Medtem ko del Evropejcev navdušeno pozdravlja vlogo in priložnost, ki si jo je Evropa "izborila" v dolgotrajnih pogajanjih o lokaciji poskusnega fuzijskega reaktorja ITER na jugu Francije, del populacije razpravlja o boljših rešitvah energetskega problema, ki jih, gledano z drugih perspektiv, ponujajo veter, sonce, biomasa itd. Ponujena rešitev energetske krize, pridobivanje energije v fuzijskih reaktorjih, se jim zdi preveč oddaljena ali neverjetna. ITER pa medtem že postaja dejstvo.

Raziskave fuzije kot možnega vira uporabne energije potekajo že skoraj 50 let in v tem času je bil narejen zelo velik napredek. Od leta 1980 po svetu deluje 12 manjših fuzijskih reaktorjev vrste tokamak, v pripravi pa je doslej največji poskusni reaktor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ki bo predvidoma končan leta 2016. Maja 2006 so predstavniki Evrope, ZDA, Japonske, Južne Koreja, Rusije in Kitajske (kasneje se je pridružila še Indija) v Bruslju slovesno podpisali mednarodno pogodbo o največjem skupnem projektu doslej. Zbiranje potencialnih izvajalcev se je začelo, nekateri zahtevnejši deli reaktorja so že v izdelavi. V prihodnjih desetih letih bomo opazovali napredovanje gradnje reaktorja na jugu Francije in upajmo, da bo pri gradnji sodelovalo tudi nekaj prodornih slovenskih podjetij. Medtem pa bodo že potekale priprave na zagon in intenzivne raziskave, potrebne za naslednji korak, demonstracijski reaktor Demo. Ta bo predhodnik prototipne elektrarne, ki jo lahko pričakujemo čez kakih 30 let.

Razvoj fuzijske elektrarne je zahteven projekt, ki ga nobena država ne more izvesti sama. Zato so se zgoraj naštete partnerice dogovorile o skupnem razvoju poskusnega reaktorja ITER, ki naj človeštvo pripelje do rešitve energetskega problema v naslednjih desetletjih. Sedem "velikih" torej verjame, da fuzija pomeni rešitev in da lahko postane tudi "posel stoletja". Eden izmed francoskih politikov je v šali dejal: "Zahvaljujoč ITER-ju bo Francija v drugi polovici tega stoletja postala Savdska Arabija Evrope." Čeprav ITER še ne bo proizvajal električne energije, bo namreč Evropi prinesel bistveno prednost pred drugimi, predvsem v obliki znanja, potrebnega za kasnejšo gradnjo elektrarn.

Zakaj vse skupaj traja tako dolgo?

Po mnenju nasprotnikov je 50 let razvoja znamenje, da stvar ne pelje nikamor in da predvidena nadaljnja vlaganja niso upravičena. V tem času je bilo na svetu zgrajenih veliko manjših poskusnih reaktorjev, v katerih so študirali lastnosti plazme ter razvijali in preizkušali različne koncepte. V zadnjih 30 letih so tokamaki omogočili kar 10.000-kratno izboljšanje kvalitete plazme. Glavno merilo učinkovitosti fuzijskega reaktorja je parameter Q, ki opisuje razmerje med nastalo in vloženo energijo (plazmo vzdržujejo z zunanjim ogrevanjem). V JET-u, trenutno največjem poskusnem fuzijskem reaktorju v Veliki Britaniji, so leta 1997 dosegli Q > 0,84 in fuzijsko moč 22 MW, v reaktorju ITER pa bodo predvidoma dosegli vrednost Q > 10 in fuzijsko moč 500 MW (za primerjavo: moč Termoelektrarne Šoštanj je 680 MW).

Naraščanje zmogljivosti fuzijskih naprav je zanimivo primerjati s strmo naraščajočo zmogljivostjo računalniških procesorjev v istem obdobju. Za večino med nami je bil leta 1970 osebni računalnik znanstvena fantastika. Znana je tudi velika zmota Billa Gatesa, ki je leta 1981 izjavil: "640 KB bi moralo zadoščati vsakomur." Tudi danes si je težko zamisliti nadaljnji razvoj v naslednjih desetletjih. Kako zmogljivi bodo čez 30 let računalniki in fuzijski reaktorji, si je res težko predstavljati.

ITER ne bo le stavba iz betona in opeke, temveč velikanska naprava z zapletenim sistemom delovanja in z nepredstavljivo velikimi temperaturnimi razlikami. Kako sploh deluje fuzijski reaktor? V toroidni komori fuzijskega reaktorja ("tokamak") se pri zelo visoki temperaturi (150 milijonov stopinj Celzija) ustvari plazma devterija in tritija (izotopa vodika), ki se pri ustreznih pogojih zlijeta. Podobna reakcija poteka tudi na Soncu. Pri reakciji nastajajo helij in hitri nevtroni, ob tem pa se sprošča velika količina toplote, ki segreva tekočino (v ITER-ju bo to voda). Plazmo v komori toroidne oblike (oblika velike zračnice) zadržuje zelo močno magnetno polje. (Princip delovanja fuzijskega reaktorja je podrobno opisan na spletnih straneh http://www.iter.org/).

ITER bo poskusni reaktor. V njem bodo preizkušali plazmo in opazovali njene interakcije s stenami, omejevanje plazme s posebej oblikovanim magnetnim poljem, pridobivanje tritija, v njem pa bodo tudi posebni moduli za preizkušanje materialov. Med svojim obratovanjem bo ITER odgovoril na vrsto vprašanj znanosti in tehnike. Med njimi je tudi nekaj še ne povsem rešenih vprašanj v zvezi s primernimi konstrukcijskimi materiali za fuzijsko elektrarno. Ker gre za pomembno vprašanje, bodo v skladu z dogovorom partneric na Japonskem postavili tudi napravo za preizkušanje materialov IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility). Ko bo ali, če hočete, če bo ITER predpostavke potrdil, bo na vrsti demonstracijski reaktor Demo, zadnji predhodnik fuzijske elektrarne. Demo bo imel 2000 MW, prototipna fuzijska elektrarna, ki naj bi bila gotova v naslednjih 40 letih, pa 1500 MW električne moči. Smemo dvomiti o tem, bosta znanost in tehnologija zmogli še te zadnje korake v razvoju fuzijske elektrarne?

Materiali odpornejši

Ena glavnih prednosti fuzijskega reaktorja pred fisijskim je, da v njem ne nastajajo dolgoživi visokoradioaktivni odpadki, ki bi bili v breme prihodnjim generacijam. Ob pogledu na podatke o razmerah v komori pa se gotovo marsikomu porodi dvom, kateri material sploh lahko zdrži pogoje v reaktorju. Čeprav bo vročo plazmo v komori omejevalo močno magnetno polje, bodo materiali v notranjosti reaktorja izpostavljeni ekstremnim razmeram, predvsem visoki temperaturi in nevtronom. Zato je ena pomembnih nalog razvoj in uporaba materialov, ki bodo imeli primerne mehanske lastnosti, poleg tega pa po obsevanju z nevtroni ne bodo proizvajali dolgoživih radioaktivnih odpadkov. V ITER-ju bo prva stena obložena z berilijem, kot strukturni material pa bodo uporabili jeklo eurofer 97. To je posebno čisto jeklo, ki se v nevtronskem toku znatno manj aktivira od drugih vrst jekla - zaradi prilagojene sestave bo njegova radioaktivnost padla pod mejo, ki dopušča recikliranje že po približno stotih letih.

V naslednjih reaktorjih naj bi uporabili še bolj odporne materiale, ki bodo imeli razpolovno dobo še bistveno krajšo, manj kot eno leto. Najbolj obetavno rešitev ponujajo kompoziti na osnovi silicijevega karbida. Za zdaj tehnološki postopki še ne omogočajo proizvodnje materiala s povsem ustreznimi lastnostmi, vendar potekajo intenzivne raziskave, ki naj bi v kratkem pripeljale do ustreznih rešitev. Pri tovrstnih raziskavah sodeluje v okviru Slovenske fuzijske asociacije tudi Institut Jožef Stefan. Skupina raziskovalcev na Odseku za nanostrukturne materiale sodeluje pri razvoju materialov, ki bi omogočili čim bolj učinkovito delovanje reaktorja. Kompozitni materiali na osnovi silicijevega karbida naj bi bili uporabljeni bodisi kot termično in mehansko odporna obloga prve stene reaktorja bodisi kot material za ogrodje sistema s hladilno tekočino. Prenesti mora visoke temperature, mehanske obremenitve in obstreljevanje z nevtroni, zato je sestavljen iz debele tkanine iz silicijevega karbida, zapolnjene z matrico na osnovi silicijevega karbida, ki mora imeti razmeram prilagojeno sestavo in lastnosti.

Strah pred neznanim

Čeprav se fuzijska reakcija, nasprotno od verižne v fisijskem reaktorju, ustavi takoj, ko se prekine dovajanje goriva ali ko niso zagotovljene potrebne razmere za fuzijsko reakcijo, jo mnogo ljudi že vnaprej odklanja, ker je "nuklearna". Kaže torej, da je ena izmed psiholoških ovir nepoznavanje razlike med cepitvijo jeder - fisijo, ki poganja na primer jedrsko elektrarno v Krškem - in zlitjem jeder - fuzijo. Nasprotniki tudi radi omenjajo nevarnost uhajanja tritija bodisi zaradi tehnične napake ali terorističnega napada.

Tritij je radioaktivni plin z razpolovno dobo 12 let, ki ga bodo v reaktor vbrizgavali kot gorivo, proizvajali pa ga bodo tudi iz litija in pri fuzijski reakciji nastalih nevtronov v samem reaktorju. Pri morebitni nesreči bi se zaradi samodejne zaustavitve reakcije (fuzijska reakcija poteka le, če so izpolnjeni prav vsi pogoji) ustavilo tudi nastajanje tritija. Največja skupna količina tritija na lokaciji bo 2 kilograma, kar bi zadostovalo za en teden obratovanja reaktorja z močjo 1000 MW. Ker bo v reaktorju nastajala zadostna količina tritija, transport radioaktivnega goriva ne bo potreben. V primerjavi z drugimi viri naj bi torej fuzija omogočila čist in razmeroma varen način pridobivanja energije.

Izklopite glavno varovalko v hiši in preživite en teden brez elektrike. Če vas ne moti, da boste onesnaževali okolje, (pozimi) doma zakurite v kaminu in ob dnevni svetlobi preberite podatke o svetovni porabi električne energije in zalogah surovin.

Po podatkih Mednarodne agencije za energijo - IEA (International Energy Agency) poraba električne energije vztrajno raste, dostopnost virov pa se nepreklicno zmanjšuje. Rast porabe je še mnogo bolj kot z osebno potrošnjo povezana z rastjo industrijske proizvodnje. Večina stvari, ki nas obkrožajo, je namreč narejena z uporabo elektrike. Zaradi hitre rasti prebivalstva in njegovih potreb je predvideno strmo naraščanje svetovne porabe in do leta 2050 bo potreba po energiji verjetno kar dvakrat večja od današnje. Kaže namreč, da bo število Zemljanov v tem času naraslo s 6 na 9 milijard, poraba v državah, kot sta Indija in Kitajska, kjer je pričakovati največji prirastek, pa se bo zaradi hitrega ekonomskega razvoja močno povečala. Pridno ugašanje luči torej ne bo dovolj.

Ko v Ukrajini zaprejo ventil na plinovodu, nastane v Evropi preplah. Lansko zimo smo se morda bolj kot kdaj prej zavedli, da smo v veliki meri odvisni od energentov, za katere nekdo drug "drži roko na ventilu".

Nafta, plin, veter, biomasa…

Večja poraba električne energije seveda vodi tudi v hitrejšo izrabo fosilnih goriv (nafta, zemeljski plin, premog), na katerih po podatkih iz leta 2002 temelji kar 65 odstotkov svetovne oskrbe z energijo. Svetovne zaloge premoga naj bi sicer po ocenah zadostovale za naslednjih 200 let, vendar je premog največji onesnaževalec okolja. Z nafto in plinom narava ni tako radodarna, predvsem pa ju je porazdelila precej neugodno za Evropo, ki je zato vse bolj odvisna od uvoza. Zaradi skromnih zalog fosilnih goriv mora Evropska unija kar polovico svojih potreb po energiji pokriti z uvozom, do leta 2030 pa se bo njena odvisnost povečala na več kot dve tretjini. Svetovne zaloge zemeljskega plina ocenjujejo na približno 60 let, zaloge nafte, ki je je kar 65 odstotkov na Bližnjem vzhodu, pa na približno 40 let. Hidroelektrarne so leta 2002 proizvedle približno 16 odstotkov energije, obnovljivi viri, kot so sonce, veter in biomasa, pa so se "skrili" v 2 odstotka. Jedrske elektrarne so proizvedle približno 17 odstotkov električne energije.

Vprašanje, kako varno shraniti dolgožive radioaktivne odpadke, in še zlasti spomin na nesrečo v Černobilu pred 20 leti sprožata v javnosti resne pomisleke o nadaljnji gradnji jedrskih elektrarn. V Evropi je sprejemljivost jedrskih tehnologij razmeroma nizka, kljub bistvenemu napredku tehnologije in povečani varnosti delovanja sodobnih elektrarn ter kljub dejstvu, da je poleg vodne jedrska energija edini tako rekoč neomejen vir energije, ki ne povzroča nastanka toplogrednih plinov.

Tudi veter, sonce in bibavica so neomejeni viri energije, vendar je njihova glavna pomanjkljivost, da so nestabilni, nezanesljivi in zelo različno porazdeljeni po svetu. Izkoristek je zato zelo majhen, poleg tega pa vetrne in sončne elektrarne potrebujejo izredno veliko površino. Izkoriščanje vetra je tačas najhitreje rastoča oblika pridobivanja energije - rast ocenjujejo na približno 25 odstotkov na leto. Polja vetrnic po Evropi imajo na površini 20.000 kvadratnih kilometrov (kar približno ustreza velikosti Slovenije) kar 40.000 MW inštalirane moči, vendar je zaradi pogosto prešibkega ali premočnega vetra njihov izkoristek manjši od 20 odstotkov.

Tudi biomasa ni ravno idealen vir. Kurjenje lesa in lesnih odpadkov, kot vsako gorenje, povzroča nastanek toplogrednih plinov in jo zato težko uvrščamo med "čiste" energije. Poleg tega je za pridelavo rastlinskih surovin potrebna še bistveno večja površina kot za vetrnice: za 1000 MW kar 30.000 kvadratnih kilometrov. Tudi izkoriščanje vodnih virov za proizvodnjo elektrike je na prvi pogled blizu idealnemu, saj hidroelektrarne proizvajajo velike količine elektrike, pri tem pa ne onesnažujejo ozračja. Vendar pa zajezitev rek pogosto pomembno vpliva na prebivalstvo in mikroklimo.

Različni scenariji črpanja naravnih zalog fosilnih goriv, zlasti nafte in plina, kažejo bolj ali manj dramatične spremembe, vsi pa opozarjajo na nujnost ukrepanja. Nobeden od scenarijev za proizvodnjo električne energije v prvi polovici tega stoletja še ne upošteva potenciala fuzijske energije, saj je proizvodnja elektrike iz komercialnih fuzijskih elektrarn predvidena šele v drugi polovici. In še to le v primeru, če se bo razvoj nadaljeval po predvidevanjih. O fuziji kot možnem viru energije za generacijo, ki se še igra v peskovniku, namreč odloča generacija, ki bo o začetku proizvodnje električne energije v fuzijskih elektrarnah morda še brala v naslonjačih.

Nobena od možnosti za zadostno oskrbo z električno energijo ni povsem zadovoljiva. Pravi odgovor, kako do energije v drugi polovici tega stoletja, je zato najbrž - s kombinacijo različnih virov. Države z veliko sonca se bodo verjetno v večji meri usmerjale v postavitev sončnih celic, vetrovne bodo postavljale polja vetrnic, prostorne države z ugodnimi klimatskimi razmerami bodo gojile surovine za proizvodnjo biomase. Ker bo vsega tega za tedanje potrebe zagotovo premalo, pa bodo potrebni tudi izdatnejši in bolj zanesljivi viri.

"Fuzija" v Sloveniji

Slovenija sodeluje pri raziskavah v okviru evropskega fuzijskega programa že vrsto let. Marca 2005 smo sodelovanje okrepili z uradnim vstopom med evropska fuzijska združenja - "asociacije". Minister za visoko šolstvo, znanost in tehnologijo prof. dr. Jure Zupan je 24. aprila 2005 podpisal sporazum z Euratomom in s tem je bila ustanovljena "Slovenska fuzijska asociacija (SFA) EURATOM-MHEST" (www.sfa-fuzija.si). V njej sodeluje več raziskovalnih skupin z Instituta Jožef Stefan, laboratorij Lecad pri Fakulteti za strojništvo in novogoriška Politehnika.

Ena od dejavnosti SFA je tudi seznanjanje javnosti o osnovah, raziskavah in razvoju fuzije. Institut Jožef Stefan ima v prostorih Izobraževalnega centra za jedrsko tehnologijo stalno razstavo, ki jo je do maja 2007 obiskalo 100.000 obiskovalcev, večinoma šolske mladine. Tekoče novice s področja fuzije zbira in objavlja "ITER fan club" na spletni strani www.sfa-fuzija.si/slo_iter, kjer lahko v okviru foruma privrženci in nasprotniki fuzije sodelujejo v razpravi ali pa jo sprožijo.

Mnenja ljudi o primerni energetski strategiji si bodo verjetno vedno nasprotovala. Nekateri bodo poudarjali škodo, ki jo vetrnice povzročajo pticam, zemlji in krajini, drugi bodo v nasprotovanju jedrski energiji spominjali na nesrečo v Černobilu in razumeli razvoj fuzijske elektrarne kot sanjarjenje znanstvenikov in zapravljanje denarja. Tretjim bo cena sončnih celic previsoka in učinkovitost premajhna. Nekateri bodo pogasili nepotrebne luči. Mnogi pa bodo še naprej verjeli, da gre le za pritiske lobijev in da problema v resnici ni. Vsaj ne za nas. Otroci se bodo pa že česa spomnili.