20 Noiembrie 2025, 18:26
Redacţia PiataAuto.md
Fuziunea nucleară e o tehnologie absolut fascinantă în potenţialul său uriaş, însă e una din acele tehnologii care pare să fie de mult timp foarte aproape de validarea ei deplină şi viabilitatea completă, dar această validare încă aşteaptă să se producă. Doar că la această ultimă treaptă a progresului în calea stăpânirii ei complete muncesc foarte multe echipe talentate din lume şi în ultimii trei ani aceste progrese sunt cu adevărat notabile şi semnificative. Despre progresele remarcabile făcute în domeniul fuziunii nucleare noi am vorbit frecvent în ultimii doi ani, dar în esenţă, în aceşti ani au fost validate în mod repetat reacţii în care s-a obţinut producţia netă de energie şi au fost avansate mai multe construcţii de reactoare, cu rezultatele tot mai bune în stabilizarea reacţiilor. Mai mult ca atât, mai multe echipe au şi demarat deja primele proiecte pentru pregătirea de construcţie a primelor centralelor nucleare cu fuziune nucleară, deşi încă niciuna din ele nu poate spune că are tehnologie complet stăpânită deocamdată. Acum, însă, cea mai longevivă echipă de ingineri în fuziune nucleară din lume, de la TAE Technologies, a anunţat că va putea avea prima centrală de fuziune nucleară gata mai devreme decât se estima.
Aici e important să amintim scurt că centralele nucleare actuale folosesc reacţia de fisiune nucleară, când atomii grei sunt disipaţi în atomi mai mici, cu masă sumară mai mică decât a celui iniţial, eliberând diferenţele în formă energie. Atât atomii iniţiali, cât şi cei rezultaţi, sunt radioactivi în centralele actuale, tocmai de asta şi combustibilul nuclear, şi deşeurile ulterioare sunt radioactive şi au nevoie de condiţii speciale de transportare şi păstrare. Fuziunea nucleară, însă, e un proces invers, în care atomii sunt contopiţi într-un atom mai mare, masa căruia e mai mică decât suma celor doi atomi anterior, iar diferenţa masei e eliberată în energie. Reacţia fuziunii nucleare e cea pe care o ştim că are loc pe soare, iar pentru declanşarea ei e nevoie de minim 100-150 milioane grade Celsius. Pentru a asigura o asemenea temperatură, e nevoie de mult consum iniţial de energie, însă ulterior reacţia produce cantităţi enorme de energie, care permite producţia cu un randament excepţional, cu condiţia că acea reacţie poate fi stăpânită în limitele dorite. Deşi stabilizarea acestei reacţii e încă o provocare care trebuie depăşită, un record de producţie atins în februarie 2024 de o echipă din Marea Britanie indica faptul că 0,21 mg de combustibil au fost suficienţi pentru a produce 13,8 MWh de energie. Asta înseamnă că ar fi nevoie ca mai puţin de 2 kg de combustibil pe zi să intre în reacţie pentru a produce toată electricitatea necesară României! Reacţia de fuziune a echipei britanice a folosit doi izotopi ai hidrogenului drept combustibil deuteriu şi tritiul, iar la final se obţine heliul, care e total inofensiv, şi a fost făcută într-un reactor de tip tokamak, care e cel mai cunoscut tip de reactor pentru fuziune nucleară, în acest tip de reactoare fuziunea fiind descoperită în potenţialul ei şi fiind ulterior studiată încă din anii 1958-1959.
Foto: Construcţia reactorului JET din Marea Britanie, unde a fost atins recordul în 2024
Majoritatea reactoarelor tokamak preferă să folosească aceşti doi izotopi ai hidrogelului drept combustibil, dar adevărul e că unul dintre ei e radioactiv tritiul. Am fi spus că asta înseamnă necesitatea unei transportări speciale, dar tritiul nu se găseşte în formă liberă aproape nicăieri în lume şi acele reactoare trebuie efectiv să-şi producă întâi tritiul prin reacţii incipiente, după care să-l folosească. La final heliul rezultat nu e radioactiv, însă în practică întotdeauna există şansa că din combustibilul nuclear vor rămâne particule nefolosite şi materialele rezultate din funcţionarea acestor reactoare tokamak, chiar şi cu rol de studiu experimental, sunt de obicei oricum tratate ca fiind posibil radioactive. Echipa despre care vorbim azi, însă, de la TAE Technologies, are un alt tip de reactor şi nu foloseşte combustibil radioactiv.
Foto: Echipa celor de la TAE Technologies
Noi scriam despre ei în februarie 2024, când ei anunţau că încep pregătirea pentru construcţia următorului lor reactor de studiu, Copernicus, conceput să aibă rol de centrală de producţie a electricităţii. Spuneam atunci că asta e echipa cu probabil cea mai mare experienţă în domeniul fuziunii nucleare şi una din foarte puţinele companii independente care a rezistat atât de mult timp şi a elaborat atât de multe progrese cu propriile forţe. TAE Technologies e o companie aproape necunoscută publicului larg pentru că nu vinde deocamdată produse publicului larg sau companiilor şi încă nu are produse finite, dar e o companie care e un soi de SpaceX al fuziunii nucleare şi care există încă din anul 1998! Compania şi inginerii săi au o istorie de 27 de ani de studiu al fuziunii nucleare, cu peste 150 mii de experimente realizate doar din 2015 încoace, când au reuşit să construiască primele reactoare mai mari, funcţionale. Şi cei de la TAE au ajuns la a 6-a generaţie de reactor de fuziune nucleară creat de ei, iar acest reactor de generaţia a 6-a avea numele de Copernicus.
Foto: Schiţa construcţiei reactorului Copernicus
Marele avantaj e că reactoarele lor folosesc drept combustibil o combinaţie dintre hidrogen şi bor, ambele fiind non-radioactive şi răspândite pe planetă. E ceea ce oamenii de ştiinţă recunosc drept cea mai curată şi preferabilă cale pentru fuziunea nucleară, deşi aparent nu ar avea chiar cel mai mare randament, în comparaţie cu deuteriul şi tritiul. Iar o altă mare deosebire e în construcţia reactorului lor, care nu e un tokamak, ci ia mai degrabă forma unui cilindru orizontal cu ramificaţii. Şi are şi o metodă ingenioasă de a-şi stăpâni reacţia prin câmpul magnetic generat de plasmă, unde efectul secundar al creării acestui câmp ia practic rolul de gardian al stabilităţii reacţiei, fluxurile de formă toroidală fiind create axial. Asta permite ca reacţia de fuziune nucleară să fie una continuă, nu una bazată pe impulsuri scurte şi repetitive, ca la reactoarele tokamak.
Foto: Reactorul anterior Norman, al TAE Technologies
Totodată, reacţia din această construcţie are un soi de autocontrol derivat din însuşi modul în care derulează, ceea ce exclude necesitatea elementelor constructive adiţionale prezente în reactoarele tokamak, cum ar fi puştile de plasmă, care ajută la stăpânirea activă a plasmei. Ceea ce unii numesc dezavantaj la construcţia celor de la TAE Technologies ar fi că în miezul reacţiei temperatura ar urma să fie mult mai mare de 150 milioane grade Celsius, tocmai până la 2-3 miliarde de grade, conform estimărilor inginerilor în calculele la scară mare. Dar construcţia reactorului permite ca această temperatură să fie concentrată strict în centrul reacţiei, fără a pune presiune pe pereţii reactorului, ba chiar fluxul de căldură e recirculat şi reutilizat şi sporeşte randamentul reacţiei pe termen lung.
Penultimul reactor construit şi funcţional al celor de la TAE Technologies a fost cel numit Norman, după care a urmat Norm, care era, în esenţă, o versiune scurtată şi perfecţionată a lui Norman. Reactorul actual Norm trebuia să valideze mai multe etape cruciale, după care trebuia să urmeze construcţia reactorului Copernicus, conceput deja ca pentru o centrală electrică, iar după asta trebuia să se construiască şi primul reactor prototip al primei centrale nucleare cu această tehnologie, reactorul fiind numit Da Vinci. Acest reactor Da Vinci trebuia să fie ultima validare de prototip înainte de o centrală propriu-zisă pilot, care trebuia construit până în 2030, iar din 2032 urma să aibă loc şi construcţia centralelor nucleare la scară largă, bazate pe acelaşi reactor Da Vinci, în esenţă, doar că integrat deja cu toate sistemele de funcţionare viabilă în viaţa reală, pasibile certificărilor de siguranţă.
Foto: Construcţia comparativă a două reactorare, Norman şi Norm
Ei bine, când readucem aminte despre asemenea planuri şi promisiuni, de obicei urmează şi actualizarea că planurile ar fi fost amânate, însă în acest caz e exact invers — TAE Technologies a anunţat acum că planurile au fost accelerate şi se sare peste etapa construcţiei lui Copernicus, direct la Da Vinci. Şi asta pentru că reactorul Norm a demonstrat tot ce trebuia să se demonstreze şi cu Copernicus, în esenţă, fiind capabil de validări avansate şi rezultate excepţionale, iar asta îi face pe ingineri să meargă direct la construcţia reactorului final în fora prototipul de pre-serie, numit Da Vinci.
Cel mai mare salt în calea progresului, pe care cei de la TAE Technologies l-au realizat de curând cu reactorul Norm, e formarea reuşită a unui plasme în configuraţie cu câmp inversat (Field-Reversed Configuration — FRC) utilizând exclusiv injecţia de fascicule neutre (Neutral Beam Injection — NBI), o realizare la care fizicienii şi inginerii în fuziune nucleară au aspirat de mai mult de trei decenii.
FRC-ul e o metodă de stăpânire a plasmei în care nu există o bobină centrală ca la un tokamak, iar câmpul magnetic necesar e creat de înşişi curenţii plasmei, ceea ce face posibilă folosirea combustibililor non radioactivi şi a acelei construcţii simplificate de reactor, de care vorbeam mai sus. Iar injecţia de fascicule neutre NBI e folosită pentru genera căldura iniţială necesară declanşării reacţiei de fuziune. În construcţia unică a celor de la TAE Technologies, aceste particule neutre circulă toroidal, axial, în jurul plasmei din interiorul reactorului, generând câmpul magnetic reversiv de control al reacţiei şi eliminând nevoie de elemente suplimentare de control activ. Folosirea lor permite şi generarea eficientă şi concentrată a căldurii necesare iniţiale, şi recircularea şi refolosirea în mod eficient a căldurii pentru susţinerea constantă a reacţiei, ceea ce permite reacţia constantă, nu în pulsuri.
Şi reactorul Norm a demonstrat acum în mod documentat şi clar că aceste reacţii, dorite de atâtea decenii, sunt posibile şi viabile ca reacţii constante. Iar astfel cea mai curată reacţie de fuziune nucleară a putut fi demonstrată, într-un reactor care trebuie să devină şi cel mai viabil economic, pentru că simplitatea e marele avantaj al construcţiei lui.
Foto: Ilustrare grafică a funcţionării reactorului Norm
Astfel, cei de la TAE Technologies spun că nu mai e nevoie de reactorul Copernicus, şi pot trece direct la prototipul funcţional Da Vinci, care va avea deja şi rolul de a demonstra viabil că produce energie mai mult decât energia totală consumată pentru iniţiere şi menţinere. Iar asta înseamnă că această echipă accelerează planurile cu 1-2 ani şi începe pregătirea pentru construcţia acestui prim reactor prototip Da Vinci, conceput efectiv ca o centrală de fuziune nucleară, unde toată energia suplimentară generată e documentată stabil şi apoi e convertită în electricitate.
TAE Technologies nu anunţă direct valori de putere totală, însă din datele reacţiilor atinse acum şi metodologia fizică atinsă, estimările arată o putere netă electrică de 350-400 MW produsă de un asemenea reactor, ceea ce ar însemna o producţie anuală de 3,1-3,5 TWh de electricitate dintr-un singur asemenea reactor comercial viitor. Mai sus am menţionat că doar câteva kilograme de hidrogen ar fi nevoie să intre în reacţie pentru producţia de energie pentru toată România pentru un o zi. Ei bine, amestecul folosit e de hidrogen şi bor în raport de 1 la 11, deci e nevoie şi de bor în cantităţi mai mari, dar nu e un material rar. Şi dacă mai prezumăm că în mod realist doar o parte mică din combustibil intră în reacţia finală, iar la folosirea borului şi hidrogenului randamentul e mai mic decât la deuteriu şi tritiu, atunci un asemenea reactor ar putea avea nevoie pentru un an de producţie de circa 120 kg de hidrogen şi circa 1,3 tone de bor, pentru a produce cei 3,1-3,5 TWh de electricitate.
Ce înseamnă asta în costuri? Să cumperi produci 120 kg de hidrogen pur, chiar pe bază de energie regenerabilă, e super simplu şi ar costa maxim 1.000-1.200 euro pentru toată cantitatea. Borul nu e foarte scump, cantitatea de bază necesară costând cam 30 mii euro, dar e nevoie de un efort pentru a produce izotopul necesar, bor-11, ceea ce mai adaugă costuri. Astăzi există câţiva producători ce pot livra bor-11, dar deocamdată piaţa e mică şi costul e mare, 1,3 tone costând cam 33,8 milioane de euro. Deci, putem estima 34 milioane euro în cost anual de combustibil pentru cei 3,1-3,5 TWh, dacă tot vorbim deja de un reactor comercial. Calculat per kWh, asta înseamnă un cost 0,010-0,011 euro/kWh, deci efectiv 1 cent per kWh în costuri de combustibil. Doar că asta e acum, la costuri mari de producţie a borului 11. Când aceste reactoare vor deveni comerciale, costul acestui izotop ar urma să fie de câteva ori mai mic, datorită scalării. Şi atunci se poate ajunge la costuri infime, fantastice, la producţia de electricitate, unde 1 cent de costuri generează 7-8 kWh, iar 1.000 kWh, adică 1 MWh ar genera costuri de combustibil de circa 1,4 euro. Desigur, ar mai fi puse nişte cifre deasupra pentru amortizarea costurilor de câteva miliarde de achiziţie a reactorului, pentru infrastructură şi personal, dar cu toate aceste costuri, reactorul ar produce electricitate la un cost total de maxim 45-55 euro per MWh, sau de 4,5-5,5 cenţi per kWh, la o durată minimă de operare de 40 de ani. Ulterior, după producţia primelor reactoare şi popularizarea lor, costul producţie poate scădea la 2-4 cenţi/kWh.
Cifra e atractivă, dar poate părea nu tocmai la fel de fantastică în raport calculele teoretice de la tokamak-uri, care vizau doar combustibilul, nu şi costul reactorului, un tokamak fiind mult mai scump şi mai complex. Dar calculul de mai sus e unul de viaţă reală, cu randament realist şi cu proiecţii de costuri realiste din planurile investiţionale ale TAE şi din alte surse terţe. Şi cifrele sunt excelente oricum, mai ales când ne gândim că la 2-4 cenţi per kWh obţinem electricitate produsă prin fuziune nucleară prin proces non radioactiv, fără intermitenţe, fără risc de urmări de mediu ale unor incidente la aceste centrale. Tocmai de asta tot efortul în această tehnologie va fi justificat în momentul în care în sfârşit se va ajunge la realitate operaţională. Iar cei de la TAE au făcut acum un pas gigantic spre această realitate.
2
1,086
ŞTIRI DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT