Energia, jaką znamy i wykorzystujemy, pochodzi z paliw kopalnych, energii jądrowej lub odnawialnych źródeł energii. Nasze cele w walce ze zmianą klimatu w UE i w pozostałych częściach świata są coraz bardziej ambitne. Należy się więc skupić na ekologicznych wariantach energetycznych, a transformacja w dziedzinie zielonej energii musi zajmować ważne miejsce wśród priorytetów politycznych. Jednak samo inwestowanie w odnawialne źródła energii może nie wystarczyć do zagwarantowania stabilnych, bezpiecznych i przystępnych cenowo dostaw energii.
ITER – projekt stworzenia największej na świecie instalacji służącej do przeprowadzania fuzji jądrowej – mógłby w znacznym stopniu przyczynić się do zaspokojenia przyszłych potrzeb w zakresie czystej energii.
Czym jest fuzja jądrowa?
Fuzja jądrowa to reakcja jądrowa, która napędza słońce i gwiazdy. Jest również jednym z najbardziej pożądanych celów technologicznych w dążeniu do czystej energii. Fuzja ma miejsce, gdy atomy zderzają się ze sobą w bardzo wysokich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem, co powoduje, że łącząc się w cięższe atomy, uwalniają ogromne ilości energii. Jest to niezwykle gęsta forma energii, z dużą ilością paliw – izotopów wodoru. Fuzja jądrowa może zatem w przyszłości zapewnić bezpieczną, nieemitującą dwutlenku węgla i praktycznie nieograniczoną energię dla przyszłych pokoleń.
Gdzie jest haczyk? Fuzję jądrową jest bardzo trudno uzyskać.
Po pierwsze, odtworzenie fuzji na ziemi wymaga temperatury 150 mln stopni Celsjusza, czyli 10 razy więcej niż w rdzeniu Słońca. Po drugie, podczas gdy deuter, jeden z izotopów wodoru, można łatwo uzyskać z wody morskiej, światowe zasoby trytu – drugiego głównego składnika – są bardzo ograniczone.
Po trzecie, do przechowywania plazmy (gazu podgrzanego do kilku milionów stopni Celsjusza) potrzebne są ogromne magnesy umieszczone w komorze próżniowej instalacji do fuzji jądrowej o nazwie „tokamak”.
Od czasu odkrycia fuzji jądrowej w zeszłym wieku naukowcy próbowali odtworzyć jej siłę na ziemi. Po dokonaniu znacznych inwestycji jesteśmy bisko celu. Oczekuje się, że do końca tego dziesięciolecia fuzja jądrowa będzie w stanie wytwarzać energię elektryczną odprowadzaną do sieci. Za 50 lat zapewni ona przyszłym pokoleniom czystsze i bezpieczniejsze źródło energii, które może zaspokoić większość światowego zapotrzebowania na energię.
Historia fuzji jądrowej
Nauka i technologia leżące u podstaw fuzji jądrowej mają długą i bogatą historię w Europie. Już na początku XX wieku brytyjski fizyk Francis William Aston odkrył, że poprzez połączenie atomów wodoru w hel można osiągnąć dodatni bilans energii.
Rozwój badań nad fuzją jądrową w Europie przyspieszył w 1957 r., kiedy podpisano Traktat Euratom i ustanowiono Europejską Wspólnotę Energii Atomowej.
W 1977 r. został zatwierdzony przez Komisję Europejską wspólny europejski tokamak (JET) – przełomowe osiągnięcie w dziedzinie badań nad fuzją jądrową. Obiekt badawczy w dziedzinie fuzji jądrowej, wykorzystujący projekt tokamak, miał torować drogę przyszłej produkcji energii z fuzji jądrowej. Od 1983 r., kiedy JET został ukończony i wygenerowana została pierwsza plazma, trwają prace nad dodatnim bilansem energii, czyli uzyskaniem z procesu fuzji jądrowej większej ilości energii niż jej potrzeba do realizacji samego procesu.
Następca JET, międzynarodowy eksperymentalny reaktor termojądrowy (ITER), ma osiągnąć ten cel.
Projekt ITER
ITER jest jedynym w swoim rodzaju projektem mającym na celu budowę największej na świecie instalacji służącej do przeprowadzania fuzji jądrowej. Dzięki wspieraniu innowacji i współpracy międzynarodowej projekt przyczynia się do wzrostu gospodarczego i tworzenia miejsc pracy, a jednocześnie pozwoli UE odegrać wiodącą rolę w globalnych badaniach nad fuzją jądrową.
Prace budowlane rozpoczęły się w 2007 r. w Cadarache, na południu Francji, na terenie o powierzchni 42 ha, na którym obecnie znajduje się tokamak, kilka budynków, infrastruktura i źródła energii. ITER jest jednym z najbardziej złożonych projektów inżynieryjnych w historii, ponieważ będzie potrzebował milionów komponentów do montażu gigantycznego reaktora, który waży 23 tys. ton.
Projekt powstał w oparciu o Umowę w sprawie powołania Międzynarodowej Organizacji Energii Termojądrowej na rzecz wspólnej realizacji projektu ITER podpisanej w 2006 r. przez siedmiu partnerów: Chiny, Euratom (reprezentowany przez Komisję Europejską), Indie, Japonię, Koreę Południową, Rosję i USA. Partnerzy ci wspólnie zarządzają organizacją ITER, która odpowiada za budowę projektu i zarządzanie nim, oraz gromadzą na ten cel zasoby finansowe i naukowe. Każdy partner posiada krajową agencję zarządzającą swoimi wkładami. Unijna agencja to Fusion for Energy (Europejskie Wspólne Przedsięwzięcie na rzecz Realizacji Projektu ITER i Rozwoju Energii Termojądrowej), które ma siedzibę w Barcelonie (Hiszpania).
Oprócz prac związanych z ITER, UE wspiera również działania w zakresie badań, kształcenia i szkolenia w dziedzinie fuzji jądrowej za pośrednictwem konsorcjum EUROfusion finansowanego z programu badawczo-szkoleniowego Euratom na lata 2021–2025.
(Bliska) przyszłość fuzji jądrowej
ITER ma produkować 10 razy więcej energii termojądrowej niż moc cieplna potrzebna do wyprodukowania plazmy, co sprawia, że jest on kluczowym etapem eksperymentalnym między dzisiejszymi instalacjami badawczymi a przyszłymi elektrowniami termojądrowymi.
W 2020 r. miał miejsce ważny krok – rozpoczęcie pięcioletniej fazy montażu tokamaka. Kolejnym ważnym etapem będzie rok 2025, do którego ITER ma wygenerować pierwszą przegrzaną plazmę. Pełną moc ma osiągnąć do 2035 r. i wykazać, że z procesu fuzji można pozyskać więcej energii niż zostało do niego zużyte.
Chociaż sam ITER nie będzie produkował energii elektrycznej – ma raczej na celu udowodnienie, że fuzja jądrowa na dużą skalę jest możliwa – stanowi on ogromny krok w tworzeniu energii termojądrowej i przyczyni się do przejścia od badań naukowych do rzeczywistości.
Oprócz postępów na terenie Europy, jeszcze w tym roku UE i Japonia zainaugurują reaktor termojądrowy JT-60SA zlokalizowany w mieście Naka w Japonii. Będzie to największy tokamak w eksploatacji do czasu uruchomienia ITER. JT-60SA został opracowany i zbudowany wspólnie przez Japonię i Unię Europejską w ramach umowy w sprawie szeroko zakrojonej koncepcji. Jego szczególnymi właściwościami są zdolność do wytwarzania plazmy o długim impulsie. Główne zadania JT-60SA to wspieranie eksploatacji ITER (jego uruchomienie planowane jest na 2025 r.) oraz przyczynianie się do stworzenie unijnego reaktora termojądrowego następnej generacji – DEMO.
DEMO – „demonstracyjna elektrownia” będąca kontynuacją projektu ITER – to program przemysłowy i technologiczny, dzięki któremu produkowana będzie energia elektryczna dla sieci. To z kolei utoruje drogę do przyszłej komercjalizacji energii termojądrowej i doprowadzi do uzyskania taniej, niemal nieograniczonej energii bezemisyjnej, być może począwszy od 2050 r.
Fuzja jądrowa, miejsca pracy i przemysł europejski
Oprócz postępów w badaniach nad fuzją jądrową, udział UE w projekcie ITER przyczynia się również do rozwoju gospodarki, zwłaszcza przez znaczne inwestycje w przemysł europejski.
W latach 2008–2019 europejski wkład na rzecz projektu wyniósł nieco ponad 5,6 mld w inwestycjach rzeczowych i gotówkowych. Miało to silny i pozytywny wpływ na europejską gospodarkę w postaci wzrostu gospodarczego i wzrostu zatrudnienia.
Badanie skutków ITER i innych projektów w dziedzinie fuzji jądrowej w ramach wspomnianej równoległej umowy w sprawie szeroko zakrojonej koncepcji wykazało, że wynik projektu ITER w latach 2008–2019 to 104 mln euro. Ponadto poszczególne przedsiębiorstwa produkujące komponenty i świadczące usługi dla ITER potwierdziły, że są w stanie rozbudować swoje obiekty, modernizować sprzęt i zatrudniać pracowników.
W innym badaniu dotyczącym ITER i COVID-19 przeanalizowano wpływ pandemii zarówno na ITER, jak i na przedsiębiorstwa zaangażowane w projekt. Wykazano w nim, że mimo negatywnego wpływu pandemii na dwie trzecie przedsiębiorstw, blisko jedna trzecia przedsiębiorstw stwierdziła, że ich zaangażowanie w ITER zwiększa ich odporność na skutki kryzysu.
Na mocy nowego Europejskiego prawa o klimacie UE zobowiązała się do osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 r. Na arenie międzynarodowej inne kraje podejmują podobne zobowiązania. Wszyscy zdają sobie sprawę z ogromu przyszłych wyzwań. Fuzja jądrowa może w znacznym stopniu przyczynić się do realizacji tego celu, a projekt ITER ma kluczowe znaczenie dla uruchomienia tej nowej technologii.
Więcej informacji
Informacje szczegółowe
- Data publikacji
- 17 maja 2021
- Autor
- Dyrekcja Generalna ds. Energii
- Miejsce
- Bruksela