Az Egyesült Államok és Kína között zajló technológiai versenyben mindkét nagyhatalom törekszik egy nehezen elérhető energia-előállítási technológia tökéletesítésére, a fúziós atomerőművek kifejlesztésére. 

Az ázsiai ország sokkal többet fektet a kutatásokba és a kísérletekbe: felállítottak egy nagy fúziós technológiával foglalkozó intézetet és létrehozták a nemzeti fúziós konzorciumot, amely a legnagyobb ipari vállalatok közül néhányat a soraiban tudhat. A kínai tudósok rengeteget dolgoznak fúziós projekteken, és az ázsiai nagyhatalom tízszer annyi professzori végzettségű szakemberrel büszkélkedhet a fúziós és a mérnöki tudományok területén, mint amerikai vetélytársa. 

Washingtonban emiatt egyre jobban növekszik az aggodalomn, hogy a korábbi előnyük elszállhat. Az USA energiaminisztériumának fúziós energiatudományokkal foglalkozó irodájának vezetője, J. P. Allain elmondta,

Kína körülbelül 1,5 milliárd dollárt költ a tudományterületre, ami majdnem kétszer annyit, mint amennyit az amerikaiak fordítanak rá.

Ráadásul az ázsiai program rendkívül hasonló az abban az útmutatóban leírtakhoz, amelyeket először 2020-ban publikáltak az amerikai tudósok annak reményében, hogy képesek lehetnek fogyasztói felhasználásra alkalmazni a fúziós energiát. 

„A mi hosszú távú terveink alapján fejlesztenek – mondta Allain. – Gondolhatják, hogy ez mennyire frusztráló.” 

Szakértők szerint, ha a kínai projekt az eddigi ütemben halad, három-négy éven belül leelőzik az amerikai és az európai fúziós képességeket. Bár egy tudományos áttörés a területen az egész emberiség javát szolgálná, az Egyesült Államok tart attól, hogy ha ez Kínának sikerül először, akkor az ázsiai ország előnybe kerülne az energiaforrásokért folyó egyre kiéleződő versenyben, miközben az USA és mások megpróbálják a termelést és az ellátási láncokat a határaikon belül kialakítani. 

Hogyan működik a magfúziós energiatermelés? 

A klasszikus atomerőművekben atommaghasadás segítségével termelik meg az energiát. Már ezzel a folyamattal is nagy mennyiségű nukleáris energia állítható elő: Magyarország éves villamosenergia-fogyasztása körülbelül 45-46 ezer GWh, és ennek az előállításához 47 millió tonna feketekőszén elégetése szükséges, míg ugyanez elérhető csupán 19 tonna tiszta uránnal.  

A fúzió esetében viszont két atommag egy nehezebbé áll össze.  

Ez a folyamat működteti a Napot is, és a tudósok azt remélik, hogy ezt szinte korlátlan energia előállítására tudják majd felhasználni.  

A technológia azonban még komoly tudományos és mérnöki akadályokba ütközik, sőt egyes vélemények szerint elérhetetlen. A tudósok világszerte azt próbálják kitalálni, hogyan lehet fenntartani a fúziós reakciókat, és miként lehet ezt az energiát nettó energiává alakítani. Az Egyesült Államok vezető szerepet tölt be egy olyan technológiában, amely lézereket használ a fúziós reakciók létrehozásához, de a szakértők a mágneses fúziótól – amikor mágneses mezőket alkalmaznak a plazma kezeléséhez – várják a kereskedelmi felhasználás lehetőségét. 

A technológia 2021 augusztusa óta robbanásszerű érdeklődés középpontjába került a kormányok és a magánbefektetők részéről. 2022-ben pedig az invesztíciók aránya az egekbe szökött, miután a kaliforniai Lawrence Livermore National Laboratory tudósai lézerek általi „gyújtással” értek el olyan fúziós reakciót, amely a felhasznált energiánál többet állított elő. Elérték, hogy a hidrogénatomokat tartalmazó pelleteket – azaz préselt, szálas, rostos anyagrudakat – túlhevítsék, majd összenyomják, ezáltal plazmává alakítva azokat. A szélsőséges körülmények között a hidrogénatomok ekkor héliummá állnak össze,

a folyamat közben pedig hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. 

A fúzió segítségével korlátlan zöldenergia állítható elő? 

A fúzióhoz nagy mennyiségű fűtőanyagra van szükség, de a hidrogénatomok nagy része a tengervízből is kinyerhető.  

A folyamat nem termel nehezen és hosszan lebomló radioaktív hulladékot, emellett üvegházhatású gázok sem keletkeznek.  

Az egyetlen melléktermék a hélium, amely egy semleges gáz. A fúzionáló atomok megfelelő körülmények között körülbelül négymilliószor több energiát termelnek, mint amennyi szén vagy gáz égetésével érhető el – mutat rá a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (IAEA). Továbbá a leolvadás veszélye sem áll fenn, mivel a fúzió esetén nincs szó láncreakcióról, mint a maghasadással működő erőműveknél. Ha bármilyen probléma történik, a plazma lehűl, és a folyamat megszakad. Az IAEA szerint a magfúziós eljárással a maghasadásos verziónál négyszer több energia nyerhető ki. 

Kína óriási mértékben fektet be a technológiába 

Az ázsiai nagyhatalom gyorsan fejlődő nukleáris technológiával büszkélkedhet, és minden más országnál több hagyományos atomerőművet épít. Az ilyen irányú fejlesztéseik előnyt jelentenek a fúziós energia lakossági felhasználásáért való törekvésekben – derül ki az Information Technology and Innovation Foundation, egy Washingtonban található agytröszt múlt hónapban kiadott jelentéséből. 

Ahogyan már említettük, Kína rengeteget fektet a „végtelen” energia elérésébe. A projektekben részt vevő tudósok elmondása szerint a kutatóbrigádok csak a holdújév ünnepekor pihennek. 

„Rengeteg emberi és pénzügyi erőforrást, illetve szervezést fektetnek bele. A kérdés az lesz, hogy meg tudják-e fejteni a technológia lényegét” – mondta Bob Mumgaard, a Commonwealth Fusion Systems, a legnagyobb amerikai, magfúzióval foglalkozó magáncég vezérigazgatója – többek között Bill Gates is befektetője a vállalatnak. 

A Kínai Tudományos Akadémia Plazmafizika Intézete 2018-ban Hofej városában rakta le egy majdnem 100 hektáros mágneses fúzióra fókuszáló kutató és technológiai kampusz alapkövét. A tavalyi év végén pedig Peking bejelentette, hogy egy nemzeti fúziós társaságot hoz létre, és egy állami cég, a kínai nemzeti nukleáris vállalat vezetésével egy konzorciumot alakít, amely ipari vállalatokat és egyetemeket fog össze. Egy kínai magánvállalat, az ENN energetikai konglomerátum, 2018-ban hozott létre egy fúziós részleget. 

Azóta két tokamakot épített, vagyis olyan gépet, amelyben a fúzió létrejöhet, és amelyekben erős mágnesek segítségével tartják a plazmát. Az ENN fúziós tevékenységét Kínán kívül nem igazán ismerik, és az általuk végzett fejlesztés ütemét nehéz lenne megismételni az Egyesült Államokban vagy Európában. 

Az USA próbálja megőrizni az előnyét 

A Biden-kormányzat 2022-ben azt a célt tűzte ki, hogy egy évtizeden belül megvalósítja a fúziós energia kereskedelmi célú hasznosítását,

és a legutóbbi költségvetési javaslatában 1 milliárd dollárt kért erre a projektre. A 2024-es költségvetési évre előirányzott 790 millió dolláros amerikai fúziós költségvetés, amely 4 százalékkal több, mint a 2023-as, nem volt elég ahhoz, hogy lépést tartson az inflációval. A lassú növekedés miatt kevesebb kutatási ösztöndíj és ösztöndíjjal finanszírozott állás áll rendelkezésre az amerikai doktori iskolákban – mondta Tammy Ma, a Lawrence Livermore National Ignition Facility inerciális fúziós energiaprojektjének vezetője. 

Még nem dőlt el, hogy kié lesz a győzelem 

A fúziós technológia színterei tele vannak olyan versenytársakkal, akik úgy vélik, az ő technológiájuk és megközelítésük a legjobb a világ energiaszükségleteinek kielégítésére. A legtöbbjük kollegiális versenytárs, akiknek kapcsolatai az egész világot behálózzák.  

Az együttműködést azonban megnehezíti a Kína és a Nyugat, különösen az USA közötti, egyre ellenségesebbé váló viszony. 

Kína évtizedek óta fektet be olyan nyersanyagokba és technológiákba, amelyek kulcsfontosságúak a szén-dioxid-kibocsátás csökkentéséhez. Ezek közül sokat a fúziós cégek és kutatók is használnak, többek között a plazma megtartására szolgáló nagy teljesítményű mágneseket és a lítiumot, amelyeket a fúziós reaktor körüli takarórétegként lehet használni a plazmában keletkező neutronok elnyelésére. 

A magfúzióval foglalkozó tudósok között az 1950-es évek vége óta zajlik az eszme- és információcsere, amikor az országok elkezdték feloldani a fúziós energiával kapcsolatos kutatások titkosítását. Kína, Oroszország és az Egyesült Államok a franciaországi Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor (ITER) projektjében részt vevő 35 ország között van. 

A kínai tudósok pedig részt vesznek a nemzetközi fúziós konferenciákon, és egyes szakemberek úgy vélik, hogy a személyes találkozásokon, közvetlen beszélgetéseken keresztül a legkényelmesebb és legegyszerűbb megosztani az információkat, bár a nyelv természetesen akadályt jelenthet. 

 

Don Beyer virginiai demokrata képviselő, a kongresszus fúziós energiával foglalkozó frakciójának társelnöke elmondta, hogy az amerikai fúzióra fordított kiadások nagy része a régi programokra megy, „nem pedig a legmodernebb megoldásokra. […] Jelenlegi tudásunk szerint Kínában az erre szánt másfél milliárd dollár nagy részét olyan dolgok építésére fordítják, amelyek a Helion vagy a Commonwealth Fusion versenytársai” – mondta, utalva az Egyesült Államok két legnagyobb fúziós magánvállalatára. 

Kínának évtizedekig szinte egyáltalán nem volt fúziós programja – mondta Dennis Whyte, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) mérnökprofesszora, aki több éven át tagja volt a kínai fúziósprojektek tanácsadó bizottságainak. Az ázsiai országnak körülbelül 10 évébe telt, mire ezen a tudományterületen világszínvonalú programot és nemzeti laboratóriumokat tudtak létrehozni. 

„Villámgyorsan megértekeztek, úgyhogy ne becsüljük alá a képességeiket a felzárkózással kapcsolatban sem” – említette Whyte. Az Egyesült Államoknak előnyei vannak a vállalkozói megközelítés esetében, de jobb koordinációra van szüksége a magánvállalatok, az egyetemek és a kormányzat között, hasonlóan ahhoz, amit az 1950-es években az atomtengeralattjáró-program fejlesztésekor alkalmaztak. 

„Számomra nem egyértelmű, hogy ki fog nyerni” – mondta. 

(Források: The Wall Street Journal; The Wall Street Journal; Paksi Atomerőmű hivatalos honlapja) 

Kapcsolódó:

Címlapfotó: Wikimedia Commons/Rswilcox