W oczekiwaniu na elektrownie termojądrowe

Pierwsze próby wykorzystania do produkcji energii elektrycznej tych samych reakcji, które dają moc słońcu i bombie wodorowej, zostały podjęte już w latach 50. XX w. Teoretyczne badania prowadzono głównie w ZSRR, USA i Wielkiej Brytanii. Uczonych inspirowała oczywiście nasza gwiazda, w środku której trwa nieprzerwanie synteza jąder wodoru, odbywająca się przy gigantycznym ciśnieniu oraz w temperaturze ok. 15 mln kelwinów. Podczas tej syntezy, czy – jak kto woli – fuzji termojądrowej, uwalniają się gigantyczne ilości energii. Aż chciałoby się ściągnąć z natury ten patent. W teorii interesująca W teorii fuzja wodorowa jest atrakcyjnym źródłem prądu. Nie generuje tylu kłopotliwych i długowiecznych odpadów radioaktywnych, co tradycyjny reaktor atomowy. Paliwem w tym ostatnim jest głównie uran, który na Ziemi występuje w małych ilościach. Do fuzji tymczasem potrzebujemy deuteru, izotopu wodoru – pierwiastka, który można znaleźć w dowolnych ilościach w wodzie. Plusem jest też to, że podczas reakcji termojądrowej nie istnieje ryzyko stopienia prętów paliwowych. Wygląda to naprawdę interesująco. Niestety, tylko w teorii. W praktyce zbudowanie urządzenia, które energię termonuklearną przetwarzałoby w elektryczną, okazuje się niezwykle trudne. Ponad pół wieku temu w ZSRR podjęto pierwsze próby skonstruowania takich reaktorów. Do pionierów należał słynny fizyk nuklearny, a w późniejszych latach także sowiecki dysydent Andriej Sacharow. Budowane przez niego i jego kolegów tzw. tokamaki miały kształt obwarzanka (torusa), wewnątrz którego podgrzewano atomy wodoru do momentu, aż straciły wszystkie elektrony i zmieniły się w gorącą plazmę utrzymywaną w takim stanie przez silne pole magnetyczne. Podgrzej taką plazmę mocno, a wtedy jądra deuteru i drugiego izotopu wodoru – trytu – zaczną się ze sobą zderzać, tworząc hel i uwalniając neutrony. Te ostatnie wyniosą ciepło powstające podczas fuzji na zewnątrz plazmy. I właśnie to ciepło można wykorzystać do produkcji prądu. Na świecie zbudowano już kilkadziesiąt niedużych tokamaków, jednak żaden nie pracuje tak, jak chcieliby fizycy. Niełatwo jest osiągnąć takie warunki, aby synteza deuteru i trytu zachodziła wydajnie. Nie udaje się utrzymać przez dłuższy czas subtelnej równowagi pomiędzy temperaturą plazmy, jej ciśnieniem oraz stabilnością pól magnetycznych. W efekcie najlepsze pracujące dziś urządzenia doświadczalne wytwarzają co najwyżej tyle energii, ile same dostają. Czy lekiem na te kłopoty okaże się ITER (ang. International Thermonuclear Experimental Reactor – dosł. Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny)? Czas płynie, prąd – nie Propozycję zbudowania wspólnie eksperymentalnego tokamaka Rosjanie przedstawili Amerykanom na początku 1985 r . Ci ją przyjęli, choć nie bez wahań. Wszak trwała wciąż zimna wojna. Mimo to podczas słynnego spotkania prezydenta USA Ronalda Reagana i przywódcy ZSRR Michaiła Gorbaczowa, pod koniec 1985 r. w Genewie, ustalono, że program ruszy, a do uczestnictwa w nim zostaną zaproszone Europejska Wspólnota Gospodarcza (poprzedniczka Unii Europejskiej) i Japonia. Czas przy projektowaniu tokamaka płynął powoli. Finalna koncepcja była gotowa w 2001 r., a cztery lata później, po długim przeciąganiu liny pomiędzy Japonią a Unią Europejską, zdecydowano, że ITER powstanie we francuskim ośrodku badań nuklearnych w Cadarache nieopodal Marsylii. W listopadzie 2006 r. w Pałacu Elizejskim w Paryżu podpisano porozumienie w sprawie budowy reaktora o planowanej mocy 500 MW. Po drodze do inicjatywy przystąpiły Chiny, Korea Południowa i Indie. Budżet projektu wstępnie oszacowano na 5 mld euro i założono, że budowa rozpocznie się w ciągu dwóch, trzech lat. Gigantyczne urządzenie, ważące 23 tys. ton i mające wysokość prawie 30 m, miało być gotowe w 2016 r. Jednak szansa dotrzymania tego terminu jest dziś zerowa. Z wielu powodów. Po pierwsze, choroba nadmiernego optymizmu dotyka niemal wszystkie megaprojekty, a te związane z energią w szczególności. Po drugie, ITER jest wyjątkowy ze względu na wyzwania technologiczne i konieczność opracowania od zera wielu elementów, w tym osłon reaktora oraz modułów odbierających neutronom energię i przekazujących ją do turbin elektrycznych. Po trzecie, sprawne budowanie reaktora wymagało innego rodzaju fuzji, a mianowicie pogodzenia czterech różnych kultur zarządzania dużymi projektami: europejskiej, azjatyckiej, amerykańskiej i rosyjskiej. W efekcie zamiast sprawnie koordynowanego przedsięwzięcia wyrósł organizacyjny potworek. Na budowie całymi miesiącami nic się nie działo, za to błyskawicznie pęczniała struktura biurokratyczna. Amerykanie zaczęli mieć dość tej zabawy. Dwa lata temu do Cadarache przyleciał na kilka tygodni William Madia, amerykański chemik, a także – co w tym przypadku ważniejsze – wybitny menedżer nauki, m.in. wieloletni dyrektor znanego ośrodka badawczego Oak Ridge National Laboratory. Miał się przyjrzeć, jak zarządzany jest ITER, a następnie zdać relację z podróży amerykańskim władzom. Te były coraz bardziej zaniepokojone tym, że USA zaczynają finansować dziurę bez dna – tak właśnie określano ślimaczącą się inwestycję. Madia przywiózł poufny raport, którego treść ujawnił „New Yorker”. Ocena była druzgocząca, zawierała mnóstwo stwierdzeń w stylu: „brak kultury zarządzania”, „niewielka liczba wysokiej klasy ekspertów”, „niejasny i rozwlekły proces podejmowania decyzji”, „brak kultury bezpieczeństwa atomowego”, „blokada przepływu inicjatyw i innowacji”. Nic dziwnego, że Amerykanie po przeczytaniu tego, co napisał Madia, długo się zastanawiali, czy wpłacić kolejną roczną składkę w wysokości 200 mln dol. W końcu to uczynili, ale dyskusje na temat tego, czy opuścić ITER, czy też w nim pozostać, za oceanem nadal trwają. Koszt budowy reaktora wzrósł do 15 mld euro, a harmonogram jego budowy wydłużył się o kilka kolejnych lat. Dziś mówi się, że pierwsze eksperymenty ruszą w 2025 r., a prawdziwych kosztów nikt nie jest w stanie przewidzieć. Uran czwartej generacji Tymczasem za oceanem wiele ośrodków rozwija własne koncepcje reaktorów termonuklearnych, innych niż tokamaki. W 2015 r. Lockheed Martin, koncern kojarzony raczej z przemysłem obronnym i kosmicznym, przedstawił projekt takiego urządzenia o mocy 100 MW, ważącego tysiąc ton i mającego wysokość tylko 7 m. Takie „maleństwo” mogłoby zasilić w prąd kilkusettysięczne miasto. Najpierw jednak trzeba je zbudować, przetestować i skomercjalizować, a na to potrzebne są fundusze. Dlatego wielu amerykańskich fizyków uważa, że USA zamiast finansować ITER powinny wspierać własne badania w dziedzinie energetyki jądrowej, także tej klasycznej, opartej na rozszczepianiu jąder uranu. I ona bowiem wciąż nie powiedziała ostatniego słowa. W USA, a także w kilkunastu innych krajach świata, prowadzone są intensywne badania nad reaktorami jądrowymi IV generacji, które – w porównaniu z obecnymi – mają być znacznie wydajniejsze i jeszcze bezpieczniejsze w użytkowaniu, mają też wytwarzać znikome ilości odpadów radioaktywnych. Wybrano już kilka najbardziej obiecujących technologii, a pierwsze urządzenia nadające się do skomercjalizowania powinny być gotowe w ciągu pięciu lat. Za oceanem najbardziej zaawansowane prace są prowadzone w ośrodku Idaho National Laboratory ulokowanym w środku Gór Skalistych. W ramach projektu o nazwie Next Generation Nuclear Plant powstaje tam wysokotemperaturowy, chłodzony helem, reaktor typu HTGR (ang. High-Temperature Gas-Cooled Reactor) przeznaczony głównie do zastosowań przemysłowych, w tym do produkcji wodoru dla potrzeb transportu przyszłości opartego na ogniwach paliwowych, ale także do równoczesnego wytwarzania prądu i ciepła dla klientów spoza przemysłu. Będzie to niewielki, zbudowany z modułów blok o mocy 600 MW, wytwarzający temperaturę dochodzącą do 1000°C. Amerykanie, co warto podkreślić, nie zaczęli jednak od zera, lecz sięgnęli po prototyp rozwijany przez kilkanaście lat przez francuską Arevę. Ze względu na koszty i techniczne zaawansowanie takich urządzeń nie da się ich zbudować na własną rękę. Dlatego rządy i firmy z różnych krajów tworzą do tego celu konsorcja składające się z setek naukowców i dysponujące budżetami liczonymi w miliardach dolarów. Wiara w to, że dzięki reaktorom IV generacji energetyka jądrowa powróci wkrótce do gry przy głównym energetycznym stoliku, jest coraz mocniejsza. Podziela ją amerykański Departament Energii, który w zeszłym roku uruchomił Program Technologii Zaawansowanych Reaktorów skierowany do tysięcy naukowców pracujących w znanych rządowych instytutach badawczych, taki jak Sandia czy Oak Ridge, a także na uczelniach i w firmach. W ramach tego programu kilkadziesiąt milionów dolarów dostanie konsorcjum mPower America, które do 2021 r. ma przedstawić komercyjną wersję małego, modułowego reaktora o mocy 200 MW, mającego zaopatrywać w energię elektryczną nieduże miasta. Zamiast ciągnąć prąd z olbrzyma ulokowanego na drugim końcu kraju, miasto zafunduje sobie takie maleństwo złożone niemal w całości w fabryce, niczym samochód albo komputer. Wiele projektów takich małych reaktorów składanych z gotowych elementów jest obecnie rozwijanych na świecie. Koniec kryzysu? Trudno przewidzieć, czy dzięki tym wszystkim nowinkom spełni się marzenie ojców energetyki jądrowej, aby stała się ona głównym źródłem energii dla ludzkości. W pierwszej połowie lat 80., dotychczas najlepszej dla atomu, wydawało się, że plan ten się ziści. Uruchamiano wówczas po 20–30 reaktorów rocznie, a zamówienia na nowe elektrownie spływały jedno po drugim. To były złote czasy dla atomowego biznesu. Nagle wszystko się skończyło. Katastrofa w Czarnobylu w 1986 r. sprawiła, że w krajach zachodnich zamówienia na nowe inwestycje w energetyce jądrowej stopniały prawie do zera. Cios był tym bardziej bolesny, że branża dopiero rozwijała skrzydła. Uran zaczęto wykorzystywać na masową skalę do celów pokojowych dopiero po kryzysie paliwowym w 1973 r. Wcześniej służył głównie do produkcji bomb. Energetyka jądrowa dostarcza obecnie około jednej ósmej prądu na świecie. Przez dwie dekady po Czarnobylu panowała stagnacja. Oddawano najwyżej po kilka reaktorów roc