Kapcsolatfelvétel

Zöld Energia

Új fúziós rekord a JET berendezés utolsó trícium üzemanyaggal végzett kísérleteiben

Magyar kutatók és mérnökök a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpontból, több mint 20 évig vettek részt a JET kísérleteiben.

Létrehozva:

|

A Joint European Torus (JET), a világ egyik legnagyobb fúziós berendezése, fúziós energiát állított elő és megdöntötte az egy plazma kisülésben megtermelt fúziós energia világrekordját. Ezek a kiemelkedő eredmények jelentős állomást jelentenek a békés célú magfúziós kutatásokban mind fizikai, mind mérnöki szempontból.

A JET utolsó deutérium-trícium kísérletei (DTE3) során a rekord kisülésben 5,2 másodpercen keresztül szabadult fel folyamatosan a fúziós energia, ami 69,26 megajoule hőenergiát eredményezett, mindössze 0,21 milligramm üzemanyag felhasználásával. A JET egy tokamak típusú berendezés, amely erős mágneses teret használ egy úszógumi alakú plazma összetartására. Dr. Fernanda Rimini, a JET Senior Exploitation Manager és JET Scientific Operations vezetője elmondta: „Egyedülálló módon képesek vagyunk rutinszerűen létrehozni fúziós plazmákat ugyanazzal az üzemanyagkeverékkel, amelyet a későbbi kereskedelmi erőművek használnak majd. A JET ezzel is bizonyítja a több évtizedes kutatóprogram sikerét.”

A fúziós energiatermelésre irányuló kutatásokban leggyakrabban a két nehéz hidrogénváltozatot, a deutérium és a trícium gázokat használnak üzemanyagként. Amikor a deutérium és a trícium egyesül, hélium és hatalmas mennyiségű energia szabadul fel – ez a reakció a jövőbeli fúziós erőművek alapja.

Advertisement

Ambrogio Fasoli professzor, az EUROfusion programvezetője (vezérigazgató) azt mondta: „A jövőbeli nagy fúziós berendezések, például az ITER és a DEMO alap működésének sikeres demonstrációja növeli a fúziós fejlesztésekbe vetett bizalmat. Ezt az erőfeszítést az új energiarekord elérése is hitelesíti. Az új rekord felállításán túl olyan dolgokat is elértünk, amelyeket korábban soha, és kísérletek mellett elmélyítettük a fúziós plazma viselkedését leíró fizika tudásunkat.”

Dr. Zoletnik Sándor, a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont, Fúziós Plazmafizika Laboratóriumának vezetője a magyar hozzájárulást méltatta: A magyar kutatók és mérnökök több mint 20 éve vesznek részt a JET-en végzett tudományos kutatásokban, többek között egy gyorskamera rendszer és egy atomnyaláb diagnosztika fejlesztése, üzemeltetése és adatainak interpretációja volt a feladatunk. Bár decemberben a berendezés 40 év munkaviszony után nyugdíjba vonult, a munka nem állt meg: a JET adatainak kiértékelése még hosszú éveket vesz majd igénybe, öröksége pedig a fúziós reaktorok következő generációin is érezteti majd hatását.

Advertisement

Az EUROfusion(amelynek A HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont a magyar tagja) több mint 300 tudóst és mérnököt foglalkoztat az Egyesült Királyság Atomenergia Hatóságának (UKAEA) oxfordi telephelyén, akik mind hozzájárultak ezekhez a mérföldkőnek számító kísérletekhez, bizonyítva a JET nemzetközi csapatának páratlan elkötelezettségét és szakértelmét.

Az eredmények megerősítették, hogy a JET kulcsszerepet játszott az utóbbi évtizedek fúziós kutatásaiban, amik majd elvezetnek egy biztonságos, alacsony szén-dioxid-kibocsátású és fenntartható energiaforrás kifejlesztéséhez a jövő számára. Sir Ian Chapman, a UKAEA vezérigazgatója azt mondta: „A JET olyan közel működött az erőművi körülményekhez, amennyire csak lehetséges egy mai berendezéssel, és az öröksége minden jövőbeli erőműre hatással lesz. Kritikus szerepe van abban, hogy közelebb hozzon minket egy biztonságos és fenntartható jövőhöz.”

Advertisement

A JET kutatási eredményei közvetlen következményekkel járnak nemcsak az ITER – a Dél-Franciaországban épülő fúziós reaktor – számára, hanem az Egyesült Királyság STEP prototípus erőművére, az európai demonstrációs erőműre (DEMO), és más globális fúziós projektekre, amelyek mind a biztonságos, alacsony szén-dioxid-kibocsátású és fenntartható energiatermelést célozzák a jövőben.

Pietro Barabaschi, az ITER főigazgatója, azt mondta: „A JET rendkívül hasznos volt az ITER előfutáraként: új anyagok tesztelésében, új komponensek innovatív fejlesztésében, és különösképpen a deutérium-trícium üzemanyaggal végzett fúziós kísérlek mérési adatainak előállításában. Itt elért eredmények közvetlen és jelentős hatással vannak az ITER projektre, igazolják, hogy jó irányba haladunk, és lehetővé teszik, hogy gyorsabban érjük el céljainkat. Személyes megjegyzésként szeretném hozzáfűzni, hogy számomra nagy megtiszteltetés volt néhány évig a JET-nél dolgozni, ahol sok kivételes embertől tanulhattam.”

Advertisement

A JET több mint négy évtizeden át játszott kulcsszerepet a fúziós program előmozdításában, jelképezve a nemzetközi tudományos együttműködést, a mérnöki kiválóságot és az elkötelezettséget a fúziós energiatermelés kiaknázására. A reaktorban lezajló folyamatok hasonlóak ahhoz, mely a Napot és a csillagokat is táplálják. A JET 2021-ben világrekordot állított fel, 2023-ban pedig 5 másodpercen keresztül tartó nagy teljesítményű fúziós energiatermelés lehetőségét demonstrálta. A JET első deutérium-trícium kísérletei 1997-ben zajlottak.

A berendezés átlép életciklusa végső szakaszába, amikor leszerelik és újrahasznosítják az arra alkalmas részeket. 2024 februárjában azonban egy ünnepséggel tisztelegnek majd az alapítók előrelátása és az együttműködés szelleme előtt melyek sikerre vitték a berendezést. A JET által elért eredmények – a jelentős tudományos mérföldkövektől az energetikai rekordok felállításáig – a létesítmény időtálló örökségét bizonyítják a fúziós technológia fejlődésének történetében. Hozzájárulása a fizikai és mérnöki tudományokhoz döntő szerepet játszott a fúziós energia fejlesztésének felgyorsításában, amely biztonságos, alacsony szén-dioxid-kibocsátású és fenntartható része lesz a világ jövőbeli energiaellátásának.

Advertisement

A fúziós energia üzemanyagáról

A deutérium bőségesen rendelkezésre áll, és kinyerhető a vízből. A trícium a hidrogén radioaktív változata, körülbelül 12 éves felezési idővel. A trícium előállítható például lítiumból.

Advertisement

Az utolsó deutérium-trícium kísérletekről (DTE3)

A deutérium és a trícium üzemanyaggal végzett kísérletek harmadik köre 2023 augusztus 31-től október 14-ig tartott hét héten keresztül. Három területre összpontosítottak: plazmafizika, anyagtudomány és neutron méréstechnika. A JET fúziós energia rekordja annak köszönhető, hogy sikerült megfelelő tapasztalatot szerezni a deutérium-trícium plazmák üzemeltetésében. Ezeket a kísérleteket elsősorban arra tervezték, demonstrálják azt az üzemmódot deutérium-trícium környezetben, ami berendezés falát érő hőterhelést minimálisra csökkenti. Ezek az eredmények kulcsfontosságúak lesznek az ITER plazma üzemmódjainak tervezéséhez.

Advertisement

40 év fúziós tudomány

A JET a világ eddigi legnagyobb és legsikeresebb fúziós kísérlete volt, az Európai Fúziós Program központi kutatóintézete. A JET a Culham-i UKAEA kampuszon található, ahol több mint 31 európai laboratórium együttműködése eredményeként üzemelt a EUROfusion konzorcium irányításával – európai szakértők, diákok és tudományos személyzet részvételével -, az Európai Bizottság társfinanszírozásával. 1983-as alapítása óta a JET áttörő eredményeket ért el a biztonságos, alacsony szén-dioxid-kibocsátású és fenntartható fúziós energiatermelés felé vezető úton, mely válasz lehet a világ jövőbeli energiaszükségleteire.

Advertisement

Működése során a JET kulcsfontosságú eredményeket szolgáltatott a fúziós plazma bonyolult viselkedéséről, lehetővé téve a tudósoknak az ITER, a nemzetközi fúziós kísérlet, és a DEMO, az európai fúziós közösség által jelenleg tervezett demonstrációs fúziós erőmű tervezését. Az európai együttműködésben felépített és közösen üzemeltett JET 2021 októberében az UKAEA tulajdonába került. Júniusban ünnepelte fennállásának 40. évfordulóját, és 2023 végén fejezte be tudományos működését.

A fúziós energia potenciálja

Advertisement

A fúzió, amely a csillagok, így a mi Napunk energiaforrása is, tiszta, alaperőművi energiaellátást ígér hosszú távon, kis mennyiségű üzemanyag felhasználásával, mely világszerte egyenletesen elérhető, illetve olcsó anyagokból előállítható.

A deutérium és a trícium az egyszerű hidrogén atom két nehezebb variánsa, azért választjuk ezeket üzemanyagnak, mert ezeknek a legkönnyebben megvalósítható földi körülmények között a egyesülése. A 150 millió Celsius-fokos hőmérsékleten a deutérium és a trícium fúzionál, és egy hélium atommag, illetve egy neutron keletkezik hatalmas energiafelszabadulás mellet, bármilyen üvegházhatású gázkibocsátás nélkül. A fúzió eredendően biztonságos, mivel az energiatermelés nem tud megszaladni, és nem termel hosszú felezési idejű, nagy aktivitású radioaktív hulladékot.

Advertisement

Forrás: Energiatudományi Kutatóközpont

Advertisement

Zöld Energia

Kevesebb gáz, több megújuló: így alakíthatja át Európát az elektrifikáció

A megújulók már terjednek – Európa energiafüggésének igazi problémája máshol van.

Létrehozva:

|

Szerző:

Töltse ki a napelem-kalkulátort, és tudja meg, mennyibe kerülhet az Ön rendszere! Ingyenes kalkulálás itt (x)

Az Európai Unió villamosenergia-termelésének már több mint 70 százaléka alacsony kibocsátású, mégis hatalmas összegeket költünk gáz és olaj behozatalára – írja az alternativenergia.hu. A fő gond egyre inkább a felhasználás oldalán van: a villamos energia a teljes energiafelhasználásnak még mindig csak mintegy 23 százalékát adja. Hogyan lehetne gyorsabban kiváltani vele a fosszilis energiát – és valóban csak a növekvő energiaigényt fedezik a megújulók?

2024 volt az első év, amikor a napenergia megelőzte a szén részarányát az EU villamosenergia-termelésében. Ha 2019 óta nem épült volna ki további szél- és napenergia-kapacitás, az EU-nak csak 2024-ig 92 milliárd köbméterrel több gázt és 55 millió tonnával több feketeszenet kellett volna importálnia – mindez 59 milliárd eurós költséggel járt volna.

Az áramtermelésben a megújulók részaránya 2019 és 2024 között 34-ről 47 százalékra emelkedett, miközben a fosszilis forrásoké 39-ről történelmi mélypontra, 29 százalékra csökkent. Mindeközben a kapcsolódó kibocsátás is jelentősen visszaesett: 2024 volt az első év, amikor a fosszilis áramtermelésből származó EU-s szén-dioxid-kibocsátás kisebb lett, mint az orosz, annak ellenére, hogy az EU lakossága több mint háromszorosa, a gazdasága pedig tízszerese.

Advertisement

2025-ben a megújulók előretörése töretlenül folytatódott a nehézségek ellenére. Jóllehet a víz- és szélenergia szempontjából kedvezőtlen év volt, ezért átmenetileg nőtt a gázerőművek termelése, de így is előállt az a helyzet, hogy hogy az EU-ban először több energiát termelt a nap és a szél, mint az összes fosszilis forrás, azaz a szén, az olaj és a gáz együttvéve. Mindeközben a napenergia gyakorolja a legnagyobb lefelé irányuló hatást az európai áramárakra.

Ha valóban zajlik az átállás, miért nem látszik még jobban?

Gyakran találkozunk azzal az érveléssel, hogy „hiába terjednek a megújulók, sajnos ezek csak a növekvő energiaigényünket fedezik”, és azzal, hogy „Európa energiafüggősége nem szűnik meg, legfeljebb csak átalakul”.

Advertisement

Pedig Európa villamosenergia-mixe egyre így is egyre tisztább, és az atomenergiával együtt az alacsony kibocsátású termelés részaránya már 70 százalék felett jár. A gond az, hogy van egy „üvegplafon”: a villamos energia részesedése a végső energiafelhasználásban évek óta 23 százalék körül stagnál, és minden zöldítési erőfeszítés csak ezen a behatárolt területen érvényesülhet. Az üvegplafon áttörését – vagy magasítását, ahogy vesszük – pedig nem könnyíti meg, hogy a nagy áttekintésben ma is bőven a fosszilis szektor felé billen a támogatások mérlege.

  • Az EU 2025-ben uniós polgáronként 880 euróval többet költött fosszilis energiahordozók behozatalára, mint a tisztaenergia-szektor fejlesztésére.
  • A gáz közvetlen fogyasztása továbbra is hatalmas mesterséges árelőnyt élvez az árammal szemben az ipari és lakossági fogyasztók számára a legtöbb EU-s országban.
  • Ráadásul eközben az ún. békeidőkben is drágább volt a gáz, mint az Egyesült Államokban, és a drága gáz miatt drága az áram Európában, ami egy folyamatos versenyképességi hátrány.

A következő nagy feladat tehát az, hogy a közlekedés, a fűtés és az ipar egyre nagyobb mértékben használja ezt a tisztuló villamosenergia-mixet a közvetlen fosszilisenergia-felhasználás helyett. Ugyanis pusztán azzal is jobban járnánk, ha az elégetett gázból először áramot csinálnánk, és azzal hajtanánk meg hőszivattyút.

Az elektromos energia részaránya az EU végsőenergia-felhasználásában. Forrás: Bright Spots
Az elektromos energia részaránya az EU végsőenergia-felhasználásában. Forrás: Bright Spots

Erre irányul az idén júliusban bemutatott európai elektrifikációs terv, amely 2040-re 23-ról 46 százalékra emelné a villamos energia részarányát a végső energiafelhasználásban – nagyjából a mai norvég szintre. Ebben marad le ugyanis Európa egyre inkább Ázsiától, ahol több ország 34 százalék körül jár. Kína elektrifikációja hozzájárulhatott ahhoz, hogy az ország kibocsátása 2024 márciusa óta lényegében platózik.

A függőségek eltérő természete

Európa nagy lehetősége abban állna, hogy – első körben legalábbis – fosszilis energiahordozóktól való függőségünkről elmozduljunk a technológiai importfüggőség kevésbé költséges irányába, majd onnan lépjünk tovább. Az importált napelem vagy akkumulátor ugyanis nem vethető össze az importált üzemanyaggal. Az előbbit egyszer kell megvásárolni, utána hosszú éveken át szolgáltat energiát vagy tárolókapacitást. A gázt és az olajat ezzel szemben folyamatosan importálni kell, miközben ismétlődő ár-, ellátási és geopolitikai sokkoknak tesszük ki magunkat, legyen szó az Ukrajnában vagy Iránban indított háborúkról.

Advertisement

Nyilván jobb lenne, ha lenne versenyképes európai napelem- és akkumulátorgyártás, ahogyan szélturbinákat még képes az EU ügyesen gyártani. Ezeket mind ösztönözni kell egy tudatos stratégiával, miközben tennünk kell ezért, hogy legalább a berendezéseket a hálózathoz kapcsoló inverterek európai gyártásban vagy ellenőrzés alatt készüljenek.

Ezért jó hír, hogy például az olasz Eni–SERI hozzálát saját lítium–vas–foszfát (LFP) akkumulátorokat gyártani ipari tárolókba és ipari járművekbe, és hogy európai cégek megpróbálják felvenni a versenyt a hőszivattyúk gyártásában Kínával.

Advertisement

Európa gazdasága a különböző termékek exportjára épül. Tehát a saját jólétünk nagy részben függ attól, hogy a világ más részén élők mennyire veszik meg a termékeinket. Az mára egy mítosz, hogy elektromos autót az európaiak veszik elsősorban. 2021-ben volt utoljára olyan, hogy Európában arányaiban több elektromos autót adtak el, mint Kínában. Közen Etiópia után Laosz is betiltotta a belső égésű új autók forgalmazását a drága fosszilis üzemanyagokra fordított kiadások csökkentése és a devizatartalék megóvása érdekében.

Miért valóban zöld átmenet ez?

Sokszor olvasni a zöld átmenetnek szurkolóktól is, hogy energiaátállás helyett legfeljebb zöldenergia-hozzáadásról beszélhetünk, azaz a megújulók legfeljebb a növekvő energiaigényünket fedezik. Az ilyen érvelések jellemzően a primér energiára koncentrálnak a felhasználó számára hasznos energia helyett, lásd a fogalmakat az Electrotech Revolution blogján az ábrákat, ahol a felhasználótól elindulva mutatják az energia útját.

Advertisement

Az ábra bal oldalán zölddel és narancssárgával a felhasználóknál ténylegesen hasznosuló energia látható: az elvégzett munka, a hasznos hő. A világosszürke az energiaátalakítás során keletkező veszteséget jelöli, amelynek jelentős része hulladékhő. És ezt csökkenthetjük az elektrifikáció gyorsításával radikálisan, miután egy hőszivattyú vagy egy elektromos autó ugyanakkor hozzávetőleg háromszor hatékonyabban hasznosítja az energiát, mint a fosszilis alternatíváik.

Az energia útja a felhasználó számára hasznos energiára fókuszálva. Forrás: The Electrotech Revolution
Az energia útja a felhasználó számára hasznos energiára fókuszálva. Forrás: The Electrotech Revolution

Az elektrifikáció ezért nem pusztán az egyik energiaforrás lecserélését jelenti egy másikra, hiszen az energiafelhasználásunk sokkal durvábban nőne akkor, ha nem lenne ez a technológiai váltás. És sokkal durvábban nőne a kibocsátásunk is: Zeke Hausfather nemrég megnézte, hogy hogy mi történt volna akkor, ha a világ rajta marad azon a kibocsátási trenden, ami kétezres éveket és a tízes évek elejét jellemezte.

A hasznos energiát nézve Michael Liebreich becslése szerint az 1970-es évekbeli 10 százalékról mára mintegy 30 százalékra nőtt a klíma szempontjából tiszta energia aránya világszerte. Jan Rosenow szerint ezért mégis inkább átmenetről lehet beszélni puszta hozzáadás helyett.

Advertisement

Tehát egy sokkal mélyebb szerkezeti átalakulásról van szó, amely a teljes energiaigényt és az importfüggőséget is jelentősen csökkentheti. Ez még az adatközpontok terjedése mellett is igaz lehet, ha a fenti európai elektrifikációs terv javarészt megvalósul. Az átálláshoz szükséges eszközök gyártásában nehéz lesz Kínával versenyezni, de a kisebb fosszilisenergia-igény és az alacsonyabb energiaárak önmagukban is javíthatják Európa versenyképességét.

Advertisement
Tovább olvasom

Ezeket olvassák