Ядерный синтез - шумиха или решение энергетических проблем?
Использование лазеров для получения практически неисчерпаемого источника энергии - звучит как научная фантастика. Чуть больше года назад это обещание попало в заголовки газет по всему миру. 5 декабря 2022 года американские исследователи соединили атомные ядра и получили больше энергии, чем вложили непосредственно в них с помощью лазеров. Министр энергетики США Дженнифер Грэнхолм назвала это "одним из самых впечатляющих научных достижений XXI века".
Неожиданно политики в Германии тоже заговорили о ядерном синтезе. Федеральное министерство исследований Беттина Штарк-Ватцингер (СвДП) недавно объявила об инвестициях в размере более миллиарда евро в течение следующих пяти лет. Эта тема в моде.
"Я могу это подтвердить", - говорит Томас Клингер, руководитель термоядерного эксперимента "Вендельштайн 7-X" под Грайфсвальдом, немецкому агентству печати. "В исследованиях по термоядерному синтезу уже достигнут очень значительный прогресс, что убеждает широкую общественность в том, что это не воздушный замок, с которым будут возиться вечно". В начале года Вендельштейн 7-X также достиг важной вехи. Ему удалось поддерживать плазму - своего рода четвертое состояние материи, необходимое для ядерного синтеза, - очень горячей и в течение длительного времени.
Теоретически можно генерировать огромное количество энергии.
При ядерном синтезе атомные ядра соединяются при экстремальных температурах. Это происходит в звездах, а значит, и на Солнце. Для этого ученые используют лазеры или магниты. Теоретически можно производить огромное количество энергии - без ущерба для климата, без риска катастрофы реактора, как при делении ядер, и без долговременных и высокорадиоактивных отходов. Пока что, несмотря на десятилетия исследований, это остается мечтой о будущем.
"Искусственное создание звезды на Земле, поддержание ее жизни и использование" - это самое сложное, что когда-либо пытались сделать люди, говорит Маркус Рот из Технического университета Дармштадта. "Если бы это было ракетостроением, мы бы сделали это еще в 60-х годах".
В эксперименте в США, как обычно в исследованиях, учитывался только энергетический баланс самой плазмы, но не общий баланс. Для будущего производства электроэнергии очень важно, чтобы он был положительным, а до этого еще далеко. Согласно информации, предоставленной в то время, системе требовалось около 300 мегаджоулей энергии, чтобы обеспечить два мегаджоуля энергии лазера, который генерировал три мегаджоуля термоядерного выхода. Следует также учитывать, что полученная энергия является тепловой, и при ее преобразовании в электричество обычно происходят значительные потери.
Немецко-американская компания Focused Energy, одним из основателей которой является Рот, хочет сделать лазерный термоядерный синтез пригодным для использования. Несколько исследователей, участвовавших в прорыве в США год назад, также принимают участие в проекте. Они уже были приглашены в Белый дом и участвуют в американской программе финансирования. По словам Рота, все большее число стартапов стимулирует развитие. Некоторые из них уже привлекли частные инвестиции, исчисляемые миллиардами.
Германия может отстать
В сентябре консалтинговая компания Strategy& предупредила, что Германия может отстать от других стран из-за меньшего объема инвестиций, чем за рубежом, несмотря на передовые исследования.
Но одни деньги бесполезны, говорит Клингер. Необходима соответствующая среда, в которую входит и промышленность. "В этом смысле индустрии термоядерного синтеза не существует. Она постепенно начинает формироваться". Для этого необходимо разработать прототипы и построить заводы. Этот эффект спарринга очень важен.
По словам представителей Gauss Fusion, это единственная из 40 или около того существующих компаний, занимающихся ядерным синтезом, в основном из США, которая занимается промышленностью, а не исследованиями. По словам управляющего директора Милены Роведы, внедрение термоядерного синтеза в сеть - это уже не физическая, а инженерная проблема. Ее цель: построить электростанцию в Европе к началу 2040-х годов. Ориентир: 20 миллиардов. После этого стоимость будет снижаться. Деньги должны поступить от государственных и частных доноров.
Эксперт: Другие технологии дешевле и быстрее
"Другие технологии дешевле и быстрее, чем ядерный синтез", - критикует Клаудия Кемферт, эксперт по энергетике из Немецкого института экономических исследований (DIW). Обещания ядерного синтеза - это "больше выдача желаемого за действительное". Она говорит о текущих мини-успехах. Пока ядерный синтез не готов, возобновляемые источники энергии могут обеспечить полное снабжение.
Хайнц Смиталь, эксперт по ядерной энергии из Гринпис, также считает "новую шумиху" вокруг ядерного синтеза весьма проблематичной. "Это приводит к тому, что огромные суммы денег вкладываются в технологию, которая принесет мало пользы обществу". Миллиарды, обещанные немецким правительством, лучше вложить в цифровизацию энергосетей и хранение энергии, а также в развитие возобновляемых источников энергии.
Клингер признает, что термоядерная энергия, скорее всего, сыграет свою роль во второй половине этого века. "Если честно, я не думаю, что это плохо". Выдавать желаемое за действительное, что после 2050 года наступят золотые времена с точки зрения энергетики, не стоит. В мире есть регионы с недостаточным энергоснабжением, а удаление парниковых газов из атмосферы потребует много энергии. Для Рота речь идет также об энергетической независимости: в будущем мы также будем зависеть от других регионов мира в плане поставок солнечной энергии или водорода. Ядерный синтез может стать выходом из положения.
Клингер считает, что первая термоядерная электростанция может быть построена уже к середине века. "Я думаю, что это вполне осуществимо и не стоит на слишком шатком фундаменте". Если же начать сразу, то это станет возможным через 20 лет - с чуть большим риском, поскольку за это время будет прояснено меньше технических вопросов. "Это по-прежнему сложно. Мы всегда находимся на пределе технически возможного". Но в целом Клингер настроен оптимистично. "Не безудержный оптимизм, но оптимизм. Все должно получиться. Это лучшее, что может сказать ученый".
Источник: www.dpa.com
