دانشمندان در حال بحث هستند که آیا انرژی همجوشی از مرز علم تخیل فراتر میرود و میتواند در آینده جای سوختهای فسیلی را بگیرد یا نه.
لحظهای خاص است وقتی درهای یکی از بزرگترین آزمایشگاههای سوخت همجوشی لیزری جهان باز میشود: دانشمندان لباسهای محافظ آبیِ یکسره به تن میکنند، مکانیکها با ماشینهای فرزکاری فوقدقیق کار میکنند و تکنسینهای آزمایشگاه از پشت میکروسکوپهای پرقدرت به گلولههای سوختی نگاه میکنند که فقط چهار میلیمتر قطر دارند.
آگهی
آگهی
ما در دارمشتات، یک شهر صنعتی در ایالت هسن در غرب آلمان هستیم. در اینجا، در مقر شرکت نوپای فوکوسد انرژی، یک تیم بینالمللی از متخصصان بسیار باانگیزه میکوشد همجوشی لیزری را تا سطح کاربرد صنعتی توسعه دهد. هدف شرکت این است که در خوشبینانهترین حالت، نخستین نیروگاه تجاری همجوشی لیزری را حداکثر تا ۱۵ سال دیگر به بهرهبرداری برساند.
آیا همجوشی هستهای واقعا پاسخ مسئله امنیت انرژی است؟
اولریش زیگل معاون شرکت فوکوسد انرژی میگوید: «بهعنوان بشریت، به انرژی بدون کربن نیاز داریم. انرژیهای تجدیدپذیر بهتنهایی کافی نخواهد بود. تقاضای انرژی بشر خیلی زیاد است. اگر میخواهیم کربنزدایی کنیم، به انرژی همجوشی برای همه بخشها نیاز داریم: حملونقل، هوانوردی، کشتیرانی، صنعت، گرمایش؛ در این حوزهها بازار عظیمی برای تولید انرژی بدون CO₂ در حال شکلگیری است.»
با این حال، پروفسور سون لینو عضو هیات مشورتی علمی اقلیم دولت ایالتی هسن نگاه تردیدآمیزی دارد. او در پاسخ به این پرسش یورونیوز ارث که آیا باید همچنان مبالغ هنگفتی برای توسعه انرژی همجوشی هزینه شود یا نه، میگوید: «از نظر شخصی من نباید به این سمت برویم.»
در روزی بسیار گرم و شرجی، در سایه برج آیندهگرای دانشگاه علوم کاربردی دارمشتات با لینو برای مصاحبه دیدار میکنیم. لینو میگوید: «هنوز هیچکس نشان نداده که این کار واقعا عمل میکند.»
در ایالات متحده، آزمایشها نشان داده که در آتش متقاطع تعداد زیادی لیزر پرقدرت، هستههای سبک اتمی واقعا میتوانند با هم ترکیب شوند و در این فرآیند انرژی آزاد کنند. اما برای تامین پایدار برق برای مصرفکنندگان، باید این آزمایشهای بسیار پیچیده «مقیاسگذاری» و بزرگ شوند.
در یک نیروگاه تجاری، چنین همجوشی القاشده با لیزر باید روز و شب، در هر ثانیه ۱۰ بار رخ دهد. حتی خوشبینانهترین کارکنان فوکوسد انرژی هم اذعان میکنند که هنوز فاصله زیادی تا رسیدن به این هدف دارند.
مشکلات تامین سوخت سرمایهگذاران را دلسرد نکرده است
با این حال، اصلیترین استدلال لینو علیه انرژی همجوشی به مسئله تامین سوخت برمیگردد. او میگوید: «مسئله، تریتیوم است. برآورد میشود فقط حدود ۵۰ کیلوگرم از آن در جهان وجود داشته باشد. در ۱۲.۳ سال فقط نیمی از آن باقی میماند؛ این ایزوتوپ نیمهعمری برابر ۱۲.۳ سال دارد. برای راهاندازی یک نیروگاه همجوشی به چند کیلوگرم از آن نیاز دارید و بعد آن را مصرف میکنید. باید تریتیوم را در خود نیروگاه بازتولید کنید. هیچکس هرگز این کار را امتحان نکرده است. هیچ نمونه نمایشی و هیچ آزمایشگاهی وجود ندارد که در آن این کار با موفقیت آزموده شده باشد. فقط ایدهها وجود دارد.»
زیگل در گفتوگو با یورونیوز ارث در دفتر مرکزی فوکوسد انرژی اذعان میکند که در بازیافت تریتیوم هنوز «مسائل حلنشدهای» وجود دارد، اما میگوید این بیشتر یک چالش مهندسی است تا یک مشکل بنیادی فیزیکی. او میافزاید برای آزمایشگاههایی که تلاش میکنند چرخه سوخت را حل کنند «این یک کار مهندسی هیجانانگیز است و این همان چیزی است که ما در آلمان در آن خوب هستیم». زیگل میگوید: «من خوشبینم که این مسئله را حل خواهیم کرد.»
برخی سیاستمداران هم در این خوشبینی با زیگل همنظرند. فریدریش مرتس، صدراعظم آلمان از حزب دموکراتمسیحی، از این پروژه حمایت کرده و اعلام کرده است که هدف آلمان این است که «اولین نیروگاه همجوشی جهان را وارد مدار کند». دولت ایالتی هسن نیز همین مسیر را دنبال میکند. به گفته بوریس راین، نخستوزیر ایالت هسن از حزب دموکراتمسیحی، همجوشی هستهای میتواند «قواعد بازی در تامین انرژی را عوض کند».
سرمایهگذاران بینالمللی هم ظاهرا مشتاقاند: در نخستین دور جذب سرمایه در بهار، ۲۴۰ میلیون دلار (۲۰۷ میلیون یورو) گردآوری شد؛ بزرگترین تامین مالی سری A در صنعت همجوشی در جهان. شرکت انرژی آلمانی RWE نیز سرمایهگذاری خود را ۶۰ میلیون یورو افزایش داد.
پس چرا پروفسور لینو و شورای مشورتی علمی اقلیم دولت ایالتی هسن علیه انرژی همجوشی موضع گرفتهاند؟
آیا همجوشی هستهای بودجه را از راهحلهای واقعبینانهتر منحرف میکند؟
آنها تا حدی این پرسش را مطرح میکنند که آیا بهتر نیست پول و توجه سیاسیای که صرف همجوشی میشود به فناوریهایی اختصاص یابد که همین امروز میتوانند انتشارها را کاهش دهند.
لینو میگوید: «قرار است تامین انرژی این منطقه تا سال ۲۰۴۵ به حالت خنثی از نظر اقلیمی برسد. آیا تا آن زمان نخستین نیروگاههای بزرگ همجوشی به شبکه وصل خواهند شد؟ پاسخ این است: نه، چنین اتفاقی نخواهد افتاد.» پیام او روشن است: پیش از هر چیز باید منابع انرژی تجدیدپذیر به سرعت گسترش یابند، شبکههای برق نوسازی شوند و ظرفیت کافی برای ذخیرهسازی برق ایجاد شود.
اولریش زیگل تاکید میکند که آنها نمیخواهند با منابع انرژی تجدیدپذیر رقابت کنند. به گفته او، در این طرح، انرژی همجوشی قرار است با تامین برق کمکربن در زمانهایی که نه آفتاب میتابد و نه باد میوزد، مکمل انرژیهای تجدیدپذیر باشد.
زیگل به یورونیوز ارث میگوید: «میخواهیم ظرف پنج سال نمونه نمایشی را راهاندازی کنیم. نخستین نیروگاه پایلوت باید در ۱۰ سال آینده وارد مدار شود و اولین نیروگاه تجاری در ۱۵ سال آینده.»
شکافت هستهای در برابر همجوشی هستهای: تفاوت در چیست؟
قرار است نیروگاههای همجوشی جایگزین نیروگاههای زغالسنگسوز و نفتسوز آسیبزا برای اقلیم شوند و به عنوان جایگزینی برای نیروگاههای شکافتی هستهای عمل کنند.
در شکافت هستهای، اتمهای سنگین برای آزاد کردن انرژی شکافته میشوند و این فناوری امروز مورد استفاده است، در حالی که در همجوشی هستهای اتمهای سبک به هم میپیوندند تا حتی انرژی بیشتری آزاد کنند، اما این فناوری هنوز در مرحله آزمایشی است.
زیگل میگوید: «در مقایسه با نیروگاههای هستهای، نیروگاههای همجوشی واقعا فقط مزیت دارند. ما به اورانیوم غنیشده که شاید لازم باشد از روسیه یا جاهای دیگر بیاید نیاز نداریم. پسماندهای رادیواکتیوِ با عمر طولانی که باید برای همیشه در جایی دفن و مدیریت شوند تولید نمیکنیم.»
اولریش زیگل میگوید: «کارکرد نیروگاههای ما بسیار ایمنتر است. زنجیره واکنشها وجود ندارد، واکنشها مهارنشدنی نیستند. میتوانیم با فشار دادن یک دکمه لیزر را خاموش کنیم و نیروگاه از مدار خارج میشود.»
پروفسور لینو در پاسخ میگوید که در نیروگاههای همجوشی باید محفظه درونی راکتور «تقریبا هر دو سال یک بار» تعویض شود. او توضیح میدهد: «در نهایت، حتی همجوشی هستهای هم کاملا عاری از رادیواکتیویته نیست. ظرفهای راکتور باید به طور منظم خارج و برای واپاشی رها شوند.»
او میافزاید: «در برخی موارد، تا چند صد سال و شاید حتی هزار سال نمیتوان دوباره این ظرفها را جابهجا کرد. در نتیجه، در نهایت ۲۰۰، ۴۰۰ یا ۵۰۰ ظرف راکتور نسبتا بزرگ در محوطه نیروگاه انباشته خواهد شد و باید پیش از هر چیز آنها را ایمنسازی کرد.»
زیگل میپذیرد که «برای مثال دیواره راکتور» در اثر تابش فعال و رادیواکتیو میشود. با این حال میگوید: «با استفاده از فولادهای ویژه کمفعال میتوانیم این دوره فعال بودن را به ۶۰ تا ۸۰ سال کاهش دهیم... این فولاد فقط برای همین مدت در محوطه نیروگاه انبار میشود و پس از پایان دوره واپاشی میتوان آن را دوباره وارد چرخه کرد و مانند معمول بازیافت نمود.» او میافزاید: «در اینجا از دوزهای قابل مدیریت و بازههای زمانی کاملا قابل مدیریت صحبت میکنیم.»
آیا سرمایهگذاری روی همجوشی هستهای تصمیم اقتصادی معقولی است؟
امروزه سرمایهگذاری در انرژیهای تجدیدپذیر نسبتا کمهزینه است، اما انرژی همجوشی به سرمایهگذاریهای بسیار سنگین نیاز دارد. آیا اصلا این تلاشها میارزد؟ زیگل پاسخ مثبت میدهد و لینو منفی.
زیگل میگوید: «در مورد انرژیهای تجدیدپذیر نباید فقط هزینههای تولید را حساب کرد، بلکه باید هزینههای سیستم را هم در نظر گرفت؛ یعنی این که رساندن انرژی از نقطه الف به نقطه ب چقدر هزینه دارد. به خطوط انتقال نیاز داریم. از سوی دیگر همیشه باد و آفتاب در دسترس نیست، پس باید نیروگاههای پشتیبان و ذخیرهسازهای باتری فراهم کنیم. به همین دلیل است که انرژی همجوشی از نظر اقتصادی کاملا میتواند با انرژیهای تجدیدپذیر رقابت کند»، هرچند او میپذیرد که نیروگاههای همجوشی خود نیز هزینههای سیستمی خاص خود را خواهند داشت.
پروفسور لینو نظر کاملا متفاوتی دارد: «قابل پیشبینی است که برق حاصل از همجوشی گرانترین شکل انرژی خواهد بود؛ بهمراتب گرانتر حتی از برق هستهای مبتنی بر شکافت. حداقل ۲۰ سنت برای هر کیلووات ساعت، و شاید دو یا سه برابر این مقدار.»
زیگل در پاسخ میگوید: «ما از آب به عنوان سوخت استفاده میکنیم و تریتیوم را در خود راکتور پرورش میدهیم. بزرگترین عامل هزینه برای ما سرمایهگذاری اولیه است، اما نیروگاه میتواند برای مدت بسیار طولانی کار کند و همین به معنی هزینههای پایین تولید برق در خود نیروگاه خواهد بود.»
لینو وقتی به تصویر کلی نگاه میکند به نتیجهای کاملا متفاوت میرسد. او میگوید: «احساس خوبی نسبت به این روند ندارم. برآورد میشود بین ۳۵ تا ۴۰ میلیارد یورو در ایتر (ITER)، یعنی یک نمونه نمایشی همجوشی مغناطیسی، سرمایهگذاری شود. سپس باید نیروگاه دمو ساخته شود که دستکم همین مقدار هزینه خواهد داشت. علاوه بر آن، حدود ۵۰ استارتاپ همجوشی داریم که همه به طور همزمان برای آمادهسازی نیروگاههای همجوشی کار میکنند.
او ادامه میدهد: «در حال حاضر میلیاردها یورو به این حوزه سرازیر میشود و این همان پولی است که در جاهای دیگر کمبودش را داریم. باید اولویت بگذاریم و بگوییم: پیش از هر چیز، بیایید آنچه را لازم است بسازیم تا اقلیم کاملا از کنترل خارج نشود. باید مطمئن شویم که جامعهای نسبتا باثبات روی این سیاره داریم. وقتی به این هدف رسیدیم و هنوز منابع مالی اضافه داشتیم، آن وقت میتوانیم سراغ همجوشی برویم.»