Fuusioenergia on jo työmaavaiheessa

Ulkomaat 22.5.2013 15:39

Fuusioenergian valjastaminen teolliseksi energiamuodoksi olisi hurja harppaus puhtaampaan ja hiilivapaaseen energiaan.

Ikuisuusprojekti tai ei, mutta tähän asti suurinta fuusioreaktoria rakennetaan Etelä-Ranskan Provencessa. ITER, latinaksi tie, vaatii myös konkreettisia tiehankkeita, joilla reaktorin tonnien painoisia lohkoja voidaan kuljettaa perille.

ITER hanketta luonnehditaan suurimmaksi tiedeprojektiksi maailmassa.

”ITER on kokeellinen ydinfuusioreaktori, joka tuottaa 10 kertaa enemmän energiaa kuin siihen syötetään. 50 megawatin syöttöteholla saadaan 500 megawattia energiaa. ITER on välttämätön askel kaupallisen fuusioenergian saamiseen”, ITERin varapääjohtaja Carlos Alejaldre kertoo.

Laajuutta hankkeessa riittää, sillä mukana on eri valtioiden myötä yli puolet maapallon väestöstä.

Kustannukset voivat olla isoja, 14,5 miljardia euroa ei ole pikkuraha, mutta myös saavutettavissa olevat edut ovat merkittäviä. Kyse on ydinvoimasta, jonka ongelmana ei ole ydinjätettä. Vaikka radioaktiivisia aineita syntyy, ongelmat ovat tässä suhteessa pieniä.

Fuusioreaktorin riski ei ole säteilyonnettomuus tai räjähdys. Fuusioreaktio pyrkii sammumaan itsestään, töitä tehdään nimenomaan, että reaktio pysyisi käynnissä.

Toiseksi fuusioenergia on hiilivapaata.

Myös fuusioreaktorin polttoaineita on helposti saatavilla.

”Pitkälle riittää jo puoli kylpyammeellista vettä ja tietokoneen litium-akku. Näillä lähtöaineilla voidaan saada 200 000 kilowattituntia sähköä. Se on tarpeeksi yhdelle ihmiselle EU:ssa 30 vuodeksi. Fuusion idea on hyödyttää ihmiskuntaa”, hahmottelee johtaja Richard Pitts, yksi ITERin johtavista fyysikoista.

Malli reaktorille kaupalliseen käyttöön

ITERin tavoite on mallintaa sitä, miten tieteen ja teknologian avulla saadaan aikaan toimiva fuusioreaktori.

Provenceen rakennettavan tokamak-reaktorin versioita on tehty jo aiemmin, mutta ITERistä tulee suurin tähän mennessä rakennettu fuusioreaktori.

ITER on ennen kaikkea koe. Sen täytyy 500 megawatin reaktorina näyttää suuntaa 2-4 gigawatin laitteille. Kysymyksiä kuitenkin riittää siitä, voiko fuusioreaktori olla teknisesti ja taloudellisesti toimiva ja kannattava.

Reaktorin rakentaminen kestää vuoteen 2022. Ensimmäiset kokeet reaktorilla on ajoitettu marraskuulle 2022.

Fuusioreaktorin perusedellytys on tyhjiöastia, jonka sisälle saadaan yli 100 miljoonan asteen lämpö. Kovassa kuumuudessa aine muuttuu plasmaksi, jossa fuusioreaktio onnistuu.

Toinen edellytys on, että plasma pysyy koossa, jolloin fuusioreaktiota syntyy enemmän eivätkä lämpöhäviöt ole niin suuria. Tämä on hoidettu erittäin voimakkaiden magneettien avulla.

Tokamakin pohjalla on sen nielu tai jätesanko eli diverttori, jonka kautta helium-tuhka poistuu magneettikentän ohjaamana. Diverttori on rakenteeltaan erittäin monimutkainen ja kallis, muutaman sadan miljoonan euron laitteisto.

”Se on taidetta”, Richard Pitts kertoo.

Diverttorin kohdalla astuu näyttämölle myös suomalaisosaaminen.

Tekesissä tieteen suurhankkeisiin liittyvästä teollisuusaktivoinnista vastaava Hannu Juuso kertoo, että Suomessa on tehty päätös keskittyä fuusioreaktorin huoltoon liittyvään erityisosaamiseen Tampereen teknillisen yliopiston ja VTT:n yhteistyöllä.

Tampereella on täysimittainen koelaite divertorista eli reaktorin nielusta, jonka huolto tulee järjestää kauko-ohjauksella. Etärobotiikan tutkimiseen on rakennettu malli, jossa pitkien robottikäsien avulla voidaan vaihtaa divertorin osia.

”Fuusiolla saadaan energiaa. Tämä on jo todistettu”, VTT:n fuusiohankkeiden johtava tutkija Tuomas Tala kertoo.

Talalla on pitkä kokemus työskentelystä ITERin edeltäjällä JET-reaktorilla Isossa-Britanniassa.

”On eri asia on, mihin hintaan energiaa voidaan tuottaa ja miten kestäviä ovat komponentit. Jos fuusioenergia on kymmenen kertaa kalliimpaa kuin nykyinen ydinenergia, se ei ehkä ole kiinnostavaa, mutta fuusio kyllä toimii”, Tala sanoo.

Laitoksen rakentaminen on kallista, huollon ja reaktorin ylläpitokustannuksista riippuu paljon.

”On tehty Fusion Roadmap 2050, jota pyritään noudattamaan. Ne askeleet kun otetaan, päästään siihen, että fuusioenergiaa saadaan töpseleistä. Se on ohjenuora, jota tänä päivänä noudatetaan.”

Ison hankkeen isot haasteet

ITERissä ovat mukana Kiina, Intia, Japani, Korea, Venäjä ja Yhdysvallat yhdeksän prosentin siivulla.

Euroopan unionin osuus isäntäjäsenenä on 45 prosenttia ja vastaavasti tämä on myös EU:n osuus kustannuksista. EU:n sisällä korostuu Ranskan osuus isäntämaana.

Kun itse reaktori on toteutettu, ITERin jäsenillä on yhtäläinen oikeus tietoon ja osaamiseen, joka hankkeella saavutetaan. Tämä perustuu vuonna 2006 solmittuun ITER-sopimukseen.

Kahden viime vuoden aikana ITER on edennyt suunnitelmista infrastruktuurin rakentamiseen. Suunnittelun valmistuminen on tarkoittanut sitä, että ITERin eri osia rakennetaan parhaillaan eri puolilla maailmaa.

”Tavoite on pitää ITERin rakentaminen ja riskit ja kustannukset hallinnassa ja aikataulu hyväksyttävällä tasolla”, Carlos Alejaldre linjaa.

Päätöksentekojärjestelmiä on virtaviivaistettu ja prosesseja yksinkertaistettu, mutta haasteita riittää projektissa, jonka toteutus on hajautettu eri maihin ja eri yrityksille näissä maissa. Silti lopullisen laitteiston useimpien osien on oltava sovitettavissa yhteen alle millimetrin tarkkuudella.

Ensimmäinen sopimus fuusioyhteistyöstä syntyi jo vuonna 1985 Gorbatshowin ja Ronald Reaganin sopimuksella. Tämän hankkeen tarpeellisuudesta oli yksimielisyys valtionpäämiehillä, jotka muuten eivät olleet yksimielisiä juuri mistään.

Tarvittiin kuitenkin 20 vuotta lisää, ennen kuin sopimus ITER-hankkeesta allekirjoitettiin Pariisissa vuonna 2006.

Vaikka poliittinen sopimuksentekoaika on ollut pitkä, myös moni teknologinen edistysaskel on vasta nyt ollut ikään kuin valmiina siihen, että tällainen projekti on mahdollinen. Yhtenä esimerkkinä reaktorin kauko-ohjaaminen, missä Suomellakin on robottikätensä pelissä.


Arktinen Banaani