Amerikkalaiset tutkijat ovat onnistuneet kahdesti lyhyen ajan sisällä toteuttamaan fuusioenergiaa hyödyntäviä kokeita, jotka ovat tuottaneet enemmän energiaa kuin ne ovat käyttäneet. Tämä läpimurto voi mullistaa energiantuotannon.
Siitä lähtien kun atomiydinten energian hyödyntäminen ensimmäisen kerran havaittiin, kaksi rinnakkaista prosessia ovat olleet mahdollisia: fissio ja fuusio. Fissio perustuu raskaan atomin ytimen hajoamiseen kahdeksi ja useaksi pienemmäksi, jolloin vapautuu suuri määrä energiaa. Menetelmä on edelleen ydinvoiman perusta.
Fuusio – fission vastakohta – on ollut haastavampi toteuttaa käytännössä. Fuusiossa pyritään periaatteessa jäljittelemään prosessia, joka tapahtuu auringossa ja muissa tähdissä: kevyet atomin ytimet (kuten vety) yhdistyvät ja tuottavat erittäin suuren määrän energiaa. Prosessi vaatii erityisiä olosuhteita, sekä erittäin suurta lämpöä että korkeaa painetta, minkä vuoksi fuusion tuottama energia ei ole vastannut sitä energiaa, joka vaaditaan fuusion vaatimien olosuhteiden luomiseen.
Läpimurto Amerikassa
Haasteista huolimatta ensimmäinen fuusiokoe, joka tuotti enemmän energiaa kuin se käytti, toteutettiin viime joulukuussa. Amerikan Lawrence Livermore National Laboratoryn tutkijat onnistuivat luomaan atomiytimien fuusion, joka tuotti enemmän energiaa kuin tuotantoprosessi vaati.
Tätä ei ole koskaan tehty aiemmin, totesi Constantin Häfner, Fraunhofer-laser teknologiainstituutin tutkija Saksan Aachenista, The Edit -uutiskirjeessä aiemmin syksyllä.
Tämä osoittaa, että tutkijoiden laskelmat ja mallit ovat tosia ja toimivia ja että kyseessä on suuri läpimurto.
Yksi suurimmista ongelmista fuusiokokeissa on ollut, että fuusion saavuttamiseksi vaadittavan erittäin korkean lämmön luomiseen käytetty laserteknologia on vaatinut paljon enemmän energiaa kuin atomiytimien yhdistäminen on vapauttanut. Lawrence Livermoren kokeessa vapautui kuitenkin 3,15 megajoulea energiaa, kun taas prosessissa käytetty laser vaati 2,0 megajoulea.
Korkeampi turvallisuus ja matalammat kustannukset
The Edit -haastattelussa Häfner näkee fuusiossa monia etuja verrattuna fissioon, erityisesti turvallisuuden näkökulmasta. Kun fissio perustuu uraani- ja plutoniumydinten käyttöön, jotka lähettävät suuria määriä säteilyä ja vaativat siksi äärimmäisiä turvatoimia, fuusiossa käytetään yksinkertaisia vetyatomeja. Yksinkertaisemmat turvallisuusvaatimukset myös vähentävät kustannuksia.
Lisäksi poliittisen sääntelyn odotetaan olevan todennäköisesti helpompaa niille, jotka haluavat käyttää fuusioenergiaa. Jotkut maat, kuten Yhdysvallat, ovat jo muuttaneet sääntelyjärjestelmiään korostaakseen, että fuusio on vähemmän riskialtista kuin fissio.
- Uskon, että tämä voi parantaa mahdollisuuksia saada teollisuus investoimaan fuusiotekniikkaan ja fuusioreaktoreihin, sanoo Häfner.
- Mutta matkaa on vielä jäljellä. Vastaukseni on enemmänkin tulevaisuuden visiointia kuin tietoa.
Fuusion suhteen on kuitenkin helppo katsoa tulevaisuuteen toiveikkaasti. Kesän alussa kokeilu suoritettiin toisen kerran samalla positiivisella tuloksella.
Häfner on siis toiveikas nähdessään fuusion suuremmassa mittakaavassa. Parhaimmillaan se voi olla vain 25–30 vuoden päässä.
- Kyse on investoinneista ja osaamisesta. Tarvitsemme fuusioenergiajärjestelmän, ja jos hallitukset ovat valmiita antamaan sääntelykehyksen ja rohkaisemaan teknistä innovaatiota, samalla kun saamme myös pitkäaikaista rahoitusta, voimme edetä suhteellisen nopeasti. Tarvitsemme 10–15 vuotta teknistä kehitystä ja suunnilleen yhtä kauan ensimmäisen fuusioreaktoriversion luomiseen ja testaamiseen.
Kuva: Adobe Stock
