Energi.

2015-08-31 17:00
  • Om några år kommer Iter-anläggningen i sydfranska Cadarache vara klar. Här förbereds för en Tokamak, som alltså är själva behållaren där fusionen ska ske. Tokamaken kommer att väga över 20 000 ton.  Bild: Press
    Om några år kommer Iter-anläggningen i sydfranska Cadarache vara klar. Här förbereds för en Tokamak, som alltså är själva behållaren där fusionen ska ske. Tokamaken kommer att väga över 20 000 ton.

Kan fusionskraft rädda världen?

Den är både ren och så gott som outsinlig. I över 50 år har hoppet om fusionkraft som framtidens energikälla levt. De senaste åren har drömmen blivit lite mer verklighet – men fortfarande återstår många hinder.

Som att fånga solen i ask. Så beskrev en gång fysikern och Nobelpristagaren Pierre-Gilles de Gennes fusionskraft. Sedan la han till att ”det är bara det att vi inte vet hur asken ska se ut”. Numera har forskarna i alla fall en aning. Askarna har börjat byggas. Den största av dem finns i södra Frankrike. Här byggs sedan några år tillbaka Iter – ett jätteprojekt som involverar tusentals forskare från hela världen och som ska vara klart strax efter år 2020. Men det betyder inte att fusionskraft redan då kommer vara en av våra energikällor. Fusionskraften hinner inte bli klar förrän tidigast 2050 – och innan dess måste vi ha slutat använda fossila bränslen. Iter är snarare ett bygge avsett för forskning, som en hjälp på vägen för att nå fram till målet – att göra fusionsenergi till en del av vårt energisystem.

– Iter kommer att generera 500 megawatt och ska visa att fusion fungerar. Därefter bygger vi den fullskaliga prototypen Demo kring 2035 så att vi 2050 har utvecklat fusionskraften för kommersiell användning, säger Jan Scheffel, professor i fusionsplasmafysik på KTH och vice chef för den svenska fusionsforskningsenheten.

Stor potential

Går allt enligt plan kan fusionsenergin ersätta kärnkraften. Fusionsenergin skulle till och med kunna göra att världen inte längre behöver använda fossilt bränsle överhuvudtaget. De största fusionsentusiasterna menar att fusionsenergi kan lösa världens energiproblem – eftersom bränslet är vatten, och vatten har vi ju gott om. För att illustrera potentialen: ur en liter vatten kan man med hjälp av fusion utvinna energi som motsvarar 300 liter bensin. Men riktigt så enkelt är det inte. I alla fall inte i praktiken.

– Det stämmer att det går att få ut så mycket energi om man tillvaratar allt fusionsbränsle som finns i en liter vatten. Men det är inte bränslet i sig som är utmaningen, det är tekniken. Det är dyrt att bygga anläggningar till exempel. Men visst, det är potentialen som gör att fusionstekniken är kittlande, säger Göran Ericsson, professor i kärnfysik vid Uppsala universitet.

En stor fördel med fusionskraft är alltså själva bränslet. Men inte heller det är så oproblematiskt som det kan verka. För att fusionen ska ske behövs dels deuterium, ett tungt väte som fås ur havsvatten, och dels tritium, ett ännu tyngre väte som görs av litium. Visserligen krävs det små mängder, men litium är ändå en begränsad resurs.

– Dagens förråd av tritium skulle inte räcka särskilt länge, alltså behövs ett system som är självhushållande. Fusionsanläggningen måste generera tritium för att ersätta det man förbrukar. Vi vet hur det ska göras rent fysikaliskt, men det gäller att få en teknik som fungerar praktiskt, säger Göran Ericsson.

Kort halveringstid

Och det utan att använda sig av fission – alltså konventionell kärnkraft. Det är genom den dagens tritium bildas. En stor del av syftet med fusionsenergi är just att komma bort från fissionskraften. I och för sig bildas radioaktivt avfall även vid fusion, men halveringstiden är många gånger kortare än vid fission.

– De material vi känner till idag avklingar till hanterbara nivåer inom hundra år. I framtiden kommer det att handla om andra material, kanske kiselkarbid, och betydligt kortare tider än så. Det kommer inte att krävas någon djupförvaring utan allt material kan hanteras på plats, säger Jan Scheffel.

Han tror inte att hanteringen av avfallet blir något problem. Utmaningarna består istället av andra saker, som att de sju parterna (EU, Japan, USA, Sydkorea, Indien, Ryssland och Kina) levererar de delar till Iter som de ska, och gör det i tid. Och att pengarna fortsätter komma in, så att projektet inte behöver dra ut på tiden. Dessutom finns det en rad tekniska utmaningar.

– Ett av våra stora tekniska fokusämnen är material, det är mycket som måste stämma. Ett annat problem är att få härden att brinna under lång tid och få processen jämn och kontinuerlig, säger han.

Kräver mycket energi

Men även om Iter är störst är det långt ifrån den enda anläggningen. I England finns till exempel projektet Jet som är en föregångare och där många svenska forskare är involverade, och det pågår även flera mindre projekt. Gemensamt har de att inget ännu har nått det stora målet – att producera mer energi än vad som går åt till själva processen.

– Det är därför vi inte har några stora anläggningar idag utan bara experimentanläggningar. Vi har inte kommit till ett läge där fusionsprocessen i ett kraftverk kan producera mer än vad som behövs för att dra igång det. Planen med Iter är att det målet ska passeras, säger Göran Ericsson.

Han tror också att det målet kommer att nås. Om det då kommer innebära det alla hoppas på, en energikälla som gör de fossila bränslena överflödiga, vågar han inte spekulera i. Även Jan Schaffel är försiktig. Men att fusionskraft kan få stor betydelse – det vågar han säga.

– Får vi igång det här har vi en global baskraft till ett rimligt pris, som dessutom är uthållig. I en global värld kan det få stor betydelse.

Så fungerar Iter

Deuterium (tungt väte, en väteisotop) och tritium (supertungt väte, väteisotop som är radioaktiv) sluts in av magnetisk kraft. Bränslet hettas upp till över 100 miljoner grader och då bildas en joniserad gas, en plasma. I en sådan är elektronerna separerade från atomkärnorna vilket gör det möjligt att styra plasman med yttre magnetiska fält och att uppnå de förhållanden som krävs för att fusionsreaktionerna ska komma igång och stora mängder energi frigörs.

Uppvärmningen sker i ett ringformat magnetfält – som delvis fungerar som i en mikrovågsugn. Energin tas upp av en värmemantel.

- Beräknas kosta runt 150 miljarder kronor.

- Samarbetsprojekt mellan Japan, USA, Sydkorea, Indien, Ryssland, Kina och EU. EU står för 45 procent av kostnaden.

Jet

- Ligger i England och är ett samarbete mellan fler än 20 europeiska länder.

- Togs i bruk 1983, och har för närvarande ”världsrekordet” i fusionseffekt, 16MW, uppnått vid experiment med deuterium-tritium-bränsle 1997.

Lockheed Martin

- Amerikanskt militärflygföretag

- Här byggs en fusionsreaktor med målet att vara i gång inom tio år

- Innan dess är målet att bygga en mindre enhet som kan producera 100 megawatt av bara 25 kilo bränsle.

Fusionskraft

Vad är det?

•När två lätta atomkärnor, till exempel väte, smälter samman till ett tyngre ämne, frigörs stora mängder energi. Men för att det ska kunna ske krävs extremt höga temperaturer och tryck. I solen gör värmen och gravitationen att fusion sker naturligt.

Vad krävs?

•Eftersom gravitationen på jorden inte är lika stark som i solen behövs något annat för att få fusion att kunna ske – mycket höga temperaturer. Annars vinner de repellerande krafterna i atomkärnorna – alltså att atomerna stöter bort varandra. Det behövs också magnetiska krafter för att innesluta fusionsbränslet under tiden det värms upp.

Vad är problemet?

•Att själva metoden för att få energi genom fusion i sig kräver så mycket energi. Det är svårt att bygga något som kan hetta upp bränslet till den nödvändiga temperaturen, och sedan innesluta bränslet så lång tid att mer energi frigörs genom fusionsreaktionerna än den energi som förbrukas vid själva processen.

•Att få tekniken att bli ekonomiskt lönsam.

•I dagens anläggningar används tritium, som utvinns ut litium, vilket är en begränsad resurs.

•Radioaktivt avfall bildas, dock med kort halveringstid.