Наука и животна средина: Фасцинантни магнети који могу да нам открију богат извор енергије

Очи доктора Грега Бритлса сијају од узбуђења док објашњава пројекат на ком тренутно ради.

„То је сан сваког инжењера, заправо, имати пројекат који је изазов у технолошком смислу, захтева да развијете нову технологију и пронађете решења за тешке проблеме, али је истовремено веома важан за свет."

Откако је завршио истраживање на Оксфордском универзитету пре пет година, он ради за Токамак енерџи, британски старт-ап који планира да изгради фузиони реактор.

Фузија је реакција која покреће Сунце и звезде.

Ако би та снага могла да се искористи на Земљи, представљала би богат извор енергије, трошећи само мале количине горива и не производећи угљен диоксид.

Шта ту има да се не воли?

Принцип је прилично лако разумети.

Узмете атоме водоника, додате довољно топлоте и притиска, и они ће се спојити у хелијум.

Током тог процеса, део водоничне масе претвориће се у топлоту, коју можете да искористите за прављење електричне енергије.

Квака је у томе што, да бисте остварили фузију овде на Земљи, морате да загрејете изотопе водоника на стотине милиона степени, док не постану толико енергични да се разложе у ускомешано стање материје звано плазма.

Изазов је одувек био како ту плазму зауздати.

Звезде то чине гравитацијом, али на Земљи је најчешћи метод уз помоћ јаких магнетних поља која се користе да се плазма задржи на једном месту.

Највећи део инжењерског изазова своди се на прављење тих магнета.

Они морају да буду довољно снажни да зауздају лудачки узаврелу, ускомешану масу материје, али да не потроше превише електричне енергије да ваш реактор не би трошио више снаге него што производи.

Касније ове године, доктор Боб Мамгард и његов тим из Комонвелт фјужн система (ЦФС) тестираће револуционарни магнет за који каже да може да направи тај велики корак напред.

Тежак 10 тона, овај магнет у облику слова Д довољно је велик да одрасла особа прође кроз њега.

У тај облика слова Д намотано је око 300 километара веома посебне електромагнетне траке.

Сама трака је инжењерски подвиг за чију израду су биле потребне деценије.

На металну траку нанесени су танки слојеви суперпроводљивог ретко-земљаног баријум бакар оксида (ReBCO).

Кад се охлади, тај замотуљак траке може изузетно ефикасно да проводи електричну енергију, што је од кључне важности, будући да ће кроз њу проћи 40.000 ампера, довољно електричне енергије да опскрби омањи град.

Кад фузиона индустрија каже охлађена, то значи да је температура траке спуштена на минус 253 степени Целзијуса, што би могло да вам звучи немогуће хладно, али у свету суперпроводљивих материјала заправо је прилично топло.

„То значи да је фрижидер који користимо као фрижидер који би стао у вашу кухињу", каже доктор Мамгард, суоснивач ЦФС-а и његов генерални директор.

„Иста ствар са претходном генерацијом технологије захтевала би фрижидер величине ваше куће."

ЦФС планира реактор који ће садржати 18 таквих магнета, повезаних у круг - што је поставка позната као токамак - и недавно је изабрао локацију за реактор у Масачусетсу.

„Ми смо били први који су овај магнет направили већим од обичне размере величине површине стола која се користи за истраживање и развој, а који су људи правили у мањим компанијама и неким националним лабораторијама."

„Сада смо у размери када је то оно што вам треба да бисте изградили машине за фузију. Не морате да скочите са нечега размере играчке на нешто размера фузије", каже доктор Мамгард.

Велики скок напред у магнетској технологији такође је кључан за пројекат фузије у Токамак енерџију у Великој Британији.

Доктор Бритлс је провео последњих пет година развијајући ту технологију и тренутно помаже да се изгради демонстратор који ће имати низ снажних магнета који раде заједно.

„Биће то скуп многих, многих калемова који генеришу снагу радећи у интеракцији и црпећи снагу једни од других у једном савршено избалансираном сету.

То мора да се контролише или би снага могла да постане неуравнотежена", објашњава он.

Снага коју таква магнетна поља могу да произведу је запањујућа.

Кад ради пуном паром, доктор Бритлс пореди снагу коју производе његови магнети са двоструким притиском на дну најдубљег океанског рова.

Кад ти магнети буду били спремни, биће постављени у сферични токамак - фузиони реактор у облику јабуке.

Истраживање показује да ће такав дизајн генерисати више енергије за сваку јединицу снаге коју користи него уобичајени токамак у облику крофне - што је дизајн који користи ЦФС и други.

„Прави изазов је комерцијална фузија. И то је оно што нас заправо покреће, јер смо се усредсредили на сферични токамак, због његових дугорочних комерцијалних предности", каже доктор Дејвид Кингам, један од оснивача Токамак енерџија и његов актуелни потпредседник.

„Ми мислимо да ће наша технологија бити примењива у фузионој електрани почетком 2030-тих", каже он. „Мислим да ће то бити глобална трка. Има занимљивих приватних подухвата у САД. И ми ћемо бити у трци са њима."

Потенцијал активног фузионог реактора био је присутан деценијама (и увек ће и бити, како гласи стари виц).

Највећи пројекат је у току у јужној Француској, где конзорцијум земаља гради ИТЕР, гигантски реактор на који је, до сада, потрошено милијарде фунти за изградњу и касни годинама иза планираног распореда.

Међутим, компактнији дизајн као онај који планирају Токамак енерги и ЦФС почео је да привлачи приватне инвеститоре, који се кладе да ће то бити остварив комерцијални подухват.

Доктор Вал Ван Лироп основао је пре 20 година фирму венчер капиталиста Крисаликс и, од 2008. уложио десетине милиона долара у канадску фирму Џенерал фјужн.

Историјски гледано, каже он, фузиона индустрија имала је проблема да обезбеди средства, делом зато што је толико новца уложено у ИТЕР, али то се сада мења.

„Виђам како се улаже све више новца, све је више интересовања, људи почињу да схватају да је ово технологија са веома великом платформом и да то више није нешто што може али не мора да проради до 2050. године."

Доктор Ван Лироп истиче да је потенцијална награда огромна. Глобално тржиште електричне енергије вредно је око 3 билиона долара годишње, а само ће још више расти.

„Ако ова фузија буде била успешна, то ће покренути највећу транзицију индустрије коју смо икад видели."

Ако се вратимо на наша лица умрљана угљем (или, можда тачније, плазмом), доктор Бритлс признаје да има још много инжењерског посла, али он је сигуран у то што ради.

„Радимо предано на решавању бројних проблема који би у сваком тренутку могли да нас саплету. Али с наше тачке гледишта, ништа нам не стоји на путу што би могло да нас заустави."

Пратите уредника за Технологију пословања Бена Мориса на Твитеру.

Погледајте видео о енергетском потенцијалу ветра

Пратите нас на Фејсбуку и Твитеру. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на [email protected]