A co z syntezą jądrową?

Mówimy, że chcemy nałapać słońca do pudełka. To piękna idea. Sęk w tym, że nie wiemy, jak zrobić to pudełko.

Sébastien Balibar, dyrektor ds. badań, CNRS Synteza jądrowa jest w fazie spekulacji i eksperymentu. Nie możemy radośnie zakładać, że w zakresie syntezy nastąpi przełom, ale chętnie ocenię, ile energii dostarczy synteza, o ile ów przełom nastąpi.

Za najbardziej obiecujące uważa się dwie reakcje syntezy:

• reakcja D-T, w której deuter łączy się z trytem, tworząc hel,
• oraz reakcja D-D, w której deuter łączy się z deuterem.

Deuter, naturalnie występujący ciężki izotop wodoru, można pozyskać z wody morskiej. Tryt – jeszcze cięższy izotop wodoru, nie występuje naturalnie w dużych ilościach (ponieważ ma zaledwie 12-letni okres półtrwania), ale można go pozyskać z litu.

ITER to międzynarodowy projekt mający na celu opracowanie stabilnie działającego reaktora termojądrowego. Prototyp ITER będzie przeprowadzał reakcje D-T. Preferuje się D-T, bo wiąże się z uwolnieniem większej ilości energii, a poza tym do działania potrzebuje „zaledwie” temperatury rzędu 100 mln °C, podczas gdy reakcja D-D wymaga 300 mln °C (temperatura w środku Słońca wynosi 15 mln °C).

Oddajmy się fantazjom i załóżmy, że projekt ITER odniesie sukces. Ile zrównoważonej energii może nam zapewnić? Elektrownie wykorzystujące reakcję D-T, zasilane litem, znajdą się w kłopocie, kiedy skończy się lit. Zanim to nastąpi, być może pojawią się inne wytwory futurologii – reaktory termojądrowe zasilane samym deuterem.

Owe futurystyczne źródła energii nazwę syntezą litu i syntezą deuteru, w oparciu o główne paliwo, które trzeba będzie zapewnić. Oszacujmy, ile energii może dostarczyć jedno i drugie źródło.

Synteza litu Światowe rezerwy litu szacowane są na 9,5 mln ton w złożach rud. Gdyby całość tych rezerw spożytkować na syntezę na przestrzeni tysiąc lat, zapewniłoby to 10 kWh na osobę dziennie.

Dodatkowo, lit można znaleźć w wodzie morskiej, gdzie osiąga stężenie 0,17 cząstek na milion (ppm). Szacuje się, że pozyskanie litu z wody morskiej w ilości 100 mln kg/rok wymaga energii rzędu 2,5 kWh(e) na gram litu. Jeżeli reaktory termojądrowe z grama litu wyprodukują 2300 kWh(e), da to 105 kWh na osobę dziennie (przy populacji wielkości 6 mld). Przy takim tempie eksploatacji litu w oceanach wystarczy na ponad milion lat.

Synteza deuteru

O ile naukowcom i inżynierom uda się przeprowadzić reakcję D-D, mamy kilka bardzo dobrych wiadomości. W każdej tonie wody jest 33 g deuteru, a energia uwolniona z syntezy zaledwie jednego grama deuteru to niewyobrażalne 100 000 kWh. Zważywszy, że masa oceanu wynosi 230 mln ton na osobę, deuter każdemu powinien zapewnić 30 000 kWh energii dziennie (to ponad stukrotność zużycia energii przeciętnego Amerykanina). I to w populacji dziesięciokrotnie większej niż obecna. I to przez milion lat (Rys. 24.17.)