Fuusioenergiasta
EU:n tieteen ja tutkimuksen kuudes puiteohjelma on
parhaillaan parlamentin käsittelyssä, ja siihen
liittyen esillä on myös kansainvälisen
fuusiotutkimusohjelman rahoitus. Asiasta äänestetään
ITRE-valiokunnassa lokakuun alussa. Tässä lyhyt
johdatus asiaan.
Aurinko toimii fuusioperiaatteella. Kovassa
kuumuudessa atomien ytimet yhtyvät. Siinä prosessissa
vapautuu energiaa joka suuntaan maailmankaikkeutta, ja
meille maapallolle se tulee muun muassa näkyvänä
auringon säteilynä. Se on elämän välttämätön
edellytys.
Fuusiovoimala olisi laitos, jossa ihmisten valmistamissa
rakennelmissa tuotettaisiin keinotekoisesti auringon
sisäosia vastaavat olot niin että deuterium- ja
tritium-alkuaineiden ytimet voisivat yhdistyä ja
vapauttaa energiaa ihmiskunnan vapaaseen käyttöön.
Nettoenergiaa voitaisiin tällä tavalla saada aikaan
ehkä 50 vuoden kuluttua.
Tämän sukupolven, joka käyttää holtittomasti
uusiutumattomia energiavaroja, tulee investoida
fuusioenergiaan. Jos onnistutaan rakentamaan
fuusiovoimaloita, lapsenlapsenlapsilla on 50 vuoden
kuluttua käytössä energiaa öljyn, kaasun ja hiilen
korvikkeeksi. Muuten ei varmaankaan ole.
Fuusiovoimalle olisi käyttöä
Tällä vuosisadalla maailman energiankulutuksen
ennustetaan kolminkertaistuvan. Ei tiedetä, miten se
tuotetaan. Maapallon energiatulevaisuus on hämärän
peitossa.
Kun
fossiiliset polttoaineet käytetään puolen vuosisadan
kuluessa lähes loppuun (hiiltä lukuun ottamatta),
tarvitaan muita energiamuotoja.
Uusiutuvia energialähteitä ovat muun muassa
auringonvalo, tuulivoima, aaltovoima, vesivoima,
maalämpö sekä biomassa.
Parhaimmassakin tapauksessa näillä keinoin voidaan
tuottaa vain puolet ihmiskunnan tarvitsemasta
energiasta. Samasta maapohjasta uusiutuvan
energiantuotannon kanssa kilpailee ruuan tuotanto.
Nälkä kasvaa, kun maapallon väkiluvun ennustetaan
tällä vuosisadalla kaksinkertaistuvan.
Perinteinen ydinvoima, jota tuotetaan físsiolla eli
atomien halkaisulla, ei ole kestävä ratkaisu yhteiseen
ongelmaan. Uraanipolttoainetta ei riitä kaikille.
Lopputuloksena syntyvä käytetty ydinpolttoaine on yksi
maailman vaarallisimmista radioaktiivisista aineista,
kun se pitää eristää luonnon kiertokuluista sadan
tuhannen vuoden ajaksi.
Fuusiovoima olisi hyvä ratkaisu, jos sitä varten
onnistutaan kehittämään teknologia. Polttoaineista
deuterium on veden ainesosa ja tritiumia voidaan tehdä
litium-metallista. Näitä polttoaineita riittää
kaikille tuhansiksi vuosiksi, ja ne ovat jakautuneet
tasaisesti maapallolla. Prosesseissa ei synny
polttoainejäteongelmaa. Laitteet tosin tulevat kyllä
radioaktiivisiksi noin sadan vuoden ajaksi, mutta se on
siedettävä aika tämän ongelman hallintaan.
Fuusiovoimaloissa tuotettaisiin ilmastoystävällistä
energiaa.
Grammassa fuusiopolttoainetta on yhtä paljon energiaa
kuin kymmenessä tonnissa fossiilista, ja
fuusiovoimalassa prosessiin syötetään kerrallaan vain
muutama gramma. Kun prosessissa tarvitaan sen
käynnissä pitämiseksi yli sadan miljoonan asteen
kuumuus, mikä tahansa häiriö jäähdyttää heti
prosessin eikä se pysy käynnissä. Fuusio toimii näin
ollen aivan toisin kuin fissio. Minkään vahingon
lopputulos ei voi olla uusi Tshernobyl.
Fuusiovoimalan toimintaperiaate
Keveiden alkuaineiden atomien ytimillä on sama
positiivinen sähkövaraus, ja maan päällä
normaalioloissa ne hylkivät toisiaan.
Auringossa on erilaiset olot. Siellä on niin kuuma,
että kaikki aine ja energia on samaa soppaa, jota
kutsutaan plasmaksi. Se on niin kuumaa, että ytimien
toinen toistensa hylkiminen plasmassa lakkaa ja niiden
yhtyessä vapautuu energiaa. Auringolla on niin valtava
massa, että sen aikaansaama gravitaatio pitää kaiken
siihen kuuluvan aineen koossa, paitsi että energiaa
karkaa joka puolelle avaruuteen.
Fuusioiden aikaansaamiseksi keinotekoisesti tarvitaan
aurinkoon verrattuna moninkertainen kuumuus: yli 100
miljoonan asteen lämpötila. Sellaisessa kuumuudessa
aine käyttäytyy kuin plasma. Kun gravitaatio ei pidä
sitä koossa, tarvitaan avuksi sähkömagneettisia
voimia.
Tiedemiehet ja insinöörit ovat jo pystyneet tuottamaan
koelaitteissa auringon olosuhteet. On saavutettu
tarvittava lämpötila ja aineen tiheys ja on pystytty
pitämään plasma koossa tietyn aikaa. Näitä
fuusioenergian tuotannon välttämättömiä
edellytyksiä ei ole vielä saavutettu kaikkia yhtä
aikaa.
Fuusiota jäljittelevistä laitteista parhaat tulokset
on saavutettu EU:n jäsenmaiden ja niiden
yhteistyökumppaneiden yhteisessä tokamakissa Englannin
Culhamissa laitteessa nimeltä JET (Joint European
Tourus). Se on pieni, läpimitaltaan muutaman metrin
suuruinen kattila, jonka sisällä on munkkirinkilän (tourus)
muotoon ladottuja magneetteja. Tässä laitteessa on
tuotettu sadan miljoonan asteen lämpötila ajamalla
plasman synnyttävässä kaasussa suurta sähkövirtaa
ja lämmittämällä seosta ulkoisesti. Magneetteja
tarvitaan plasman koossapitämiseen niin ettei lämpö
karkaa hiukkasten törmäilyissä laitteen seinämiin.
Kansainvälinen yhteistyö
JET on yhteisyritys, jonka rakentamisesta Culhamiin
päätettiin yli 20 vuotta sitten. Toiminta on
rahoitettu ja fuusiotutkimusta on tehty yhteisesti.
Kun JET-laitteella on saavutettu tavoitellut tulokset,
projekti on nyt saatettu loppuun. On edettävä
seuraavaan NEXT STEP-vaiheeseen.
Se on uusi koereaktori, jonka avulla halutaan osoittaa,
että fuusion käyttö energian tuotannossa on
mahdollista. Jos kokeet onnistuvat, sen jälkeen voidaan
rakentaa näytevoimala (DEMO). Kaupallinen
energiantuotanto, jossa energiaa tuotetaan enemmän kuin
sitä kuluu lämpötilan nostamiseen, on nykyisellä
kehitysvauhdilla mahdollista vasta ehkä 50 vuoden
kuluttua.
Ei ole lainkaan varmaa, että maan päälle onnistutaan
tuottamaan tekoaurinkoja energiantuotantoa varten.
Fuusiotutkimus on kuitenkin edennyt myönteiseen
suuntaan, ja sivutuotteena on syntynyt paljon korkeaa
teknologiaa ja uusia keksintöjä.
Kustannukset fuusion tutkimisessa ovat valtaisat.
Eurooppalaiseen fuusioprojektiin on tähän mennessä
käytetty varoja noin 60 miljardia markkaa, ja nykyisin
siihen käytetään runsaat 2,5 miljardia markkaa
vuodessa. EU maksaa siitä noin 40 % tieteen ja
tutkimuksen puiteohjelman varoista ja jäsenmaat (sekä
ohjelmaan assosioituneet maat) loput. Suomen osuus on
ollut noin 20 miljoonaa markkaa vuodessa.
Edistyminen on ollut melko hidasta. Suurin syy on rahan
puute. Maat eivät ole olleet valmiita uhraamaan
tarvittavia summia tähän puolen vuosisadan mittaiseen
hankkeeseen, jossa lopputulos on vielä epävarma.
Alustavien laskelmien mukaan fuusiovoimala olisi
taloudellisesti kannattava: polttoaine on halpaa
eivätkä ulkoiset kustannukset yllätä. Teknologiaa ei
kuitenkaan vielä osata, eivätkä yksityiset yritykset
investoi rahaa puolen vuosisadan tähtäimellä.
Siksi EU:n on osoitettava fuusiotutkimuksen käyttöön
nämä rahat! Meillä, jotka kulutamme tulevilta
sukupolvilta maapallon energiavarojaan, ei ole oikeutta
olla tutkimatta tätä vaihtoehtoa.
Kansainvälinen yhteisprojekti
Maailman maat ovat yhdistämässä voimavaroja
alalla, ja fuusiotutkimus on maailman laajin
tieteellinen yhteistyöhanke.
JET-yhteistyön lopun ollessa näköpiirissä solmittiin
vuonna 1992 EDA-sopimus (Engineering Design Activities),
jonka mukaan fuusiokumppanuusmaat olivat valmiita
käyttämään 6 miljardia markkaa JET-projektin
jälkeen tarvittavan uuden koelaitteen ITER:in
yksityiskohtaiseen suunnitteluun. Mukana olivat EU (Euratom),
Japani, Venäjä ja USA. Sittemmin USA on -
sotilaallisista ja itsekkäistä syistä - jättäytynyt
muiden kelkasta.
Vuonna 1999 solmittiin EFDA-sopimus (European Fusion
Development Agreement), jossa asetettiin tavoitteeksi
jatkaa JET-tokamakin toimintaa niin kauan kuin vanhasta
laitteesta saadaan irti uutta tietoa, kehittää uusi
laite ITER-FEAT (Fusion Energy Advanced Tokamak) sekä
tehdä teknologiayhteistyötä fuusion eri osa-alueilla.
Uuden koelaitteen kustannukset ovat noin 40 miljardia
markkaa. Sellaiselle summalle ei ole löytynyt maksajia,
ja sen takia tavoitetta on supistettu. Nyt ollaan
valmiita tulemaan toimeen 24 miljardilla markalla.
Rahapula lisää fuusioenergian käyttöönsaamiseen
menevää aikaa. Uuden laitteen
rakentamispäätöksestä menee 8 vuotta siihen hetkeen,
jolloin siinä päästään suorittamaan kokeita
plasmalla.
Kustannusten jakautuminen maiden kesken riippuu uuden
laitteen sijoituspaikasta. Euroopalla on intressejä
rakentaa laite johonkin EU-maahan (Englannin ohella
Ranska on kiinnostunut isännyydestä), sillä
Euroopassa on alan johtavat tiedeyhteisöt ja alan
tutkijat halutaan pitää omalla mantereella. Kanada ja
Japani ovat myös valmiita ottamaan laitoksen
maaperälleen ja rahoittamaan sitä, ja jos EU ei anna
tarpeeksi rahaa projektin käyttöön, se menee jompaan
kumpaan näistä maista. Riippumatta paikasta tulokset
saadaan kaikkien käyttöön.
Europarlamentin käsittelyssä olevassa tieteen ja
tutkimuksen kuudennessa puiteohjelmassa annetaan varoja
fuusiotutkimukseen. Projekteja ei ajeta alas, mutta
näyttää siltä, että uusi koelaite ei saa
riittävästi varoja alan täysimittaiseen
tutkimustoimintaan. Pitäisi saada.
|