Nauka i životna sredina: Fascinantni magneti koji mogu da nam otkriju bogat izvor energije

Oči doktora Grega Britlsa sijaju od uzbuđenja dok objašnjava projekat na kom trenutno radi.

„To je san svakog inženjera, zapravo, imati projekat koji je izazov u tehnološkom smislu, zahteva da razvijete novu tehnologiju i pronađete rešenja za teške probleme, ali je istovremeno veoma važan za svet."

Otkako je završio istraživanje na Oksfordskom univerzitetu pre pet godina, on radi za Tokamak enerdži, britanski start-ap koji planira da izgradi fuzioni reaktor.

Fuzija je reakcija koja pokreće Sunce i zvezde.

Ako bi ta snaga mogla da se iskoristi na Zemlji, predstavljala bi bogat izvor energije, trošeći samo male količine goriva i ne proizvodeći ugljen dioksid.

Šta tu ima da se ne voli?

Princip je prilično lako razumeti.

Uzmete atome vodonika, dodate dovoljno toplote i pritiska, i oni će se spojiti u helijum.

Tokom tog procesa, deo vodonične mase pretvoriće se u toplotu, koju možete da iskoristite za pravljenje električne energije.

Kvaka je u tome što, da biste ostvarili fuziju ovde na Zemlji, morate da zagrejete izotope vodonika na stotine miliona stepeni, dok ne postanu toliko energični da se razlože u uskomešano stanje materije zvano plazma.

Izazov je oduvek bio kako tu plazmu zauzdati.

Zvezde to čine gravitacijom, ali na Zemlji je najčešći metod uz pomoć jakih magnetnih polja koja se koriste da se plazma zadrži na jednom mestu.

Najveći deo inženjerskog izazova svodi se na pravljenje tih magneta.

Oni moraju da budu dovoljno snažni da zauzdaju ludački uzavrelu, uskomešanu masu materije, ali da ne potroše previše električne energije da vaš reaktor ne bi trošio više snage nego što proizvodi.

Kasnije ove godine, doktor Bob Mamgard i njegov tim iz Komonvelt fjužn sistema (CFS) testiraće revolucionarni magnet za koji kaže da može da napravi taj veliki korak napred.

Težak 10 tona, ovaj magnet u obliku slova D dovoljno je velik da odrasla osoba prođe kroz njega.

U taj oblika slova D namotano je oko 300 kilometara veoma posebne elektromagnetne trake.

Sama traka je inženjerski podvig za čiju izradu su bile potrebne decenije.

Na metalnu traku naneseni su tanki slojevi superprovodljivog retko-zemljanog barijum bakar oksida (ReBCO).

Kad se ohladi, taj zamotuljak trake može izuzetno efikasno da provodi električnu energiju, što je od ključne važnosti, budući da će kroz nju proći 40.000 ampera, dovoljno električne energije da opskrbi omanji grad.

Kad fuziona industrija kaže ohlađena, to znači da je temperatura trake spuštena na minus 253 stepeni Celzijusa, što bi moglo da vam zvuči nemoguće hladno, ali u svetu superprovodljivih materijala zapravo je prilično toplo.

„To znači da je frižider koji koristimo kao frižider koji bi stao u vašu kuhinju", kaže doktor Mamgard, suosnivač CFS-a i njegov generalni direktor.

„Ista stvar sa prethodnom generacijom tehnologije zahtevala bi frižider veličine vaše kuće."

CFS planira reaktor koji će sadržati 18 takvih magneta, povezanih u krug - što je postavka poznata kao tokamak - i nedavno je izabrao lokaciju za reaktor u Masačusetsu.

„Mi smo bili prvi koji su ovaj magnet napravili većim od obične razmere veličine površine stola koja se koristi za istraživanje i razvoj, a koji su ljudi pravili u manjim kompanijama i nekim nacionalnim laboratorijama."

„Sada smo u razmeri kada je to ono što vam treba da biste izgradili mašine za fuziju. Ne morate da skočite sa nečega razmere igračke na nešto razmera fuzije", kaže doktor Mamgard.

Veliki skok napred u magnetskoj tehnologiji takođe je ključan za projekat fuzije u Tokamak enerdžiju u Velikoj Britaniji.

Doktor Britls je proveo poslednjih pet godina razvijajući tu tehnologiju i trenutno pomaže da se izgradi demonstrator koji će imati niz snažnih magneta koji rade zajedno.

„Biće to skup mnogih, mnogih kalemova koji generišu snagu radeći u interakciji i crpeći snagu jedni od drugih u jednom savršeno izbalansiranom setu.

To mora da se kontroliše ili bi snaga mogla da postane neuravnotežena", objašnjava on.

Snaga koju takva magnetna polja mogu da proizvedu je zapanjujuća.

Kad radi punom parom, doktor Britls poredi snagu koju proizvode njegovi magneti sa dvostrukim pritiskom na dnu najdubljeg okeanskog rova.

Kad ti magneti budu bili spremni, biće postavljeni u sferični tokamak - fuzioni reaktor u obliku jabuke.

Istraživanje pokazuje da će takav dizajn generisati više energije za svaku jedinicu snage koju koristi nego uobičajeni tokamak u obliku krofne - što je dizajn koji koristi CFS i drugi.

„Pravi izazov je komercijalna fuzija. I to je ono što nas zapravo pokreće, jer smo se usredsredili na sferični tokamak, zbog njegovih dugoročnih komercijalnih prednosti", kaže doktor Dejvid Kingam, jedan od osnivača Tokamak enerdžija i njegov aktuelni potpredsednik.

„Mi mislimo da će naša tehnologija biti primenjiva u fuzionoj elektrani početkom 2030-tih", kaže on. „Mislim da će to biti globalna trka. Ima zanimljivih privatnih poduhvata u SAD. I mi ćemo biti u trci sa njima."

Potencijal aktivnog fuzionog reaktora bio je prisutan decenijama (i uvek će i biti, kako glasi stari vic).

Najveći projekat je u toku u južnoj Francuskoj, gde konzorcijum zemalja gradi ITER, gigantski reaktor na koji je, do sada, potrošeno milijarde funti za izgradnju i kasni godinama iza planiranog rasporeda.

Međutim, kompaktniji dizajn kao onaj koji planiraju Tokamak energi i CFS počeo je da privlači privatne investitore, koji se klade da će to biti ostvariv komercijalni poduhvat.

Doktor Val Van Lirop osnovao je pre 20 godina firmu venčer kapitalista Krisaliks i, od 2008. uložio desetine miliona dolara u kanadsku firmu Dženeral fjužn.

Istorijski gledano, kaže on, fuziona industrija imala je problema da obezbedi sredstva, delom zato što je toliko novca uloženo u ITER, ali to se sada menja.

„Viđam kako se ulaže sve više novca, sve je više interesovanja, ljudi počinju da shvataju da je ovo tehnologija sa veoma velikom platformom i da to više nije nešto što može ali ne mora da proradi do 2050. godine."

Doktor Van Lirop ističe da je potencijalna nagrada ogromna. Globalno tržište električne energije vredno je oko 3 biliona dolara godišnje, a samo će još više rasti.

„Ako ova fuzija bude bila uspešna, to će pokrenuti najveću tranziciju industrije koju smo ikad videli."

Ako se vratimo na naša lica umrljana ugljem (ili, možda tačnije, plazmom), doktor Britls priznaje da ima još mnogo inženjerskog posla, ali on je siguran u to što radi.

„Radimo predano na rešavanju brojnih problema koji bi u svakom trenutku mogli da nas sapletu. Ali s naše tačke gledišta, ništa nam ne stoji na putu što bi moglo da nas zaustavi."

Pratite urednika za Tehnologiju poslovanja Bena Morisa na Tviteru.

Pogledajte video o energetskom potencijalu vetra

Pratite nas na Fejsbuku i Tviteru. Ako imate predlog teme za nas, javite se na [email protected]