έλεγχος του θερμαινόμενου πλάσματος είναι σκληρός. Μέχρι στιγμής, η μεγαλύτερη διαδρομή έχει διαρκέσει μόνο δύο λεπτά. Με βάση την ταχεία πρόοδο της τεχνολογίας σύντηξης τα τελευταία χρόνια, κινέζοι ειδικοί αναμένουν ότι θα είναι σε θέση να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του σταθερού πλάσματος σε αρκετές ώρες σε περίπου μια δεκαετία.

Ωστόσο, εάν το πλάσμα γίνει ασταθές, ο αντιδραστήρας πρέπει να απενεργοποιηθεί και να ψυχθεί πριν από την έναρξη ενός άλλου κύκλου. Ένας ιδανικός αντιδραστήρας σύντηξης θα λειτουργούσε για μήνες ή ίσως χρόνια κάθε φορά.

Ωστόσο, συνδέοντας το CFETR με το ηλεκτρικό δίκτυο, η Κίνα θα γίνει η πρώτη χώρα στη Γη που θα αξιοποιήσει την ενέργεια ενός «τεχνητού ήλιου».

Ένας ψύκτες θερμότητας είναι μια λύση που παρέχεται από την ομάδα του Xiang. Το αέριο ηλίου θα μεταδώσει θερμότητα από τον αντιδραστήρα σύντηξης σε νεροχύτη γεμάτο με λιωμένο αλάτι, σύμφωνα με ένα εννοιολογικό σχέδιο στο άρθρο τους. Η θερμοκρασία του αλατιού θα φτάσει τους 600 βαθμούς Κελσίου καθώς αυξάνεται η συνολική ενέργεια στο νεροχύτη.

Το ζεστό λιωμένο αλάτι θα μεταφερθεί στη συνέχεια σε εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος θα αυξήσει το νερό σε βρασμό και θα τροφοδοτήσει έναν παραδοσιακό ατμοστροβίλο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η μέθοδος είναι πιο προηγμένη από εκείνες που χρησιμοποιούνται στις περισσότερες υπάρχουσες μονάδες παραγωγής ενέργειας και κάποια ενέργεια θα χαθεί λόγω της ανταλλαγής θερμότητας με τη βοήθεια αλατιού.

Σύμφωνα με τον Xiang, ο ψύκτες θερμότητας μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά τους παλμούς ενεργειακούς κραδασμούς και να συνδέσει τον αντιδραστήρα σύντηξης με τις υπάρχουσες υποδομές ισχύος.

Οι αντιδραστήρες σύντηξης θεωρούνται ασφαλέστεροι από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες αυτή τη στιγμή, διότι, σε περίπτωση ατυχήματος, θα κλείσουν αμέσως και θα σταματήσουν τη θερμοπυρηνική διαδικασία. Επίσης, δεν παράγουν μακροπρόθεσμα ραδιενεργά απόβλητα.

Το CFETR ξεκίνησε το 2017 ως έργο παρακολούθησης του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειραματικού Αντιδραστήρα (ITER), του πρώτου αντιδραστήρα σύντηξης στον κόσμο που κατασκευάζεται επί του παρόντος στη νότια Γαλλία.

Το ITER θα ξεκινήσει το 2025 και θα διαρκέσει έως και 10 λεπτά για να αποδείξει ότι η διαδικασία σύντηξης μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια από ό, τι καταναλώνει. Σύμφωνα με τις κινεζικές αρχές, το CFETR θα προχωρήσει ένα βήμα παραπέρα γεφυρώνοντας το χάσμα μεταξύ επιστημονικών πειραμάτων και εμπορικής χρήσης.

Ενώ ο στόχος της Κίνας θα μπορούσε να ακούγεται κάπως φιλόδοξος και η αναφερόμενη ανακάλυψη της δεν πιστοποιείται, θα ήταν μια απόλυτη αλλαγή παιχνιδιού εάν οι Κινέζοι ερευνητές μπορούσαν να εκπληρώσουν τις υποσχέσεις τους. Μια χώρα μαμούθ όπως η Κίνα, με τεράστιες ενεργειακές ανάγκες, θα ωφεληθεί σε μεγάλο βαθμό εάν εμπορευματοποιηθεί η ενέργεια από την πυρηνική σύντηξη.