A fost anunțată una dintre cele mai mari descoperiri ale acestui secol - Ar putea să ne schimbe viețile radical

Oamenii de știință de la Laboratorul Național Lawrence Livermore din California au obținut pe 5 decembrie, pentru prima dată, pentru scurt timp, un câștig net de energie în cadrul unui experiment de fuziune cu ajutorul laserelor, a anunțat Departamentul american al Energiei. Cercetătorii au focalizat un laser asupra unei ținte de combustibil pentru a fuziona doi atomi ușori într-unul mai dens, eliberând energia.

Această energie de fuziune ar putea contribui într-o zi la reducerea schimbărilor climatice, dacă se va reuși ca această tehnologie să fie extinsă la nivel comercial în următoarele decenii.

Oamenii de știință știu de aproximativ un secol că fuziunea alimentează Soarele și timp de decenii au încercat dezvoltarea fuziunii pe Pământ. Experimentul din California a obținut pentru scurt timp ceea ce se numește aprindere prin fuziune, generând 3,15 megajouli de energie după ce laserul a livrat 2,05 megajouli țintei, a precizat Departamentul pentru Energie al SUA.

Oamenii de știință din domeniul nuclear spun că această realizare va fi un pas important, dar că mai este mult de făcut în domeniul științific înainte ca fuziunea să devină viabilă din punct de vedere economic.

"Cu eforturi și investiții concertate, câteva decenii de cercetare a tehnologiilor de bază ne-ar putea pune în situația de a construi o centrală electrică", a declarat Kimberly Budil, directoarea de la Lawrence Livermore, estimând că e vorba de mai puțin de cinci sau șase decenii.

Pentru a deveni comercială, o centrală electrică ar trebui să producă suficientă energie pentru a alimenta laserele și pentru a realiza aprinderea în mod continuu.

Industria energiei electrice a salutat cu prudență acest pas și a subliniat că, pentru a realiza tranziția energetică, fuziunea nu ar trebui să încetinească eforturile de dezvoltare a altor surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară și eoliană, stocarea în baterii și fisiunea nucleară.

Ce este fuziunea nucleară și de ce este importantă?

Fuziunea nucleară este un proces creat de om care reproduce aceeași energie care alimentează Soarele. Fuziunea nucleară are loc atunci când doi sau mai mulți atomi sunt fuzionați într-unul mai mare, un proces care generează o cantitate semnificativă de energie sub formă de căldură.

Oamenii de știință din întreaga lume studiază fuziunea nucleară de zeci de ani, în speranța de a o crea cu o sursă nouă care să genereze energie nelimitată, fără emisii de carbon și fără deșeurile nucleare create de reactoarele nucleare actuale.

Proiectele de fuziune utilizează în principal elementele deuteriu și tritiu - ambii fiind izotopi ai hidrogenului.

Deuteriul dintr-un pahar de apă, la care se adaugă puțin tritiu, ar putea alimenta o casă timp de un an. Tritiul este mai rar și mai dificil de găsit, dar poate fi obținut totuși pe cale sintetică.

"Spre deosebire de cărbune, aveți nevoie doar de o cantitate mică de hidrogen, iar acesta este cel mai abundent lucru care se găsește în univers", a explicat pentru CNN Julio Friedmann, cercetător-șef la Carbon Direct și fost tehnolog-șef în domeniul energiei la Lawrence Livermore. "Hidrogenul se găsește în apă, așa că materialul care generează această energie este nelimitat și este curat", a arătat expertul.

Prin ce se deosebește fuziunea de fisiunea nucleară?

Când oamenii se gândesc la energia nucleară, le pot veni în minte turnurile de răcire ai centralelor și norii ciupercă. Dar fuziunea este complet diferită.

În timp ce fuziunea contopește doi sau mai mulți atomi, fisiunea este opusul; este procesul de scindare a unui atom mai mare în doi sau mai mulți atomi mai mici. Fisiunea nucleară este tipul de energie care alimentează reactoarele nucleare din întreaga lume în prezent. La fel ca și fuziunea, căldura creată prin scindarea atomilor este utilizată pentru a genera energie.

Conform Departamentului pentru Energie, energia nucleară este o sursă de energie cu emisii zero. Dar produce deșeuri radioactive volatile ce trebuie depozitate în condiții de siguranță și care prezintă riscuri de securitate. Deși rare, de-a lungul istoriei au avut loc accidente nucleare, cu rezultate de amploare și mortale, cum ar fi cele de la reactoarele de la Fukushima și Cernobîl.

Fuziunea nucleară nu prezintă aceleași riscuri de siguranță, iar materialele utilizate pentru a o alimenta au un timp de înjumătățire mult mai scurt decât fisiunea.

Cum ar putea energia de fuziune nucleară să aprindă lumina în case?

Există două modalități principale de a genera fuziune nucleară, dar ambele au același rezultat. Fuziunea a doi atomi creează o cantitate imensă de căldură, care deține cheia producerii de energie. Această căldură poate fi folosită pentru a încălzi apa, a crea abur și a porni turbine pentru a genera energie - la fel ca și în cazul fisiunii nucleare.

Marea provocare a exploatării energiei de fuziune constă în susținerea acesteia suficient de mult timp pentru a putea alimenta rețelele electrice și sistemele de încălzire din întreaga lume. Descoperirea reușită din SUA este importantă, dar este totuși la o scară mult mai mică decât cea necesară pentru a genera suficientă energie ca să faci să funcționeze o centrală electrică, fără a mai vorbi de zeci de mii de centrale electrice.

"Este vorba despre ceea ce este necesar pentru a fierbe 10 fierbătoare de apă", a explicat un expert. "Pentru a transforma acest lucru într-o centrală electrică, trebuie să obținem un câștig mai mare de energie - trebuie să fie substanțial mai mare", a spus expertul.

De ce este important anunțul?

Este pentru prima dată când oamenii de știință au reușit să producă cu succes o reacție de fuziune nucleară care să aibă ca rezultat un câștig net de energie, în loc să se ajungă la un echilibru, așa cum s-a întâmplat în experimentele anterioare.

Deși mai sunt mulți pași de parcurs până când acest lucru va fi viabil din punct de vedere comercial, este esențial ca oamenii de știință să demonstreze că pot crea mai multă energie decât cea cu care au început.

"Acest lucru este foarte important, deoarece, din punct de vedere energetic, nu poate fi o sursă de energie dacă nu se obține mai multă energie decât se introduce", a declarat Friedmann pentru CNN. "Progresele anterioare au fost importante, dar nu este același lucru cu generarea de energie care ar putea fi folosită într-o zi la scară mai mare", a adăugat expertul.

Unde are loc fuziunea?

Mai multe proiecte de fuziune se află în SUA, Marea Britanie și Europa. În Franța se află Reactorul Termonuclear Experimental Internațional, la care colaborează treizeci și cinci de țări, având ca membri principali China, Statele Unite, Uniunea Europeană, Rusia, India, Japonia și Coreea de Sud.

În SUA, o mare parte a activității se desfășoară la National Ignition Facility din cadrul Laboratorului Lawrence Livermore din California, într-o clădire care se întinde pe o suprafață echivalentă cu trei terenuri de fotbal.

Proiectul de aici creează energie din fuziune nucleară prin ceea ce se numește "fuziune termonucleară inerțială". În practică, oamenii de știință americani lansează pelete ce conțin hidrogen printr-o serie de aproape 200 de lasere, creând în esență o serie de explozii repetate extrem de rapide, de 50 de ori pe secundă. Energia colectată din neutronii și particulele alfa este extrasă sub formă de căldură.

În Marea Britanie și în cadrul proiectului ITER din Franța, oamenii de știință lucrează cu mașini uriașe în formă de gogoașă și dotate cu magneți giganți, numite tokamak, pentru a încerca să genereze același rezultat. După ce combustibilul este introdus în tokamak, magneții acestuia sunt porniți, iar temperaturile din interior sunt crescute exponențial pentru a crea plasmă.

Plasma trebuie să atingă cel puțin 150 de milioane de grade Celsius, de 10 ori mai fierbinte decât miezul Soarelui. Neutronii scapă apoi din plasmă, lovind o "pătură" care căptușește pereții tokamak-ului și transferându-și energia cinetică sub formă de căldură.

Care sunt următorii pași?

Oamenii de știință și experții trebuie acum să descopere cum să producă mult mai multă energie din fuziunea nucleară la o scară mult mai mare.

În același timp, ei trebuie să descopere cum să reducă în cele din urmă costul fuziunii nucleare, astfel încât aceasta să poată fi utilizată în scopuri comerciale.

În prezent, este nevoie de mult timp și de mulți bani pentru fiecare experiment, or pentru a avea fuziune nucleară la nivel comercial trebuie reduse foarte mult costurile.

Oamenii de știință vor trebui, de asemenea, să recolteze energia produsă prin fuziune și să o transfere în rețeaua electrică sub formă de electricitate. Va dura ani - și posibil decenii - până când fuziunea va putea produce cantități nelimitate de energie curată, în timp ce oamenii de știință se află într-o cursă contracronometru pentru a lupta împotriva schimbărilor climatice.

"Acest lucru nu va contribui în mod semnificativ la reducerea schimbărilor climatice în următorii 20-30 de ani", a declarat Friedmann. "Aceasta este diferența dintre a aprinde un chibrit și a construi o turbină cu gaz", a punctat expertul.