Определена роль термоядерной энергетики в обеспечении экологической безопасности

Карл Тишлер из европейского консорциума по термоядерным исследованиям EUROfusion рассказывает о потенциале термоядерной энергии в достижении глобальной декарбонизации.

Энергетический ландшафт стремительно меняется по мере того, как растет необходимость сокращения выбросов углекислого газа и обеспечения энергетической безопасности. Энергия термоядерного синтеза, долгое время считавшаяся научной мечтой, сейчас приближается к поворотному моменту, который может переосмыслить то, как мы питаем наш мир. Благодаря тесному партнерству между государственным и частным секторами, наука и промышленность интегрируют подходы к термоядерной энергетике.

Будучи потенциальным источником чистой и надежной базовой энергии, термоядерный синтез обещает заполнить критические пробелы, оставленные существующими возобновляемыми технологиями, такими как ветер и солнце. Благодаря недавним прорывам и растущим инвестициям термоядерная энергетика может стать краеугольным камнем будущего энергобаланса, дополняя возобновляемые источники энергии и меняя наш путь к устойчивой и жизнеспособной энергетической системе.

Термоядерный синтез: лучшая базовая энергия

В отличие от возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, которые работают с перебоями и зависят от погодных условий, термоядерный синтез обеспечивает постоянный и надежный источник энергии. В процессе термоядерного синтеза атомные ядра соединяются, выделяя огромное количество энергии, как это происходит в звездах. Этот процесс способен генерировать энергию 24 часа в сутки 7 дней в неделю, независимо от внешних условий. Топливо для термоядерного синтеза, дейтерий и тритий, получают из таких ресурсов, как морская вода и литий. Поскольку термоядерный синтез требует в десять миллионов раз меньше топлива, чем угольная электростанция для выделения того же количества энергии, он не только устойчив, но и защищен от геополитических рисков и рисков, связанных с цепочкой поставок ископаемого топлива.

Как источник энергии термоядерный синтез по своей сути безопасен: он не приводит к выбросам углекислого газа, не образует долгоживущих ядерных отходов и не подвержен риску расплавления. Побочными продуктами термоядерных реакций являются гелий и короткоживущие радиоактивные материалы низкого и среднего уровня, с которыми гораздо проще обращаться по сравнению с высокоактивными отходами реакторов деления. Это делает термоядерный синтез уникально чистым базовым источником энергии, который может работать непрерывно, уравновешивая изменчивость других возобновляемых источников и стабилизируя энергосистему.

За пределами энергетики: производство тепла и его применение

Потенциал термоядерного синтеза выходит за рамки производства электроэнергии, поскольку он также производит тепло, которое может быть использовано для определенных целей, например, для централизованного теплоснабжения. В настоящее время тепло, вырабатываемое термоядерными реакторами, не подходит для всех промышленных процессов, особенно для тех, которые требуют очень высоких температур, например, для производства водорода или передовых производственных процессов. Это ограничение возникает потому, что для поддержания надежности таких материалов, как сталь Eurofer, ферритно-мартенситная сталь с пониженной активностью (RAFM), специально разработанная для термоядерных сред, необходимо поддерживать температуру ниже определенного порога.

Однако это ограничение связано с материалами, которые мы используем сегодня. В будущем могут быть разработаны другие материалы, способные выдерживать более высокие температуры, что откроет путь к более широкому спектру промышленных применений. С развитием материаловедения возможно, что тепло, генерируемое при термоядерном синтезе, будет применяться в более высокотемпературных процессах.

Сталь Eurofer предназначена для работы в условиях высокой радиации и температуры, характерных для термоядерных реакторов, что делает ее незаменимой для таких критически важных компонентов, как разводящий бланкет и дивертор. Однако превышение определенных температурных пределов может нарушить структурную целостность Eurofer, что ограничивает его пригодность для некоторых высокотемпературных промышленных применений по сравнению с теплом реакторов деления. Несмотря на это, готовящиеся инновации в области материалов могут позволить термоядерным реакторам генерировать тепло, пригодное для более требовательных промышленных применений.

Тепло термоядерного синтеза является ценным ресурсом для централизованного теплоснабжения и других применений при умеренных температурах, способствуя сокращению использования ископаемого топлива в жилых и некоторых коммерческих помещениях. По мере развития технологий производства материалов будут расширяться и возможности использования термоядерного тепла, что, возможно, выведет его роль за рамки умеренных применений и распространит на более широкий спектр промышленных процессов.

На пути к будущему, основанному на термоядерной энергии

EUROfusion, ведущий европейский консорциум термоядерных исследований, находится на переднем крае этих преобразований. Наша миссия не ограничивается развитием науки о термоядерном синтезе; мы стремимся вывести термоядерный синтез на рынок как неотъемлемую часть европейского энергетического портфеля, основанного на декарбонизации.

Исследования EUROfusion поддерживают ITER, крупнейший в мире термоядерный эксперимент на юге Франции, где 35 стран сотрудничают, чтобы продемонстрировать научную и технологическую осуществимость термоядерной энергии. Наша работа вносит непосредственный вклад в преодоление оставшихся технических препятствий, гарантируя, что термоядерный синтез будет готов дополнить существующие источники энергии в течение следующих нескольких десятилетий.

Лидерство EUROfusion в термоядерных исследованиях — это не просто научные достижения; это создание устойчивого, экономически жизнеспособного энергетического будущего. Наши сильные стороны заключаются в нашем глобальном опыте, духе сотрудничества и способности объединить сплоченное исследовательское сообщество, которое теперь стремится к расширению и установлению прочных партнерских отношений с промышленностью и частными термоядерными предприятиями в качестве равноправных партнеров. Такой подход уже привел к значительным достижениям в области физики плазмы, материаловедения и проектирования реакторов, прокладывая путь к тому, чтобы термоядерный синтез стал практичным и конкурентоспособным источником энергии.

Роль термоядерного синтеза в будущем энергобалансе

По мере того как мир движется к электрификации, особенно в таких отраслях, как транспорт, тяжелая промышленность и центры обработки данных, спрос на надежную и чистую энергию будет только расти. Термоядерный синтез предлагает уникальную синергию с возобновляемыми источниками энергии. Обеспечивая постоянную базовую мощность, термоядерный синтез может снизить потребность в крупномасштабных аккумуляторных батареях и технологиях балансировки энергосистемы, которые являются дорогостоящими и ресурсоемкими. Такая интеграция может привести к созданию более устойчивой и экономически эффективной энергетической системы, в которой возобновляемые источники энергии обеспечивают переменную мощность, а термоядерный синтез гарантирует стабильное снабжение, оптимизируя общую производительность и надежность сети.

Преодоление трудностей и взгляд в будущее

Хотя потенциал термоядерного синтеза огромен, проблемы остаются. Переход от экспериментальных реакторов к коммерческим электростанциям требует значительных инвестиций, четкого регулирования и постоянных технологических инноваций. Последние достижения, включая достижение чистого прироста энергии — измерение энергии, произведенной в результате термоядерных реакций, по сравнению с энергией, переданной топливу, — оживили глобальный интерес и инвестиции. Однако этот показатель еще не учитывает общую энергию, необходимую для работы системы, что подчеркивает необходимость дальнейшего развития.

Компания EUROfusion стремится решить эти проблемы, тесно сотрудничая с международными партнерами в области исследований и промышленности, чтобы перенести энергию термоядерного синтеза из лаборатории в энергосистему. Наши усилия согласуются с более широкими глобальными целями по достижению климатической нейтральности при том понимании, что основное влияние термоядерного синтеза будет ощущаться после 2050 года. Термоядерный синтез способен помочь удовлетворить растущие потребности в энергии в мире с переходной экономикой, обеспечивая глобальное распространение преимуществ этой чистой и безопасной технологии, поддерживая энергетическую справедливость, позволяя всем странам получать энергию для своих обществ и обеспечивать свое развитие.

Следующий большой рывок

Термоядерный синтез представляет собой следующий большой скачок в энергетических технологиях — скачок, который EUROfusion возглавляет благодаря своему видению, инновациям и сотрудничеству. Поскольку мы стоим на пороге реализации потенциала термоядерного синтеза, мы приглашаем политиков, лидеров промышленности и общественность присоединиться к нам в поддержке этой революционной технологии. Термоядерный синтез — это больше, чем просто научная веха; это будущее чистой, надежной и богатой энергии, которая будет питать следующее поколение и далее.

Благодаря термоядерному синтезу у нас есть возможность переосмыслить базовую энергию и обеспечить устойчивое будущее для всех.

Ранее мы опубликовали 10 инноваций в энергетической отрасли в 2025 году.

28.01.2025