Pomalu, ale jistě se vrací jaderná energie na výsluní společenského zájmu, který je charakterizován důrazem na snižování uhlíkové stopy. Rok 2021 se postaral o výrazný technologický pokrok a mnozí odborníci se v této souvislosti domnívají, že nastal čas na jaderné inovace. Někteří sázejí na jadernou fúzi, jiní na plovoucí elektrárny či malé modulární reaktory. Těmto tématům se budeme věnovat v třídílném seriálu.
Právě skončená konference OSN o životním prostředí COP26 se stala pro jaderný sektor mezníkem. Velmi viditelnou roli sehrála Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE) pod vedením generálního ředitele Rafaela Mariana Grossiho, který využil pozici MAAE v systému OSN k důslednému prosazování teze: „Jaderná energie je součástí řešení."
Na konferenci COP26 zazněla významná prohlášení o jaderné energii z Číny, která plánuje v příštích 15 letech postavit asi 150 nových reaktorů jako součást svých plánů na snížení emisí, z Francie, která hodlá postavit nové reaktory jako základ pro reindustrializované a nízkouhlíkové hospodářství, a z Velké Británie, která zavedla nový model financování velkých reaktorů a finančně podporuje výstavbu malých reaktorů.
Generální ředitel Rosatomu Alexej Lichačov na konferenci řekl: „COP26 uzavřela diskusi o tom, zda by jaderná energie měla být součástí globálního bezuhlíkového energetického mixu. COP26 byla pro jadernou energetiku přelomovým okamžikem. Moderní jadernou historii lze od nynějška rozdělit na před COP26 a po COP26."
JADERNÁ FÚZE NA VÝSLUNÍ
Po celém světě dochází k pokrokům v klíčových technologiích, které naznačují, že by lidstvo mohlo brzy dosáhnout průlomu ve výrobě energie bez emisí skleníkových plynů. Začněme u jaderné fúze.
V Číně, USA a Evropě ohlašují úspěšný vývoj komerčních jaderných fúzních reaktorů během příštího desetiletí. Tyto inovace sahají od supravodivých magnetů až po super výkonné lasery a super malé nanostrukturované materiály, o kterých se předpokládá, že udělají realitou dávný sen o energii z jaderné syntézy.
„Výhoda úspěšné fúze je téměř neomezená," napsal v jednom novinovém Albert Wenger, výkonný ředitel společnosti rizikového kapitálu Union Square Ventures. „Trh výroby čisté energie představuje příležitost v hodnotě bilionů dolarů.
Podle společnosti Materials Research Society je třeba v letech 2030 až 2050 celosvětově vybudovat kapacitu 26 TW primární energie, aby vyhověla rostoucím globálním energetickým potřebám. Pouhá 1 TW kapacity vygeneruje tržby 300 miliard USD a 15% podíl na trhu od roku 2030 do roku 2050 by přinesl více než 1 bilion USD ročních příjmů."
Ovšem není snadné udržet sílu Slunce na Zemi a společnosti zkoušejí několik postupů. Výzkumníci dosáhli technického pokroku v každém z hlavních technologických řešení, o která se společnosti pokoušejí - ať už jde o magnetická pole používaná v tokamakovém reaktoru, laserem iniciované fúzní reaktory nebo hybridní přístupy.
TOKAMAK S PROBLÉMY
Mezi autory myšlenky na vytvoření fúzního reaktoru nazývaného tokamak patřil sovětský vědec Igor Kurčatov, který tehdy za asistence sovětské tajné policie vedl kolektiv fyziků pracujících na vývoji atomových zbraní. Při vývoji sovětské vodíkové bomby navrhli Andrej Sacharov a Igor Tamm reaktor s řízenou termonukleární fúzí označovaný jako TOKAMAK, což byl původně tajný projekt. Slovo pochází z ruštiny, kde Токамак je zkratkou popisu тороидальная камера с магнитными катушками - toroidní komora v magnetických cívkách.
Ke skutečnému průlomu, vědeckému, technickému a politickému, ovšem došlo až po setkání amerického prezidenta R. Reagana a sovětského lídra M. Gorbačova v Ženevě v listopadu 1985. Zde se dohodli na projektu mírového využívání termojaderné fúze. Tak se zrodil megaprojekt ITER (international Thermonuclear Experimental Reactor - mezinárodní termonukleární experimentální reaktor; v latině Iter znamená cesta).
Koncepční práce však začaly až v roce 1988 a konstrukční řešení schválili členové v roce 2001. Na projektu se podílejí Evropská unie, Rusko, USA, Japonsko, Čína, Indie a Jižní Korea. Dohoda o jeho vybudování byla podepsána v roce 2006. Evropské státy poskytují 50 % finančních prostředků, Rusko přispívá kolem 10 % celkové sumy, které budou investovány ve formě dodávek zařízení.
Výstavba areálu o rozloze 42 hektarů začala v roce 2007 v Cadarache v jižní Francii. Samotný obří reaktor bude vážit 23 000 t. Pro výrobu elektřiny z plazmatu se palivo ve formě izotopů vodíku musí zahřát až na asi 150 milionů °C. Je zapotřebí řady nejmodernějších technologií v oborech, jako jsou supravodivé magnety, kryogenika, vakuum, diagnostika, řízení a plazmový ohřev.
Původně náklady měly činit 5 miliard eur, přičemž samotná stavba měla být dokončena v roce 2016. Projekt však má velké zpoždění a Bernard Bigot, generální ředitel ITER, na společné tiskové konferenci s eurokomisařkou pro energetiku Kadri Simsonovou přiznal, že ani termín posunutý na rok 2025 nebude dodržen. Reaktor je zatím hotový jen z poloviny a projekt už spolykal miliardy. Údajně třikrát více, než se původně uvažovalo.
OBŘÍ MAGNET NA STAVENIŠTI
Výstavba pomalu, ale přece jen pokračuje. Na staveniště ITER byl nyní dopraven masivní magnet postavený americkým výrobcem General Atomics. Připomeňme si, že tato společnost už od konce 80. let minulého století také provozuje v kalifornském San Diegu pro americké ministerstvo energetiky tokamak, který nese název DIII-D, protože plazma má tvar písmene D, který je nyní široce používán v moderních konstrukcích. Jde o jeden ze dvou velkých experimentů s magnetickou fúzí v USA. Druhým je tokamak NSTX-U v laboratoři PPPL (Princeton Plasma Physics Laboratory) spravované Princetonskou univerzitou. V současné době se reaktor modernizuje a do provozu má být opět uveden v příštím roce. Jednou z jeho priorit bude zjistit, zda obložení reaktoru lithiem pomůže udržet plazma stabilním.
Tato experimentální zařízení jsou zaměřena na výzkum a vývoj termojaderné fúze v kooperaci s projektem ITER, který je navržen tak, aby demonstroval samonosné hořící plazma, jež vyrobí 10× více energie z fúzních reakcí, než kolik potřebuje k ohřevu. Konečným cílem je ekonomicky výhodná fúzní elektrárna.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)