Publiski par ilgtspējīgas jeb zaļās enerģijas risinājumiem visbiežāk tiek runāts vēja, saules, ūdens un zemes (ģeotermālās) enerģijas kontekstā. Nupat uz enerģētikas skatuves aizvien biežāk redzam ūdeņradi. Taču fiziķi atgādina – veiksmīgai pārejai uz zaļo enerģiju nepieciešams izmantot papildspēkus arī no kodolfizikas un ir svarīgi domāt arī par fundamentāli jauniem enerģijas avotiem. Kas notiktu, ja cilvēcei izdotos iegūt kodolsintēzes enerģiju, un cik tālu patlaban no tā esam? Skaidro Andris Potrebko, Rīgas Tehniskās universitātes Dabaszinātņu un tehnoloģiju fakultātes Daļiņu fizikas un paātrinātāju tehnoloģiju institūta doktorants.
Jautājumi par zaļās enerģijas iespējām ar A. Potrebko gādību iekļauti arī “Latvenergo” rīkotā skolēnu erudīcijas konkursa "FIZMIX Eksperiments" uzdevumu lokā, kurā šogad piedalās 216 komandas no visas Latvijas. Zinātnieks uzskata – topošie fiziķi būs tie, kam būs jārisina grūtās mīklas par mūsu planētas apgādi ar resursiem.
Klasiskā atomenerģija – noies no skatuves vai iegūs otro elpu?
Nav noslēpums, ka pēc tādām kodolkatastrofām kā Čornobiļa vai Fukušima par atomenerģiju daļā sabiedrības izveidojies ne visai pozitīvs priekšstats. Ir pat valstis kā Vācija, kas paziņojušas par mērķi atteikties no ierastās kodolenerģijas pavisam un gandrīz to īstenojušas. Tomēr, izrādās, zinātne jau izstrādājusi risinājumus, kas bažas par atomenerģijas bīstamību var krietni mazināt.
“Mūsdienās atomspēkstacijās vairs nav iespējamas tādas avārijas, kāda notika Čornobiļā. Mūsdienu reaktoriem nav nepieciešama aktīvā dzesēšana, tie ir nodrošināti pret pārkaršanu un ķēdes reakcijas patstāvīgu turpināšanos,”
stāsta A. Potrebko. Turklāt tagad kļuvis iespējams atomenerģiju ražot nelielos, modulāros reaktoros, kas nozīmē, ka vairs nav nepieciešama ārkārtīgi dārga un sarežģīta milzu spēkstaciju būvniecība. “Modulārie reaktori ir tik nelieli, ka tos var pārvietot ar kravas automašīnu. Tas nozīmē, ka reaktorus var vairumā saražot vienā valstī un tad pārvietot uz valsti, kur tos uzstāda. Vairumā ražoti reaktori piedāvā lētāku risinājumu nekā lielu atsevišķu projektu veidošana,” A. Potrebko iezīmē perspektīvu, par kuru jau nopietni domājot Igaunijā.
Tiesa, vēl paliek jautājums, vai atomenerģija vispār vērtējama kā zaļa, ņemot vērā, ka tai nepieciešama urāna rūda, kas tiek definēta kā neatjaunīgs resurss (atjaunojas ļoti lēni), kā arī faktu, ka atomenerģijas ražošanas procesā rodas radioaktīvie atkritumi. Tomēr arī to A. Potrebko uzskata drīzāk par uzpūstu, nevis reālu bubuli. “Atšķirība starp radioaktīvajiem un ķīmiskajiem atkritumiem ir tāda, ka radioaktīvos atkritumus ir daudz vieglāk pamanīt – nepieciešams tikai Geigera skaitītājs. Savukārt noteikt dažnedažādo tikpat bīstamo bioloģisko vai ķīmisko vielu noplūdes ir daudz sarežģītāk.
Kodolatkritumiem arī izveidotas īpašas glabātuves tādās valstīs kā Zviedrija, Somija – dziļi klintīs, kur kodolenerģijas pārpalikumus var uzglabāt ilgi un droši,”
skaidro A. Potrebko.
Kur “pazudis” ūdeņradis?
Nākotnes enerģijas kontekstā noteikti jārunā par enerģijas veidu, kam pirms kāda laika prognozēja ļoti spožu nākotni. Jau pirms pārdesmit gadiem tika runāts par to, ka ar benzīnu un dīzeļdegvielu darbināmos iekšdedzes dzinējus ar laiku nomainīs ūdeņraža dzinēji. Pagaidām uz ūdeņradi pārslēgta vien daļa sabiedriskā transporta autobusu parku nedaudzās pilsētās. Par spīti Eiropas Savienības pūlēm, atbalsta programmām un cerībām, ka 2050. gadā 10-24 % enerģijas ES tiks iegūti ar ūdeņraža risinājumiem, intensīva pāreja uz šo enerģijas veidu nav manāma. Ūdeņraža dzinēju un uzpildes staciju vietā šodien arvien vairāk redzam un arī kā par nākotnes potenciālo risinājumu runājam par elektriskajiem automobiļiem un ar tiem saistīto uzlādes infrastruktūru, bet vai ūdeņradis patiesībā nevarētu būt lietotājam ērtāks risinājums?
Nudien – ūdeņraža iekārta vismaz dažos aspektos ir funkcionālāka par elektrisko akumulatoru, jo ar ūdeņraža balonu, kas sver tikpat, cik pašreizējie elektroauto akumulatori, ir iespējams nobraukt vairāk kilometru, apliecina A. Potrebko.
Elektroauto izrāvienu pētnieks saista galvenokārt ar to, ka ir bijis vieglāk rast lētākus un pieejamākus tehnoloģiskos risinājumus auto uzlādei un enerģijas uzglabāšanai automašīnās.
Mūsdienās gandrīz katra mājsaimniecība ir pieslēgta elektrotīklam, ko nevar teikt par ūdeņradi. Turklāt ūdeņradis ir bēdīgi slavens ar to, ka to ir grūti uzglabāt, nepieciešami biezi rezervuāri, kuri spēj izturēt lielu spiedienu. “Ūdeņraža auto tehnoloģija pašlaik ir līdzīgā stadijā kā klasiskie elektroauto pirms gadiem desmit, tāpēc domāju, ka ar laiku grūtības būs iespējams atrisināt,” uzskata A. Potrebko. Ideja par ūdeņradi automašīnas bākā pavisam zudusi vēl neesot, īpaši populāra tā ir Āzijas auto gigantu kā, piemēram, Hyundai, Toyota vidū.
Tiesa, arī ūdeņraža enerģijas tehnoloģiskie risinājumi vēl esot krietni pilnveidojami, kur, starp citu, savu roku pieliek arī Latvijas zinātnieki.
Šajā virzienā notiek darbs gan Latvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitātē, gan Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā, kur tiek izstrādāti risinājumi, kā optimizēt ūdeņraža enerģijas iegūšanu, stāsta A. Potrebko.
Ja arī ūdeņradis neiekaros automašīnu dzinējus, tas varētu spēlēt nozīmīgu lomu kādā citā ar jaunajiem enerģijas veidiem saistītā aspektā – proti, kalpot kā enerģijas uzglabāšanas risinājums, kas ir īpaši aktuāli, ražojot enerģiju no solārajiem paneļiem.
Saule, īpaši mūsu platuma grādos, ir visai kaprīza dāma. Periodi bez saules var būt ilgi, bet, kad saule spīd, enerģija tiek saražota vairāk par iespējām to patērēt vai uzglabāt akumulatoros. Tieši te var nākt talkā ūdeņradis. Tā kā elektrotīklam precīzi jāizbalansē saražotā un patērētā enerģija, brīžos, kad patēriņš ir mazāks nekā tas, ko saražo saules paneļi, tos var nākties atslēgt no elektrotīkla. Lai gūtu vislielāko ieguvumu no saules paneļiem, šādos brīžos var ieslēgt elektrolīzes procesu un radušos enerģiju uzglabāt ar ūdeņraža starpniecību. Šādas enerģijas glabātuves jeb ūdeņraža balonus varētu izmantot, piemēram, rūpnīcās, stāsta A. Potrebko.
Kad tiks sasniegts kodolsintēzes sapnis?
Jau vairākus desmitus gadu notiek darbs ar pasaules mēroga projektu – kodolsintēzes enerģijas reaktoru.
Kodolsintēzes enerģija tiek uzskatīta par revolucionāru tehnoloģiju, kas ļautu iegūt milzīgu enerģijas daudzumu no ļoti nelieliem resursiem. Tiek solīts, ka tas efektīvi atrisinātu enerģijas trūkuma problēmu uz visiem laikiem – turklāt ļoti drošā, zaļā un ilgtspējīgā veidā.
Bet cik tālu cilvēce ir tikusi ar šī projekta realizāciju un cik ilgi vēl varētu būt jāgaida, līdz enerģijas “Svētais grāls” tiks sasniegts? A. Potrebko atzīst, ka patlaban to vēl ir neiespējami paredzēt. Kodolsintēzes enerģiju paralēli cenšas attīstīt vairākos projektos, katrā pēc citas tehnoloģijas. ASV Lorensas Livermoras laboratorijā izmēģinājumi notiek, ar lāzera stariem apšaudot ūdeņraža izotopus tritiju un deitēriju, mēģinot panākt impulsveida saspiešanu. Savukārt Francijā ITER reaktora projektā izvēlēta tokamaku tehnoloģija, kas kodolsintēzi cenšas panākt ar magnētiskā lauka un karstas plazmas palīdzību.
Pagaidām pēdējais izrāviens eksperimentos noticis 2022. gada decembrī ASV virzītajā projektā, kur pirmoreiz izdevies nodrošināt pozitīvu bilanci – iegūt vairāk enerģijas nekā ieguldīts (tagad to izdevies atkārtot jau padsmit reižu, vienā no reizēm enerģijas daudzumu gandrīz divkāršojot). Būtībā fizika savus galvenos uzdevumus kodolsintēzes reakciju teorētiskajai pamatošanai jau ir izpildījusi – tagad viss ir inženieru rokās, lai izveidotu ārkārtīgi augstās precizitātes iekārtas no materiāliem, kas spētu izturēt kodolsintēzei nepieciešamos ļoti sarežģītos apstākļus, piemēram, karstumu, kas ir desmitiem reižu lielāks par to, kas ir Saules kodolā.
Raksts tapis sadarbībā ar erudīcijas konkursu “FIZMIX Eksperiments".
