Гейтс и Бъфет правят малки модулни реактори, светът разчита на енергията на звездите с термоядрения синтез, а Китай прави слънчева централа на 35 хил. км над Земята

Революционните пробиви в науката ще променят играта и ще спрат замърсяването, но след 2030 г.

Въпреки всички усилия за декарбонизация, всяка година човечеството отделя по около 51 млрд. тона вредни емисии в атмосферата. А ако всички в Европа и Северна Америка си купим коли на ток и започнем да се отопляваме и охлаждаме с климатици, за да дишаме по-чист въздух, ще ни е необходима седем пъти повече чиста електроенергия до 2050 г., отколкото използваме в момента. Прогнозите са, че сегашната консумация ще се повиши поне три пъти.

Сметката е истински кошмар

за политиците и експертите от двете страни на океана, защото възобновяемата енергия навлиза успешно, но в никакъв случай не може да осигури достатъчно ток. Спешно се търсят и се експериментира с нови технологии, които да осигурят на човечеството евтина, изобилна и чиста енергия. Тя трябва да подпомогне новите индустриални проекти и електрифицирането на транспорта и да е щадяща за природата и биологичното разнообразие. Бедните страни също се нуждаят от все повече енергия и ако богатите не искат те да продължават да замърсяват, ще трябва да им предоставят

чисти технологии.

В света има няколко иновации, които дават надежда, но е очевидно, че от идеята и прототипа до реализацията има дълъг път и често той е неуспешен. Първият проект е разработен от компаниите на Бил Гейтс и Уорън Бъфет - TerraPower и PacifiCorp, които обявиха през юни, че ще инсталират ядрен реактор в Уайоминг на мястото на старата въглищна централа. Тя ще се състои от малки модулни реактори, които могат да се монтират един до друг в зависимост от нарастващите енергийни нужди.

В момента двете компании правят подробни тестове на технологията, а Министерството на енергетиката на САЩ вече финансира TerraPower с 80 млн. долара. Проектът разполага с

345-мегаватов реактор на бързи неутрони

с охлаждане на базата на натрий с разтопена сол, което позволява мощността на системата да се повиши до 500 мегавата по време на пиково потребление на енергия. Миналата година TerraPower заяви, че една такава централа ще струва около 1 млрд. долара.

Технологията е обявена за абсолютно чиста и безвредна за природата, но някои експерти предупреждават, че „бързите“ реактори може да са по-рискови от обикновените. Причината е, че

„стартовото“ ядрено гориво

ще е по-високообогатено и транспортът и доставките могат да се окажат привлекателна цел за терористи. Според милиардерите този тип централи ще са в продажба от 2030 г.

NuScale също бяха финансирани от Министерството на енергетиката на САЩ, за да разработят малки

модулни ядрени реактори.

Авторите на идеята смятат, че това е добра икономическа възможност, защото тя не натоварва бюджета изведнъж с огромна инвестиция, а от друга страна рисковете за околната среда са многократно по-малки заради миниатюрните ядра на реактора, съдържащи много по-малко радиоактивно гориво. Интересното е, че 12 от модулите могат да създадат мощност от около 924 мегавата.

В САЩ и Китай също вече разработват реактори от трето и четвърто поколение, които осигуряват чиста и изобилна енергия. Специалисти казват, че при третото поколение протоколите за безопасност са подобрени многократно. При четвъртото поколение се използва

разтопена сол за охлаждане,

какъвто е принципът на действие на проекта на Бил Гейтс и Уорън Бъфет.

Друг проект, на който много се разчита, е този на някогашния Ленинградски метален завод – днес LMZ, част от консорциума Power Machines. Оттам обявиха, че наскоро са завършили тестовете на прототипа на нискоскоростна турбина с мощност 1255 MWe (с MWe, или megawatt electrical, се измерва електроенергията, произведена от генератора – б.р.). LMZ е единственото предприятие в света, което произвежда мощни високоскоростни и нискоскоростни парни турбини. Те ще осигуряват 500, 1200 и 1800 MW, като инвестицията за изграждането и оборудването на един такъв комплекс ще е около 95,6 милиона долара.

Експертите отсега окачествиха прототипа на нискоскоростна турбина с висока мощност като най-важния иновативен проект на Русия, с който Power Machines ще се конкурира на пазара с проектите на Гейтс и Бъфет.

Друга руска перспективна разработка е VVER-TOI, която е наследник на реакторите VVER-1200. За разлика от тях новите имат много по-голяма мощност, по-ефективни са и са по-устойчиви на форсмажорни обстоятелства и природни бедствия.

АЕЦ „Курск-II“

ще бъде първата в света електроцентрала с иновативните реактори.

И ако тези идеи вече са на ниво прототип и работят, една от най-големите надежди на човечеството все още е на ниво разработка. Специалистите са убедени, че ядреният синтез ще е най-чистият енергиен източник, а термоядрените реактори ще поддържат системата винаги в готовност. Термоядрената енергия, както е известно, е енергията на звездите. Тя е чиста и на практика неограничена, въпросът е дали тази технология ще оправдае очакванията на учените.

Международният проект за термоядрен синтез на Европа, Япония, Индия, Русия, Китай и други страни е най-големият в света. По план централата трябва да е готова до 2035 г. В това инженерно чудо са инсталирани десет хиляди тона магнити, с комбинирана и запазена магнитна енергия от 51 гигаджаула. Вече е монтиран първият от свръхпроводимите магнити, както и модулът от централния 13-метров соленоид. Всъщност като се добавят останалите елементи, той ще се превърне в 18-метрово чудо на техниката.

Централният соленоид е „гръбнакът“

на магнитната система, която ще позволи да се индуцира мощен ток в плазмата на ITER и той да се поддържа по време на дългите плазмени импулси. Идеята е съхранената магнитна енергия в соленоида от 6,4 GJ да инициира и поддържа плазмен ток от 15 MA за 300 до 500 секунди. Така максималното поле от 13 тесла ще бъде достигнато в центъра, което ще превърне магнитната система в най-мощната в целия свят.

И ако стандартните електроцентрали произвеждат ток чрез преобразуване на механична мощност като въртенето на турбината в електрическа енергия, в ITER това ще става чрез синтез. В така наречения токамак енергията, генерирана от сливането на атомите, се абсорбира като топлина в стените на съда. Подобно на конвенционалната електроцентрала, термоядрената електроцентрала ще използва тази топлина за производство на пара, а след това и на електричество чрез турбини и генератори.

Най-интересното е, че системата ще работи при температура от

150 млн. градуса,

или 10 пъти повече от тази в ядрото на Слънцето.

Синтезът представлява сливане на ядрата на деутерий и тритий, които като изотопи на водорода могат да се добиват от вода. С тях ще се получи хелий, при което ще се генерира термоядрена енергия, подобна на тази в Слънцето. За да бъде активирана точно тази реакция в ITER-а, йоните на деутерия трябва да се нагреят до около 150 млн. градуса. За да бъде задържана тази температура, ще е необходимо изключително мощно магнитно поле и генерирането на ток в плазмата.

В подобни проекти за термоядрен синтез само миналата година са инвестирани около 1 млрд. долара. Причината е, че ако тези начинания успеят, чистата енергия, която ще може да се произвежда, е почти неограничена, а пазарът се изчислява на около един трилион долара.

И ако някой си мисли, че това са някакви фикции и фантасмагории, които никога няма да проработят, много бърка. Част от международния проект ITER е и китайският Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), или така нареченото

„Изкуствено слънце“

В края на май учените там обявиха, че са постигнали температура на плазмата от 120 млн. градуса по Целзий за 101 секунди и 160 млн. градуса за 20 секунди, което е важна стъпка по пътя към успеха.

В края на 2020 г. южнокорейски проект постигна 100 млн. градуса за 20 секунди. Като се има предвид, че температурата в ядрото на Слънцето е около 15 млн. градуса, всеки сам може да прецени за какво изключително постижение на научната мисъл става дума и какви са перспективите пред тези проекти. Защо е толкова важно начинанието да успее? Причината е, че с него, когато се вложи единица енергия, ITER може да осигури десет пъти по-голяма. Нещо, което не може да се постигне при повечето други проекти. Например при водорода, на който всички разчитат, ситуацията е обратната. Там трябва да се вложи повече енергия, отколкото може да се получи. Затова се търсят начини това да става чрез възобновяеми източници и така наречената излишна енергия от тях, която в момента не се използва.

Разбира се, с развитието на технологиите

водородът

също е много перспективна идея за чист и изобилен ток, за която „Космос“ писа неотдавна.

Другият проект, на който Европа много разчита, е изграждането на слънчеви централи в Мароко, в Сахара, а сега предстои и в Саудитска Арабия. Целта е излишният ток, който през нощта няма къде да се съхранява, по подводни кабели да се отвежда в Европа. За тези проекти „Космос“ подробно писа, както и за факта, че в тях участва българският учен и архитект на европейски суперкомпютри проф. Стоян Марков. Идеята е плодородната земя на Европа да не бъде осеяна със соларни панели, макар и движещи се по слънцето и спестяващи място, а това да става в пустините, които постепенно ще бъдат облагородени.

ЕС много залага на още един проект, който ще запълни времето до разработването на нови технологии, осигуряващи чиста и изобилна енергия. Известно е, че между 25% и 28% от емисиите на парниковите газове се дължат само на транспортния сектор. Докато се търсят алтернативни енергоносители и се провеждат експериментите с ITER-а и модулните реактори, ЕС събра най-добрите учени, включително и от България в лицето на Националния център за суперкомпютърни изчисления, в проекта CoEC. В него са ангажирани топспециалисти в областта на горивните процеси, изкуствения интелект и машинното обучение. На тяхно разположение ще са едни от най-добрите суперкомпютри в ЕС с капацитет над 50 милиона милиарда операции в секунда. Тяхната цел е за първи път в историята да проучат на фундаментално ниво химическия и

физическия състав на горивата,

точно какви процеси протичат при горенето, защо се стига до отделянето на вредни вещества и емисии и как те могат да се регулират, за да не вредят на природата. Те ще разработят модели (софтуер) за прецизна симулация на горивния процес и сместа в горивната камера, за да регулират химичните вещества, физичните процеси, дизайна на двигателите, на турбините, така че до минимум да се намали отделянето на вредни вещества. Заедно с това учените изследват бензина, дизела, въглищата, като целта е да бъдат преобразувани в чисти и незамърсяващи природата енергоносители. Обект на изследвания ще е и изгарянето на водорода. Ако екипът на CoEC успее до 2023 г. да се справи с тази задача, откритията му ще доведат до революционни промени в двигателите, в транспорта, в електроцентралите на въглища. Целта е всичко това да осигури прозорец във времето с по-ниски парникови газове до 2030 - 2035 г., когато се очаква новото поколение енергийни централи да са на пазара и да осигурят евтино и изобилно електричество.

В тази насока много сериозно работи и

замърсител номер едно

на планетата Китай. Там предприятията и транспортът в големите градове периодично се спират, за да могат гражданите да дишат. До момента те поемат до 30 пъти над нормите на СЗО фини прахови частици. Заедно с това Китай е и най-големият потребител на енергия в света – само през миналата година, която бе наситена с локдауни, той е използвал енергийния еквивалент на над 3 милиарда тона нефт. От 2011 г. в Поднебесната империя са изгорени повече въглища, отколкото всички останали държави, взети заедно. Резултатът - Китай е страната, която отделя най-много парникови газове в света - близо 25% от всички емисии на планетата. От 2019 г. насам делът на възобновяемата енергия там е над 25% и се увеличава непрекъснато. Но тъй като около 30% от нея се изхвърля, защото не се потребява или не може да достигне до районите с дефицит, страната разработи пилотно съоръжение за съхранение на 400 мегаватчаса. От тази година то работи и ако всичко върви по план,

капацитетът му през 2023 г. ще се увеличи двойно.

Това е огромен шанс и за Европа, където 88 региона (81% от всички) имат излишък от производството на възобновяема електроенергия, като при 84 този излишък е над 50%. В момента тази енергия не може да се използва и в повечето случаи се изхвърля, защото няма как да бъде съхранена. Истински абсурд на фона на огромния дефицит. В това отношение китайската разработка ще е наистина спасение за Европа, която планира нарастване на тока от възобновяеми източници.

Другият проект на Китай в напреднала фаза е новата

ракета за тежки товари,

с която трябва да се изгради голяма космическа слънчева електроцентрала на 35 786 километра над Земята. Главният дизайнер на китайската ракетна серия Long March, Qi Renfa и на космическия кораб „Шънджоу“ Лун Лъхао твърди, че проектът ще изисква голяма „събирателна площ“ в геостационарна орбита, за да осигури непрекъснат цикъл на получаване на слънчева енергия. Съоръжението ще преобразува енергията, преди да я предаде на Земята чрез микровълни или чрез лазери.

За съжаление всичко това не е достатъчно, тъй като Международната енергийна агенция обяви, че глобалните емисии на CO2 през тази година ще скочат с още 1,5 милиарда тона над нивата от миналата година. Като над 80% от световното потребление на енергия продължава да е на базата на въглищата, нефта и природния газ.

Ако има нещо хубаво във всичко това, то е, че само през 2020 г. глобалните инвестиции в нисковъглеродни енергийни технологии са се повишили и са 500 млрд. долара. Ако това финансиране се увеличи и се насочва правилно, учените рано или късно ще открият източник на евтина, изобилна и чиста енергия.