Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Jaderná fúze není obnovitelný zdroj energie

Komentář k úvodním kapitolám článku Energie z fúze I.
Datum: 10.6.2013  |  Autor: Ing. Bronislav Bechník, Ph.D.  |  Recenzent: prof. RNDr. Bedřich Moldan, CSc., COŽP, Univerzita Karlova

Fúze není obnovitelný zdroj energie ani podle studie Mezinárodní agentury pro atomovou energii z roku 2007. Definici, která by mohla fúzi zahrnovat, označila tato studie za nevyhovující. Zda lze fúzi zařadit mezi udržitelné technologie, může být diskutováno, teprve pokud se stane zdrojem energie, což bude nejdříve v polovině století.

Poznámka redakce: Záměrně vydáváme tento článek zároveň s článkem Elektřina z fúze (I), který právě dnes vychází v oblasti Energetika. Jeho autor Ing. Slavomír Entler má na některé termíny názor jiný.

Fúze není obnovitelný zdroj energie. Nic na tom nemění autorova úvaha v úvodní kapitole článku Elektřina z fúze I, i když upozorňuje na dobře známé nedokonalosti všech používaných definic obnovitelných zdrojů energie (OZE). Na tyto nedokonalosti upozornila například studie Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA) již z roku 2007, podle níž je však fúze „technically non-renewable“, tj. neobnovitelná. Definici OZE, kterou autor použil, označuje tato studie za nevyhovující.

Fúze

Obrázek 1: Lawsonova kritéria pro vybrané fúzní reakce
Obrázek 1: Lawsonova kritéria pro vybrané fúzní reakce [Wikipedia]

Hodnotíme-li energetické technologie z antropocentrického hlediska, musíme rozlišovat mezi fúzí, která probíhá v nitru hvězd, a kterou využíváme prostřednictvím obnovitelných i neobnovitelných zdrojů energie, a fúzí v technických zařízeních vyvinutých lidmi.

V nitru hvězd probíhá za vysokých teplot a tlaků fúze jader vodíku za vzniku helia a v pozdějších fázích v závislosti na velikosti hvězdy k syntéze těžších prvků až po železo. Při výbuchu supernovy vznikají i těžší jádra, včetně radioaktivních prvků.

Má-li fúze sloužit k produkci energie v pozemských podmínkách, je nutno dosáhnout vysokých teplot a tlaků po určitou dobu. Tyto podmínky jsou popsány tzv. Lawsonovými kriterii, která určují minimální teplotu a minimální součin hustoty částic a doby trvání výboje, viz obrázek 1.

 

V současnosti se spíše než Lawsonova kritéria používá tzv. trojný součin (někdy též fúzní součin) vzorec. Ten sice platí jen v úzkém rozsahu teplot, ve kterém je v dobrém přiblížení hodnota kritického součinu vzorec nepřímo úměrná teplotě T, ale právě tato oblast je z hlediska budoucích reaktorů zajímavá (např. pro ITER je vzorec). Při dosažení hodnoty trojného součinu se tepelný příkon plazmatu od fúzních produktů vyrovná s výkonem tepelných ztrát plazmatu – tj. dochází k zapálení termojaderné fúze (viz Encyklopedie fyziky).

V pozemských podmínkách se uvažuje o využití dvou základních typů „paliva“. V závislosti na obtížnosti dosažení potřebných teplot a tlaků se jedná o

  • Fúzi ve směsi atomů deuteria a tritia (D + T)
  • Fúzi atomů deuteria (D + D)

Deuterium je tzv. těžký vodík (obsahuje v jádru kromě protonu jeden neutron), tritium je tzv. supertěžký vodík (obsahuje dva neutrony). Výhodou první reakce je kromě nižších požadavků na tlak, teplotu a dobu udržení (minimálně o jeden řád) i vyšší energetický výnos reakce.

Zatímco deuterium se na Zemi relativně hojně vyskytuje v mořské vodě, tritium je radioaktivní prvek, který se na Zemi téměř nevyskytuje. V projektu ITER sice bude mimo jiné zkoušena výroba tritia z lithia, zásoby tohoto kovu jsou však omezené (autor uvádí tisíce let). Kromě toho je lithium využíváno již v současnosti například v akumulátorech.

Obnovitelnost

Fúze není obnovitelný zdroj energie. Žádná z používaných definic obnovitelných zdrojů energie jadernou fúzi nezahrnuje. V úvodní kapitole článku Elektřina z fúze I autor upozorňuje na dobře známé nedokonalosti všech známých definic obnovitelných zdrojů energie. Na tyto nedokonalosti však upozornila již v roce 2007 například studie Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA). I podle této studie je jaderná fúze „technically non-renewable“, tj. neobnovitelná.

Podobně „problematických“ pojmů přitom používáme celou řadu. Například teploměr neměří teplo, ale teplotu, „logicky“ by se tedy měl jmenovat teplotoměr. Teplo přitom měříme kalorimetrem, jenže je udáváme v joulech…

Autor neuvádí, zda definice ve čtvrtém odstavci úvodní kapitoly je jeho vlastní návrh, nebo cituje nějaký zdroj. Výše zmíněná studie IAEA obdobnou definici označuje za nevyhovující. Taková definice by v závislosti na výkladu mohla při vhodně zvoleném časovém horizontu zahrnovat i fosilní zdroje – uhlí, ropu a zemní plyn. Nelze totiž vyloučit, že i v současnosti tyto suroviny vznikají, přičemž rychlost jejich čerpání je sice vyšší, než rychlost obnovy, technicky však jsme schopni vyčerpat pouze část zásob těchto zdrojů.

S odkazem na §7 zákona č. 17/1992 Sb. o životním prostředí autor článku Elektřina z fúze I prohlašuje, že sluneční záření není obnovitelný zdroj, protože zanikne. Následně o jaderné fúzi prohlašuje, že se jedná o zdroj obnovitelný, přestože suroviny potřebné pro technologii, která by mohla být hypoteticky někdy na konci tohoto století dostupná, jsou podle něj k dispozici jen na řádově tisíce let. Tento závěr je poněkud překvapivý, pokud si uvědomíme, že časový horizont, kdy "zanikne" sluneční záření je asi milionkrát delší.

Zmíněná studie IAEA ukázala, že definice neobnovitelných zdrojů je mnohem jednodušší a jednoznačnější, než definice zdrojů obnovitelných. Neobnovitelné zdroje energie jsou zásoby, které se obnovují nulovou nebo zanedbatelnou rychlostí ve srovnání s rychlostí jejich čerpání. Naproti tomu obnovitelné zdroje energie jsou energetické toky, které probíhají přirozeně a nezávisle na tom, zda jsou využívány, a zásoby, které se obnovují alespoň tak rychle, jak jsou čerpány. Podle těchto definic jsou sluneční záření a vítr obnovitelné, fosilní paliva, štěpné a fúzní materiály neobnovitelné a biomasa je (ne)obnovitelná v závislosti na rychlosti spotřeby.

Udržitelnost

Opět je nutno rozlišovat, zda se jedná o přírodní, nebo lidmi řízený proces. Z hlediska Vesmíru je jaderná fúze jediným zdrojem energie, v takové situaci je otázka udržitelnosti zcestná. Z antropocentrického hlediska však hodnotíme procesy ovládané lidmi s cílem vyrobit elektřinu a/nebo teplo pro průmysl a domácnosti.

Lidmi řízená jaderná fúze dosud není zdrojem energie a ještě dlouhou dobu jím nebude (viz článek Budoucnost energetiky). Existují dokonce pochybnosti, zda se vůbec podaří teplo a/nebo elektřinu prostřednictvím fúze získávat. Kromě samotné fúzní reakce existují přinejmenším dva vážné problémy, které dosud čekají na vyřešení - materiál vnitřní stěny reaktoru a stabilita supravodivosti.

Je proto nutno nejdříve počkat, zda se tyto problémy podaří vyřešit a podaří se zprovoznit alespoň prototyp funkčního zařízení. Následně může začít diskuse k otázce, zda se jedná o technologii udržitelnou. Samotná velikost zásoby pouze jednoho nebo několika z používaných materiálů není dostatečná pro rozhodnutí o udržitelnosti technologie.

Příkladem obnovitelného zdroje, jehož využívání může být udržitelné i neudržitelné, je biomasa. Jedná se o zdroj obnovitelný, ale vyčerpatelný. Udržitelnost využívání biomasy závisí na rychlosti, s níž biomasu spotřebováváme. Pokud spotřeba převýší produkci, využívání biomasy se stává neudržitelnou technologií. Těžba deštných pralesů je jednoznačně rychlejší, než jejich obnova.

Opačným příkladem je sluneční záření, což je zdroj nevyčerpatelný, protože jeho dostupnost nezávisí na intenzitě, s jakou jej využíváme. Sluneční záření je tok energie, který buď využijeme, nebo nevyužijeme. Ani využívání tohoto zdroje však nemusí nutně být udržitelné. Například na začátku 70. let minulého století ještě byla výroba fotovoltaických panelů tak náročná, že panel za dobu života vyrobil jen zhruba tolik energie, kolik se spotřebovalo na jeho výrobu. Taková technologie samozřejmě byla neudržitelná (dnes je situace jiná, poměr energie získané k energii vložené (ERoEI, EROI) je v podmínkách České republiky asi 15:1).

Opustíme-li však antropocentrický pohled a budeme vnímat problematiku z hlediska fyziky, ztrácí pojem „zdroj energie“ smysl. Energii nelze vyrobit ani zničit, lze pouze měnit jednu její formu na jinou. Podobně ztrácí smysl i pojmy „obnovitelnost“ a „udržitelnost“.

Závěr

Otázka udržitelnosti technologie (v daném případě získávání energie) je více otázkou vyčerpatelnosti, než otázkou obnovitelnosti. Pokud by se na základě jaderné fúze podařilo vybudovat konkurenceschopný energetický zdroj, nelze v současnosti vyloučit, že by se mohlo jednat o trvale udržitelnou technologii. Rozhodně to však nelze potvrdit. Otázka udržitelnosti totiž může být diskutována až v okamžiku, kdy se fúze zdrojem energie stane, tj. až bude zprovozněn funkční prototyp energetického zařízení, což ještě přinejmenším několik desetiletí nebude. Teprve potom budou známy všechny aspekty této technicky fascinující technologie.

 
Komentář recenzenta
prof. RNDr. Bedřich Moldan, CSc., COŽP, Univerzita Karlova
Článek Bronislava Bechnika rozebírá věcně názor považovat jadernou fúzi za obnovitelný zdroj energie a dochází k závěru, že takový názor je nesprávný. Poskytuje přesvědčivé argumenty, se kterými je možno plně souhlasit. Především je ovšem třeba zdůraznit klíčovou skutečnost, že jaderná fúze v pozemských podmínkách je až dosud především jen teoretický koncept, a nikoliv reálný zdroj energie. Expertízy mohou vyznívat různě, ale všechny se shodují v tom, že otázka praktického využití bude (možná) aktuální nejdříve za několik desetiletí. Do té doby znějí vážně míněné návrhy na téma udržitelnosti tohoto zatím těžko představitelného zdroje mírně absurdně.
 

Hodnotit:  

Datum: 10.6.2013
Autor: Ing. Bronislav Bechník, Ph.D.   všechny články autora
Recenzent: prof. RNDr. Bedřich Moldan, CSc., COŽP, Univerzita Karlova



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (19 příspěvků, poslední 09.02.2014 20:46)


Témata 2019

Tabulky a výpočty

Partneři - Obnovitelná energie

Spolupracujeme

logo Česká peleta

Doporučujeme