Na jednom z nejambicióznějších projektů lidstva pracují státy z celé planety. Výsledkem má být čistá energie, která by nás mohla zachránit před klimatickou krizí. A cesta vede skrze napodobení Slunce. Jak s tím pomůže nový český tokamak a o dopadech války na Ukrajině na největší vědecký experiment jsme se bavili s fyzikem Radomírem Pánkem.
Je třikrát těžší než Eiffelova věž a jde o nejdražší vědecké zařízení na planetě Zemi. Nákladnějším lidským počinem už je jenom Mezinárodní vesmírná stanice (ISS). Řeč je o tokamaku ITER, který vzniká poblíž francouzského města Cadarache. Ambiciózní projekt by mohl znamenat průlom v energetice a dost možná zachránit lidstvo.
Podílí se na něm 35 států světa a disponuje rozpočtem přesahujícím 460 miliard korun. Ve zkratce má napodobit proces, díky kterému svítí hvězdy, a vytvořit tím elektrickou energii. „Teprve po úspěchu jaderné fúze bude možná masivnější elektrifikace,“ říká mi při našem setkání ředitel Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR Radomír Pánek.
Bavili jsme se o momentální situaci na stavbě tohoto unikátního projektu a zpožděních způsobených covidem i válkou na Ukrajině. Jedním z participujících států je totiž také Rusko zasažené sankcemi. Všichni vědci ale věří, že se jejich práce vyplatí a jednou budou fúzní jaderné elektrárny dodávat elektřinu celé lidské společnosti. Jak daleko jsme od hvězdného zdroje energie?
Na začátku prosince se americkým vědcům podařilo provést pomocí laserů jadernou fúzi, při níž vzniklo více energie, než kolik se jí při reakci spotřebovalo. Jak velký průlom to je?
[infobox id=”2″]
To záleží na úhlu pohledu. Fyzikálně je to velmi zajímavý výsledek. Nicméně s ohledem na reálné využití je technologie laserové fúze poměrně hodně pozadu za tokamaky, což je v tomto odvětví mainstream. S velkou pravděpodobností bude první fúzní elektrárna pracovat právě na principu tokamaku. Ta laserová fúze nyní řeší hlavně fyzikální problémy, a to jak nejefektivněji stlačit kuličku deuteria a tricia pomocí laserů, aby se uvnitř zapálila fúzní reakce. Neřeší tedy tolik technologie okolo.
Laserová fúze má před sebou ještě velmi dlouho cestu. Bude však moci těžit z některých technologií, které se vyvinou pro tokamaky. Určitě má ale smysl podporovat oba směry, protože kterýkoli může v jednu chvíli narazit na stopku. Každopádně u tokamaků neznáme důvod, proč by neměly fungovat jako elektrárna.
Takže pro ITER to příliš neznamená, může se stavět dál.
Určitě. Pro tokamaky existují jasné plány jak se postupně dostat k fúzní elektrárně. U laserů nic takového neexistuje. Nelze ale projekt NIF s ITERem srovnávat po stránce vývoje. Laserový NIF je čistě vědecký experiment, zatímco ITER už má ukázat, že všechny potřebné technologie budou fungovat. A ITER má produkovat přes 500 megawatt energie po dobu desítek minut. To je hodně jinde než jeden experiment za mnoho let. Tokamaky nepotřebují zásadní průlom nebo objev, ale musí se u nich dolaďovat krok za krokem technologie.
V Evropě už kreslíme plány, Čína dokonce připravuje místo pro stavbu… Začne závod o to, kdo tuto technologii zvládne dříve komerčně využít.
ITER je tedy také hlavně testovací zařízení. Co následuje po něm?
Dalšímu a poslednímu kroku před využitím fúze pro generaci energie se říká DEMO. Tento tokamak si už bude každý z partnerů, kteří na ITERu pracují, dělat sám. V Evropě už kreslíme plány, Čína dokonce připravuje místo pro stavbu, Jižní Korea pracuje na návrzích. Začne tedy závod o to, kdo tuto technologii zvládne dříve komerčně využít. EU má plán, který se nazývá Cestovní mapa pro realizaci energie z fúze, a ta počítá se dvěma hlavními kroky. Jedním z nich je ITER. Jeho zprovoznění a vědecké vytěžení. Druhým krokem před komercionalizací je DEMO. To budeme stavět v rámci Evropy někdy v druhé polovině 30. let.
Čtěte také: Jásot nad zařazením jádra a plynu mezi udržitelné zdroje může rychle zhořknout
A jsou již nějaké plány, kde bude DEMO stát?
Zatím ne. Teprve se vše kreslí a počítá. Předpokládám, že se v příštích letech rozvine oficiálnější diskuse a evropské státy budou vyzývány k podávání nabídek. Oficiálně se v tuto chvíli nic neděje. A možná by nebylo od věci, kdyby se o to ucházelo i Česko. Je na to brzy, ale snažím se mluvit s institucemi a politiky – zatím se to všem líbí. Jenže od toho, že se jim to líbí, je to k připravení nabídky velký krok. Nicméně bychom byli jedni z dobrých kandidátů.
V čem nyní vězí největší překážky na ITERu?
Vývoj tokamaků je ve fázi, kdy se překlápí poznatky z výzkumu fyziky plazmatu do určitých technologií. Problémů, které je potřeba řešit, je několik. K jednomu řešení má přispět náš nový tokamak, který v ústavu stavíme. Jde například o to, že uvnitř reaktoru se vyprodukuje obrovské množství energie, a my řešíme, jak ho dostat ven, aniž by se poškodily stěny. Zkusíme použít technologii tekutých kovů. Ta funguje tak, že do oblasti takzvaného divertoru, kam dopadá nejvíce energie, se teplo dostane skrz něco podobného houbičce na nádobí, kde bude kapilárně vzlínat tekuté lithium, cín nebo jejich slitina. To na povrchu vytvoří tenkou vrstvičku kovu, plazma na ní dopadne, a když to bude příliš horké, jednoduše se vypaří. Zároveň se vrstvička sama znovu obnoví.
Tokamak jako svatý grál elektrifikace
Jedním z partnerů spolupracujících na stavbě ITERu je Rusko. Jak ovlivnila válka na Ukrajině jednání a kooperaci na tomto projektu?
Spolupráce probíhá složitě. Ty sankce uvalené na Rusko značně komplikují dodávky, k nimž se zavázalo. Organizace zastřešující projekt je založena na mezinárodním právu, a není nastaven proces jak některého člena vyloučit. Rusové jsou nadále členy projektu a spolupráce probíhá. Problém je v tom, že na své dodávky potřebují subkomponenty z Evropy nebo USA. Jaký konkrétní to má dopad a jaké zpoždění to způsobí, nelze vyčíslit. Neznamená to ale, že od toho odstoupili.
A měla by vůbec politika zasahovat do podobného projektu? Nebyl by to konec?
[infobox id=”3″]
To vidíme na případu kosmického výzkumu, kdy Spojené státy s Ruskem stále spolupracují na ISS a podobně. Diskutovali jsme o tom a ITER bychom dokázali vyrobit bez Ruska. Jenže neexistuje možnost jak ho vyloučit. To, co dodávají, jde nahradit, ale reálně by to znamenalo nemálo let zpoždění.
Často se ohledně ITERU zmiňuje zpoždění. Kdy se tedy očekává dokončení?
Musíme mít na paměti, že je to stále výzkum, a ten se moc naplánovat nedá. Vezměme v potaz, jaký problém mají firmy, které staví klasické jaderné elektrárny. Každý takový projekt má velké zpoždění a prodražuje se. A to v tom není skoro žádný výzkum. Zde stavíme něco, kde téměř každý šroubek vyžaduje bádání. Autority jaderného dozoru se na tom učí jak to licencovat a podobně. Zda se ITER dokončí v roce 2048 nebo 2054, nikdo neví. Navíc to nezáleží ani tak na nás, ale na politicích. Pokud bude shoda, nebudeme se dohadovat o financích a kde to má stát, bude to výrazně rychlejší. Vše závisí na politické podpoře.
Je možné nahlížet na tokamaky jako na svatý grál bezuhlíkového světa? Můžeme se na to těšit jako na zlomový bod?
Zní to hezky. Zase to všechno bude na společnosti a politické reprezentaci. Realita je taková, že se neví o jiném zdroji energie, který by mohl dlouhodobě a kontinuálně dodávat velké množství energie s minimálním dopadem na životní prostředí. Máme štěpnou reakci, tu známe, funguje, je relativně bezpečná, jenže má enviromentální dopady. Musí se budovat dlouhodobé sklady vyhořelého paliva. Také tam stále existuje riziko havárie a paliva není zas až tolik.
V dlouhodobém výhledu – někdy v druhé polovině tohoto století – musíme přejít k fúzi. Zda bude energie dostatek, či ne, je politická otázka.
Když nepočítám klasické obnovitelné zdroje, které jsou závislé na počasí a na nutnosti výrazného pokroku v oblasti akumulace energie, pak je vlastně jediným vhodným zdrojem fúze. Ke všemu potřebujeme zdroje, které pojedou ve dne v noci a budou napájet celá města a továrny. Kromě jádra a primárně fúzní reakce se o žádném jiném neví. Pokud se to podaří zprovoznit, bude to mít obrovský potenciál.
Často slyším, že slibujeme čistou, nevyčerpatelnou a levnou energii. Nikdy jsme ale neříkali, že bude energie levná. Navíc se dnes nebavíme tolik o ceně jako o tom, zda energie v budoucnu vůbec bude. A fúzní elektrárny na tom budou podobně jako štěpné. Tedy stavby budou drahé, ale potom pojedou za hubičku.
Takže můžeme očekávat budoucnost, kdy bude energie málo a budeme se muset naučit žít s výpadky energie? Případně s elektřinou jen v určité části dne?
Doufám, že ne. Samozřejmě je potřeba hlásit se ke klimatickým změnám a hledat řešení. Ale představa, že zrušíme plynové, uhelné, a nejlépe i jaderné elektrárny, budeme mít jen obnovitelné zdroje a zároveň naplno poběží elektrifikace, je science fiction. Té energie v obnovitelných zdrojích není tolik, abychom utáhli, co potřebujeme. A to tam ani není započtena masivní elektrifikace dopravy.
Čtěte také: Lithiové dilema: Jak může zelená tranzice vést k ekologické katastrofě
V budoucnu nás primárně čeká vyřešení otázky jak zajistit dostatek energie za rozumnou cenu a zajistit stabilitu jejich dodávek. Ano, budeme využívat obnovitelné zdroje, které jsou prospěšné, ale musíme stavět také jadernou energetiku. V dlouhodobém výhledu – někdy v druhé polovině tohoto století – to musí být fúze. Zda bude energie dostatek, či ne, je politická otázka. Energii máme, ale pokud se zavřou všechny uhelné elektrárny, tak jí bude nedostatek.
Takže obnovitelné zdroje jsou dobrou kompenzací a prostředek ke snížení výkonu uhelných elektráren, ale spotřebu pokrýt nedokážou?
V podmínkách Česka a střední Evropy určitě ne. Dokážou vyrobit energii, která nám může ušetřit uhlíkovou stopu z fosilních zdrojů, ale nemohou jet ve dne noci. Nedokážou napájet velké továrny, jako jsou ocelárny, a velká města. Navíc nemáme baterie, které by dokázaly absorbovat velké množství energie. V zimě fotovoltaika vyrábí zhruba deset procent oproti létu. Obnovitelné zdroje nám mohou poskytnut jen velmi málo, a zbytek se musí najít jinde.
Věříme tomu, že to bude dramatický krok pro lidstvo. Teprve pak bude možná masivnější elektrifikace firem, průmyslu a tak dále.
Stejně mi to nakonec vychází tak, že se na fúzi díváme jako na něco, co nás zachrání.
To já doufám. Ale v tuto chvíli je pro urychlení vývoje nutná politická a finanční podpora. V rámci EU na nějaké úrovni existuje, ale problém je v tom, že se bavíme o horizontu třiceti let. To je daleko za tím, v jakém rozmezí přemýšlejí politici a firmy. Třeba Čína vkládá do fúze velké naděje, intenzivně do tohoto výzkumu investuje a již připravuje lokalitu, kde bude stavět svůj projekt DEMO. Na západ od nás – v USA a ve Velké Británii – se vyrojila spousta soukromých firem, které se fúzí zabývají. Jenže u nich vidíme nebezpečí, že v zájmu získání peněz od investorů slibují nerealistické plány. To, že by měly komerční fúzní reaktor za deset let, není možné.
Není ta vize investic byznysmenů lepší než peníze od vlád? Není cesta soukromých firem rychlejší a efektivnější – podobně jako to vidíme u vesmírného průmyslu?
Vyšší účast soukromých firem a soukromého kapitálu určitě pomůže urychlit vývoj některých důležitých technologií a umožní paralelně testovat více přístupů. Nicméně podle mého názoru není většina těch konceptů reálná a nebude fungovat. Je mi dost záhadou, jak dokázaly získat tak velké peníze. Na rozdíl od nich my říkáme střízlivý odhad a za naší prací stojí většina vědců. Je to, řekněme, konzervativnější, ale jistý postup. Neslibujeme zázraky za dva nebo tři dny. Rok 2050 se zdá jako dlouhá doba, ale i štěpné jaderné elektrárny se staví neuvěřitelně dlouho. Tady je navíc spousta výzkumu.
Většinou, když se řekne vizionář, napadnou nás osoby jako je Elon Musk a podobně, ale došlo mi, že všichni vědci, kteří na podobných projektech pracují, jsou vlastně vizionáři. Musíte myslet hodně dopředu, a možná se ani nedožijete výsledku.
Určitě. Pracujeme na dlouhodobém výzkumu, protože věříme tomu, že to má smysl a že fúze bude znamenat zásadní krok pro lidstvo. Podle mě teprve poté bude možná masivní elektrifikace průmyslu i společnosti s výrazně pozitivním dopadem na klimatické změny.
