Már itt az új energiaforrás, több mint sci-fi, magyarok és kínaiak is dolgoznak rajta – és még mindig nem jó

Világszerte sorra jelentik be a fúziós reaktorok fejlesztésének újabb és újabb eredményeit, de a folyamatosan és gazdaságosan termelő modell megszületése még messze van.  Mindazonáltal a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói már felmérték, hogyan járulhat hozzá az új atomtechnológia a jövő villamosenergia-rendszereihez a különféle politikai, költség- és technológiai feltételezések figyelembevételével. Egyebek mellett ezt is ismerteti a fúziós energiáról készített legfrissebb elemzése részeként a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (NAÜ).

A NAÜ rögtön le is szögezi, hogy a fúziós reaktorok fejlesztése nem egyetlen elgondolás, hanem más-más megközelítésű, párhuzamos fáradozások mentén történik. Jelenleg több mint 160 ilyen kísérleti eszközt terveznek, vagy már építenek demonstrációs céllal, hogy megalapozzák a majdani, nagy mennyiségben történő, biztonságos és olcsó villamosenergia-termelést.

Kína gondolt egyet, és az élre állt

A terület eddig bő 10 milliárd dollár magántőkét vonzott, a pénz 53 projektbe áramlott. Az igazi lendület első évében, 2021-ben még az Egyesült Államok vitte a prímet 2,3 milliárd dollárnyi magántőke-befektetéssel, Kína akkor még sehol sem volt. Ám egy évre rá már érezhető súllyal jelent meg a fúziós kutatásokban, akkortól minden évben körülbelül megkétszerezte a területre fordított pénzt. Az idén az élen állt a 2,4 milliárd dollárnyi ráfordításával, így az Egyesült Államok a második helyre került a maga másfél milliárd dollárjával. Az összes többi országban (döntően Németországban) együtt csak mintegy 300 millió dolláros magántőke-befektetés jutott a termonukleáris reaktorok fejlesztése terén.  

A fúziós energia több egy új energiaforrásnál: a tudományos innováció, az ipari átalakulás és a nemzetközi együttműködés katalizátora – mutat rá a NAÜ. Tiszta, biztonságos és nagy mennyiségű áramot ígér mindenkinek. Leegyszerűsítve a következő módon működik: rendkívül magas hőmérsékleten és nyomáson egyesítenek két könnyű atommagot – általában hidrogénizotópokat – héliummá. Ennek során hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. A folyamattechnológia nehézségét elsősorban a magas hőmérséklet és a nagy nyomás előállítása és az adja, hogy maga a reaktor elviselje ezeket a szélsőséges körülményeket. A választott technológiától (egyesítendő atommagoktól) függően a fúzióhoz 100-150 millió, 300-400 millió, illetve több százmillió Celsius-fok szükséges. Ezért is mondják, hogy a fúziós reaktorok lemásolják a Napban zajló folyó folyamatokat, a berendezések szinte mesterséges Napok. Igaz, a Napban a fúzióhoz elég 15 millió fok.  

Megoldandók a hatékonysági és a gazdasági nehézségek is, amelyek főleg a fúzió magas energiaigényéből és a technológia drága voltából adódnak.  

Mikortól termelnek a piacra áramot a fúziós reaktorok?

Bár a fúziós energiatermelés várható költségeinek alakulása nem látható, az MIT hivatkozott előrejelzése több forgatókönyv alapján is előrevetíti, hogy a világban hol mikortól és milyen ráfordítások mellett válik elérhetővé az újfajta energiaforrás. Az alapforgatókönyv szerint erre már 2035-ben sor kerülhet. Az eljárás azonnali fajlagos beruházási költsége 11 ezer dollár lehet kilowattóránként, a dollár 2021-es értékét alapul véve. E költség azonban 2050-re 8 ezer, 2100-ra pedig 4,3 ezer dollárra szelídülhet.

Az eddig eltelő időben tovább nő a hagyományos, maghasadásos (fissziós) atomenergia szerepe is, elsősorban a világ azon térségeiben, amelyekben már elfogadott és használatos is. A „normál" atomerőművek kapacitásai 2050-re elérhetik a 2020-as rekordév két és félszeresét az MIT feltételezése szerint. Ez egybeesik a 28 ország elköteleződésével, amely a COP28-as klímavédelmi konferencián született.

Messze még a kánaán, de már mondanak dátumokat

Az alapforgatókönyv 2035-re 2 terawattórárára, 2050-re pedig már 735 terawattórára teszi a fúziós reaktorokban előállított villamos energia globális mennyiségét. A látványos felfutás azonban csak ezután, az évszázad második felében következik: a 2100-es termelés akár már 25 ezer terawattóra is lehet. Az MTI e modellje – amely 8 ezer dolláros kilowattóránkénti beruházási költséget feltételez – ezenfelül a következőkkel számol az áramtermelésben:

• A szénalapú áramtermelés 2045-re lényegében kifut, de nyomokban még bő 10 évvel később is lesz rá példa.
• A tisztaszén-technológia a szén-dioxid-leválasztással társulva 2030-ban megjelenik, 2070 táján majdnem teljesen el is tűnik. Viszont közben lesz egy nem túl nagy, de stabil, 20 évnyi virágzása.
• 2035-re megszűnik a kőolaj áramtermelő célú használata.
• A földgáz 2060-ban kopik ki majdnem teljesen az áramtermelésből.
• A szén-dioxid-leválasztással kombinált földgázhasználat már napjainkban megkezdődik, és szerényen, de egyértelműen növekedve 2100-ben is jelen lesz.
• Bőven kitart, még nő is 2100-ig a hagyományos atomenergia.
• A vízenergia használata a hagyományos atomenergiánál kicsit nagyobbra emelkedik az évszázad végére.
• 2055-ig markánsan erősödik az időjárás- és napszakfüggő megújulótermelés, megtartja az energiamixben megszerzett pozícióját 2100-ban is.

A 2035 táján megjelenő fúziósenergia-termelés folyamatosan bővül. A mennyisége 2100-ban annyi lesz, mint a hagyományos atomerőműveké, a vízenergiáé és a szén-dioxid-leválasztásos gázalapú termelésé együtt. A világ áramtermelésének ekkor a 27 százalékát adja. Az időjárás- és napszakfüggő megújulókra jut a termelés mintegy fele, az utolsó negyeden pedig a víz, a fissziós atom és a szén-dioxid-leválasztásos gáz osztozik, közel azonos arányban.

A beruházási költségek feltételezett nagyságától függően a fúziós energiára jutó 2100-es súly körülbelül 10 és 50 százalék között mozog.

Négy fő típussal próbálkoznak a kutatók és a mérnökök: 

• Az alapmodell az orosz fejlesztésű tokamak. A név a toroidális kamra mágneses tekercsekkel orosz nyelvű kifejezés szavaiból adódik. (Toroidális vagy  tórusz formája van például az autóguminak.) Ilyen típusból 2025-ben 79-cel kísérleteztek világszerte.
• A 2023-tól megugrott népszerűségű stellaratorból 30 volt, ez kisebb plazmaáramot igényel a tokamaknál, stabilabban is működik, de bonyolultabb.
• A lézeres (inercia-összetartásos) fúziós reaktorokban rövid, nagy energiájú lézerimpulzusok kényszerítik fúzióra az üzemanyagot. Ilyen eszközzel 14 helyen folyik kísérlet.
• A negyedik esetben nem külön típusról, hanem alternatívnak nevezett, egyéb megoldásokról van szó, erre jelenleg 40 példa van világszerte.

Megbecsülik a világban a magyar kutatók munkáját

Közel 40 országnak van önálló fúziósreaktor-programja, Magyarországnak nincs. Tudományos műhelyekel azonban rendelkezik, továbbá hazai kutatók is részt vesznek nemzetközi műszaki és tudományos együttműködésekben. Ezek egyikében, a franciaországban folyó, nemzetközi Iter projektben folyt munkájukról korábban a Világgazdaság is beszámolt. A nemzetközi munkákban való magyar szerepvállalás a Hun-Ren Energiatudományi Kutatóközpontján keresztül történik. 

Az intézet által épített berendezések (nemzetközi adatok alapján) a következő kísérleti fúziós reaktorokban működnek: JET, Wendelstein 7-X, Asdex Upgrade, Kstar, Eest, Mast Upgrade és JT-60SA. Az Atomenergia-kutató Intézet egyik nemzetközi partnere az európai fúziós kutatásokat összefogó, 29 tagú Eurofusion konzorcium.

A Budapesti Műszaki Egyetem (BME) és a Hun-Renhez tartozó Wigner Fizikai Kutatóközpont is kapcsolódik nemzetközi fúziósenergia-kezdeményezésekhez. A Wigner egy fél évvel ezelőtti, e területet érintő eredményéről (és korábbiakról is) a Világgazdaság is írt. Néhány hete Dunai Dániel, egy Iter-projekt vezetője tartott előadást a BME-n a fúziós reaktorok jövőjéről és magáról az Iterről, nem sokkal előtte szintén ő számolt be a fúziós kutatások kihívásairól.

Az említett Iter- (latinul utazás) projekt célja a világ első következő generációs nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktorának megépítése. A munkában harmincöt ország vesz részt, Magyarország az Európai Unión, mint az egyik tagon keresztül résztvevője az Iternek. Oroszország fejleszti a tokamakalapú létesítmény negyedét, így ahhoz az orosz állami Roszatom cégei szállítanak számos kulcsfontosságú berendezést.