Energia przyszłości

W dzisiejszych czasach światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną zaspokajane jest głównie przez spalanie węgla i gazu. Tylko nie wielki procent tego zapotrzebowania jest uzyskiwany z energii słonecznej, wiatru, pływów morskich itp. Popyt na paliwa kopalne wzrasta szybko, a jeszcze szybciej wyczerpują się ich zasoby. Po za tym używanie tych paliw prowadzi do zubożenia środowiska naturalnego i klimatu. Dlatego też już od wielu lat trwają badania nad nowymi sposobami uzyskiwania energii. Istnieją dwa sposoby zażegnania tego problemu:
Jednym z nich jest pozyskiwanie energii z reakcji rozczepienia atomów; jednak brak akceptacji tej metody wśród społeczeństwa, jak i coraz bardziej topniejące złoża rud uranu; odsuwają ten sposób na dalszy plan.
Drugą, bardziej realną metodą, lecz odległą w czasie jest pozyskiwanie energii z syntezy jądrowej. Taka reakcja jest źródłem energii Słońca i gwiazd. Jądra atomów lekkich łączą się tworząc jądra cięższych atomów. We wnętrzu Słońca reakcja ta zachodzi w temperaturze 10mln C, w jej wyniku z syntezy jąder wodoru powstaje hel.
Na Ziemi najłatwiejsza do przeprowadzenia jest reakcja syntezy pomiędzy jądrami dwóch izotopów wodoru – deuteru (D) i trytu (T). W wyniku tej reakcji powstaje paliwo deuterowo-trytowe, w postaci trzeciego stanu skupienia materii, jakim jest plazma. Jeden gram ów paliwa może dostarczyć tyle samo energii, co spalenie 11 ton węgla. Paliwo do syntezy jądrowej jest szeroko dostępne, między innymi w wodzie morskiej, a jego zapasy są praktycznie niewyczerpalne.
Jednakże na naszej planecie by zainicjować taką reakcję trzeba nie 10mln C, lecz aż 100mln C! Jest to temperatura około dziesięciu razy wyższa niż temperatura słonecznego jądra. Jest to na razie główny problem konstruktorów elektrowni plazmowych. Stawia on ich przed zadaniem osiągnięcia tak bardzo wysokiej temperatury oraz ograniczenia do minimum strat ciepła.
Rozwiązaniem problemu wydaje się być magnetyczne utrzymywanie plazmy, w którym – dzięki działaniu silnego pola magnetycznego – izoluje się ją od ścian reaktora. Metoda ta pozwala na utrzymanie energii plazmy przez kilka sekund i na uzyskanie ciągłego procesu syntezy.
W ostatnich latach badania nad energią uzyskiwaną z plazmy posunęły się znacznie do przodu. Wynaleziono już prototypowe reaktory typu tokamak, w których plazma jest utrzymywana za pomocą pola magnetycznego. W innych urządzeniach nazywanych stellaratorami, pole magnetyczne wytwarzane jest za pomocą systemu odpowiednio ukształtowanych cewek. Reaktor ten jest niesymetryczny i ma właściwości pracy ciągłej. Już w roku 1978 rozpoczęła się budowa dużego reaktora JET w miejscowości nie daleko Oksfordu, w którym w roku 1997 uzyskano 16 MW mocy z syntezy jąder. Obecnie planowana jest budowa prototypowej elektrowni plazmowej DEMO we Francji lub Japonii.
Rosnące potrzeby energetyczne świata mogą zaspokoić wielkie elektrownie plazmowe, które nie długą powstaną. Ich zaletą będzie bardzo małe zużycie paliwa, a także nie zanieczyszczanie środowiska. Koszt wytwarzania prądu w klasycznej elektrowni określa się na podstawie kosztach zużytego paliwa. W elektrowniach „przyszłości” głównym składnikiem kosztów będzie sama konstrukcja reaktora, okresowa wymiana jego wewnętrznych części oraz koszty demontażu.
Jednak od podjęcia decyzji o budowie pierwszej eksperymentalnej elektrowni, do rozpoczęcia przez nią funkcjonowania, upłynie jeszcze około 15 – 20 lat. Na skalę przemysłową z elektrowni plazmowych będzie można korzystać mniej więcej za 30 lat. Jest to perspektywa bardzo odległa, ale i zarazem bardzo potrzebna i obiecująca.