Jedan od većih problema za održavanje funkcioniranja današnje civilizacije temeljene na pogrešnim pretpostavkama poput one o stalnom gospodarskom rastu ili ljudskoj sposobnosti da poboljša procese u ekosustavima koji su kreirani i optimirani tijekom milijardi godina evolucijskih procesa jest mogućnost obilne opskrbe jeftinom energijom. Iz tog razloga se, kako u svjetskim, tako i preneseno u našim medijima, učestalo pojavljuju članci o nuklearnoj fuziji kao svetom gralu energetike i projektu ITER koji će, ukoliko vjerujete tim tekstovima, našoj civilizaciji omogućiti pristup neiscrpnom izvoru, čišće, sigurne i uz to jeftine energije bez emisija stakleničkih plinova. Primjere takvih nedavnih tekstova možete pročitati Na Telegram.hr-u ili pak u Jutarnjem listu. Takvi i slični tekstovi su uz rijetke stidljive naznake potencijalnih problema sročeni kao panegirici Nudeći nerealni tehno optimizam opstruira se mobilizacija ljudi i financijskih sredstava za pokretanje nužne energetske transformacije temeljene na realnim i postojećim tehnologijama obnovljivih izvora energije, povećanju energetske efikasnosti i što je najvažnije promjeni trenutne gospodarske ideologijenašoj tehnološkoj civilizaciji, slave ljudsku nadmoć nad prirodom te opisuju progresističku utopiju čije obrise već skoro da možemo fizički opipati i doživjeti. U ovom tekstu ću, ukratko i bez ulaženja u mudre tehničke detalje, učestale priče o ljepoti, dizajnu i skladu boja fuzijskog novog ruha koje se tka na novom skupom nuklearnom tkalačkom stroju zvanom ITER, pokušati pokazati u nešto realnijoj perspektivi.
Usporedba sa Suncem
S obzirom da prema Suncu kao (energetskom) izvoru života ljudi još od pradavnih vremena osjećaju duboku povezanost i strahopoštovanje, fuzijski nuklearni tkalci iz marketinških razloga uvijek ističu da na Zemlji stvaraju tehnološku podlogu za reproduciranje fuzijskih procesa koji se odvijaju na Suncu. Međutim kada se odgrne debeli zastor poetsko marketinškog izričaja umotanog u tehničke opise, može se vidjeti da su sličnosti vrlo male. Zbog velike mase Sunca koja je 330 000 puta veća od mase Zemlje, fuzijske reakcije jezgara vodika iz kojih nastaje helij odvijaju se na puno nižim temperaturama nego što će to biti moguće ostvariti na Zemlji. Temperatura jezgre Sunca gdje se reakcije odvijaju je oko 15,7 milijuna °C, a temperatura površine oko 5700 °C. Gustoća snage stvarana fuzijom u unutrašnjosti Sunca, a uzet ću najveću procjenu koju sam našao u literaturi, je 276 W/m3. Za usporedbu, ako uzmemo da čovjek preko hrane u prosjeku troši 2.500 kcal na dan, kada to preračunamo u prosječnu snagu ispada 120W. Pa ako uzmemo u obzir da je prosječni volumen čovjeka nešto ispod 70 litara, ispada da je prosječna gustoća snage kod čovjeka oko 1800 W/m3, što je oko 6,5 puta više od gustoće snage proizvedene fuzijom u jezgri Sunca gdje je ona najveća. Ovu usporedbu sam napravio samo kao ilustraciju kako nas intuitivno viđenje svijeta i pojava koje nas okružuju često može zavarati.
Kada bi uz istu gustoću snage kao u jezgri Sunca radio fuzijski reaktor, tada bi samo unutarnji volumen reaktora termalne snage od 1GW (električne snage oko jedne trećine termalne), iznosio preko 3,5 milijuna kubičnih metara. Primjerice, Velika piramida u Gizi (Keopsova) ima volumen oko 2,5 milijuna metara kubičnih. Dakle, na Zemlji moramo postići za nekoliko redova veličine veću gustoću snage ukoliko želimo pokrenuti fuzijske reakcije i imati reaktore iole suvislih dimenzija.
Neograničen izvor energije
Usporedba sa Suncem nije baš adekvatna, ali ionako predstavlja samo poetski stil za podizanje vjere u progresističku utopiju i prikupljanje velikih iznosa za financiranje fuzijskih projekata. Razmotrimo sada tvrdnje o vodiku kao neograničenom izvoru energije za fuzijske reaktore. S obzirom da je vodik kao osnova fuzijskih reakcija na Suncu sastavni element vode, naizgled se čini da su nam doista pristupačne ogromne količine tog energenta budućnosti. Međutim, da bi fuzijsku reakciju ostvarili na Zemlji uz koliko-toliko prihvatljive tehničke uvjete od "samo" 150 milijuna °C u dosadašnjim projektima i toliko spominjanom projektu ITER, koriste se izotopi vodika deuterij (jedan proton i jedan neutron) i tricij (jedan proton i dva neutrona). Opskrba deuterijem koji sačinjava tek 0,0156 posto atoma vodika na Zemlji i energetski ga je zahtjevno izdvajati možemo reći da u toj priči predstavlja manji problem. Međutim tricij postoji samo u tragovima u gornjim slojevima atmosfere, ako ne računamo ispuštanja tog radioaktivnog elementa u okoliš iz fisijskih nuklearnih elektrana tijekom njihovog redovnog rada.
Tricij se danas izdvaja iz fisijskih reaktora (CANDU) koji kao moderator koriste tešku vodu, vodu koja sadrži povećani udio vodikovog izotopa Medijsko predstavljanje ITER-a kao perspektivnog energetskog projekta koji ima potencijal rješavanja svjetskih energetskih problema samo skreće pažnju s tih problema u krivom smjerudeuterija. Cijena izdvajanja je 30 milijuna dolara po kilogramu tricija i koristi se uglavnom za potrebe nuklearnog naoružanja, što otvara i problem zloupotrebe tog materijala. CANDU tip reaktora predstavlja tek mali broj ukupnog broja fisijskih reaktora koji su u pogonu. Cijena izdvajanje tricija iz dominantnog tipa reaktora koji kao moderator koriste običnu vodu je oko 200 milijuna dolara po kilogramu. Dodatni problem je da tricij kao radioaktivni element ima relativno kratko vrijeme poluraspada od 12,3 godine, što znači da godišnje nestane oko 5 posto izdvojenih zaliha. Postojeći CANDU reaktori već su prilično stari i prema planu bi trebali prestati s radom do 2025. godine. Do tog roka ukupne zalihe izdvojenog tricija mogle bi iznositi tek oko 27 kilograma. Prema procjenama iz dosadašnjih eksperimenata s fuzijom za rad fuzijskog reaktora termalne snage 1GW, bilo bi potrebno 55,6 kg tricija godišnje, što znači da bismo 2025. godine mogli imati zalihe za otprilike pola godine rada jednog takvog reaktora, kada bi postojala realna mogućnost da on tada i proradi.
Samoodrživi fuzijski proces
Kao rješenje za problem nedostatka tricija za pogon fuzijskih reaktora nudi se vizija samoodrživog fuzijskog procesa u kojem bi se tijekom fuzije oslobođenim neutronima bombardirala obloga napravljena od litija iz čega bi nastajao novi tricij koji bi se ponovo koristio u fuzijskoj reakciji. Međutim, za sada tu mogućnost dozvoljavaju tek teoretski modeli uz pretpostavku idealnih uvjeta koji su jako daleko od tehničkih mogućnosti realizacije. Primjerice, fuzijska reakcija deuterija i tricija daje samo jedan neutron koji bi trebao stvoriti novi atom tricija. Zato ta problematika ovdje neće biti dalje obrazlagana. Samo ću napomenuti da projekt ITER u svojim planovima uopće nema predviđen pokušaj rješavanje tog problema.
Što je zapravo projekt ITER?
Projektom ITER želi se u komori volumena 840 m3, jakim magnetskim poljima kontrolirati plazma tijekom fuzijske reakcije deuterija i tricija u trajanju 400 sekundi. Planirana termalna snaga reaktora je 0,5GW uz omjer dobivena/uložena energija oko 10 (tehnologije korištenja vjetra i sunca imaju znatno veći taj omjer). Korištenje te termalne snage za proizvodnju električne energije uopće nije dio plana tog projekta. Početni planovi su bili: komora 2000 m3, trajanje kontrolirane fuzije 10000 sekundi, termalna snaga 1,5GW i omjer dobivene/uložena energije između 10 i 15. Zbog prevelikih procijenjenih troškova projekt je do 2005. reduciran na prethodno navedene parametre uz procjenu troškova od 5 milijardi dolara. U znanoj i nikada iznevjerenoj tradiciji nuklearne industrije troškovi su narasli znatno iznad planiranih, pa zadnje procjene iznose oko 13 milijardi dolara s trendom daljnjeg rasta. Rok za početak eksperimentalnog rada je 2022. godina, ali ni to zbog također tradicionalnih kašnjenja ne treba shvaćati previše ozbiljno.
Čak i da sve profunkcionira prema planovima, 400 sekundi trajanja kontrolirane fuzijske reakcije jako je daleko od kontinuiranog rada tijekom cijele godine, odnosno s vremenskim iskorištenjem tako skupe elektrane od barem između 80 i 90 posto, što je nužno potrebno barem za naznaku komercijalne upotrebe. Još ne postoji nikakva realna vizija za opskrbu takvih reaktora s potrebnim količinama tricija, ali ni realni planovi da se to postigne. Tehnologija je i bez pokušaja realizacije održivog fuzijskog procesa enormno kompleksna i skupa što znači da mogućnost dobivanja jeftine energije iz tih postrojenje predstavlja samo još jednu iluziju koja se veže uz energiju fuzije. O tome da će komercijalna upotreba energije fuzije biti realnost za 40 ili 50 godina govori se već desetljećima bez značajnih pomaka na tom planu ili skraćivanja roka realizacije. Primjerice, tijekom prve polovine osamdesetih godina na prvoj ili drugoj godini studija na ETF-u (današnjem FER-u), na predavanjima iz kolegija "Energetika", nakon rijetke kritičke (heretičke) primjedbe jednog kolege u vezi nuklearne tehnologije upućene predavaču (tada još docentu), od predavača smo dobili Iluzija o obilnom i jeftinom izvoru energije bez emisije stakleničkih plinova, koji navodno samo treba dovoljno političke podrške i dodatnih sredstava za istraživanje i skoru komercijalu upotrebu, samo ljudima daje mogućnost da racionaliziraju svoje današnje iracionalno energetsko i gospodarsko ponašanjeovakav odgovor. "Zašto se uopće zabrinjavate oko fisijskih nuklearnih elektrana, kada će komercijalne fuzijske elektrane proraditi najkasnije do 2000. godine?"
Ta izjava samo predstavlja primjer već tada masovno prihvaćenog fuzijskog tehno optimizma, koji unatoč stalnog pomicanja rokova nije bitno splasnuo ni do današnjih dana. Nakon Drugog svjetskog rata razvoj fisijskih nuklearnih elektrana također se opisivalo kao razvoj elektrana iz kojih će se dobivati energija koja će biti prejeftina da bi ju se uopće mjerilo, a dobili smo jedan od najskupljih izvora energije koji iza sebe ostavlja teško rješive probleme za nerednih nekoliko stotina tisuća godina.
Projekt ITER treba promatrati kao vrlo skupi znanstveni eksperiment kontroliranja plazme, a tek marginalno kao energetski projekt. Medijsko predstavljanje ITER-a kao perspektivnog energetskog projekta koji ima potencijal rješavanja svjetskih energetskih problema samo skreće pažnju s tih problema u krivom smjeru. Nudeći nerealni tehno optimizam opstruira se mobilizacija ljudi i financijskih sredstava za pokretanje nužne energetske transformacije temeljene na realnim i postojećim tehnologijama obnovljivih izvora energije, povećanju energetske efikasnosti i što je najvažnije promjeni trenutne gospodarske ideologije okovane čvrstom mrežom religijskih, antropocentričnih, mehanicističkih i redukcionističkih pogleda na prirodu i njene procese. Sve to ujedno umanjuje osjećaj opasnosti od daljnjih emisija stakleničkih plinova uzrokovanih korištenjem fosilnih goriva i potrebe hitnog postizanja globalnog konsenzusa o smanjenju tih emisija. Iluzija o obilnom i jeftinom izvoru energije bez emisije stakleničkih plinova, koji navodno samo treba dovoljno političke podrške i dodatnih sredstava za istraživanje i skoru komercijalu upotrebu, samo ljudima daje mogućnost da racionaliziraju svoje današnje iracionalno energetsko i gospodarsko ponašanje te time opravdaju vlastitu pasivnost na planu provedbe nužno potrebnih promjena usmjerenih prema očuvanju okolišnih osnova za očuvanje ljudske civilizacije pa i naše preživljavanje kao vrste.
Ukoliko nekome ovaj tekst u stilu infantilnog povika "Car je gol!" ostavlja sumnju u dosege ITER projekta, može pročitati rad dr. Michaela Dittmara s instituta za fiziku čestica iz Švicarske (1), poglavlje 5. Fusion Illusion, iz kojeg je preuzet dio podataka, a tekst ću i završiti citatom iz tog rada koji jako dobro opisuje energetske mogućnosti fisijske i fuzijske nuklearne tehnologije.
"U nadolazećoj jeseni i zimi naše industrijske civilizacije koju nam donosi predstojeći pad u opskrbi fosilnim energentima, vrlo je jasno da fisijski nuklearni car ima pretanko ruho da bi se njime mogli zagrijati, a fuzijski nuklearni car odjeće uopće ni nema."
1. Michael Dittmar: The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction - Part IV
