Konec drahé elektřiny: ITER slibuje revoluci ve výrobě energie z mořské vody

Jmenuje se ITER. Latinsky to znamená „Cesta“. Vědecky je to Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor. Lidsky řečeno: je to největší sázka lidstva na svou vlastní budoucnost a druhý nejdražší mezinárodní projekt historie, hned po vesmírné stanici ISS.

V jihofrancouzském Cadarache, na ploše 180 hektarů, kde dříve rostly jen borovice a duby, dnes pulzuje staveniště, které svou komplexností bere dech. S rozpočtem, který se z původních 5 miliard eur vyšplhal k odhadovaným 40 miliardám eur (přes bilion korun), jde o monumentální dílo, na němž spolupracuje 35 států světa. Jak říká současný ředitel projektu Pietro Barabaschi: „V dnešní době už opravdu jen málokdy vidíte všech těchto sedm vlajek – USA, Ruska, Číny, EU, Indie, Japonska a Jižní Koreje – vedle sebe. Ale v ITERu ano.“

Princip, na kterém ITER funguje, je termonukleární fúze. Na rozdíl od dnešních jaderných elektráren, které jádra atomů těžkého uranu štěpí, ITER je bude spojovat. Je to proces, který pohání Slunce. Aby k tomu ale došlo na Zemi, musíme vytvořit podmínky mnohem drsnější než v nitru hvězdy. Protože nemáme k dispozici gigantickou gravitaci Slunce, musíme plazma zahřát na neuvěřitelných 150 milionů stupňů Celsia. To je desetkrát více než ve středu Slunce.

Bohužel neexistuje materiál, který by takovou teplotu vydržel. Řešením je tokamak – zařízení ve tvaru obří nafouklé pneumatiky (toroidu). Extrémně žhavé plazma je v něm drženo neviditelnou rukou magnetismu. Magnety ITERu jsou technologickým divem. Centrální solenoid, nejvýkonnější magnet historie, má v sobě uloženo tolik energie, že by dokázal zvednout dvě letadlové lodě. Právě zde se rodí největší teplotní kontrast ve vesmíru: jen tři metry od plazmatu žhavého 150 milionů stupňů se nacházejí supravodivé magnety chlazené na -269 °C, tedy k absolutní nule.

Možná to zní jako sci-fi, ale klíčové odpovědi pro francouzský kolos se hledají v pražské Libni. Český Ústav fyziky plazmatu AV ČR provozuje tokamak COMPASS, který nyní nahrazuje nové zařízení COMPASS-Upgrade. Prestiž českých vědců je tak vysoká, že poprvé v historii americké ministerstvo energetiky prostřednictvím laboratoře v Princetonu přímo financuje vědecké zařízení v Česku.

Češi zde zkoumají revoluční metodu: využití tekutých kovů. Představte si, že vnitřní stěna reaktoru není z pevné oceli, ale stéká po ní tenký film tekutého lithia nebo cínu. Tento film se neustále obnovuje a chrání konstrukci před ničivým žárem. Pokud tato technologie uspěje v Praze, stane se základem pro budoucí fúzní elektrárny. Český průmysl navíc pro ITER dodává energetické systémy a vědci z Ústavu jaderné vyvinuli speciální senzory magnetického pole a zařízení Helcza pro testování tepelné odolnosti materiálů.

Postavit Slunce na Zemi není snadné. Projekt provází řada zpoždění, která z „fúze za 20 let“ udělala v odborných kruzích smutný vtip. Původní termín prvního plazmatu v roce 2025 je nereálný. Nový harmonogram, představený v červenci 2024, počítá se spuštěním v roce 2034. Důvodem jsou mimo jiné technické závady objevené v roce 2022.

Na masivních ocelových sektorech vakuové komory z Jižní Koreje byly nalezeny nepřesnosti v řádu milimetrů. V jaderném strojírenství jsou však dva milimetry fatální chybou, která brání dokonalému těsnění. Navíc se objevily mikrotrhliny v tepelných štítech. Aby toho nebylo málo, vedení projektu učinilo zásadní rozhodnutí: změnit materiál vnitřního obložení z beryllia na wolfram. Výzkum posledních let totiž ukázal, že wolfram lépe odolá extrémním podmínkám a nezpůsobuje vznik toxického prachu. Tato změna sice projekt zdrží a prodraží o dalších 5 miliard eur, ale výrazně zvýší jeho šanci na praktické využití.

Proč lidstvo do ITERu investuje tak astronomické částky? Odpověď leží v energetické bilanci. Dosud nejúspěšnější tokamak JET v Británii dosáhl faktoru zesílení 0,65 – vyrobil tedy méně energie, než spotřeboval na svůj ohřev. ITER má jako první v historii dosáhnout faktoru 10. Do ohřevu plazmatu vloží 50 megawattů, ale vyprodukuje 500 megawattů tepelného výkonu.

Palivem pro tento výkon bude pouhý půlgram směsi deuteria a tritia. Zatímco deuterium lze snadno získat z mořské vody, tritium je radioaktivní izotop, který se v přírodě téměř nevyskytuje. ITER bude testovat, zda si dokáže tritium „vypěstovat“ sám přímo v obálce reaktoru ozařováním lithia. Pokud se toto podaří, lidstvo získá palivový cyklus, který je prakticky nevyčerpatelný.

Jedním z nejsilnějších argumentů pro fúzi je bezpečnost. Na rozdíl od klasických jaderných elektráren zde nehrozí řetězová reakce. V reaktoru je v každý okamžik jen nepatrné množství paliva (méně než gram). Pokud by došlo k jakékoli poruše, plazma se prostě dotkne stěny, okamžitě ochladne a reakce zanikne. Odpadem není vysoce radioaktivní vyhořelé palivo s poločasem rozpadu desítky tisíc let, ale neškodné helium, které lze využít v průmyslu. Jedinou radioaktivní zátěží bude vnitřní plášť reaktoru, který se během provozu aktivuje, ale jeho nebezpečnost klesne na bezpečnou úroveň během desítek let, nikoliv tisíciletí.

Je důležité si uvědomit, že ITER není elektrárna. Nevyrábí elektřinu a nemá generátor. Jeho úkolem je věda a inženýrské ověření procesů. Teplo z reaktoru bude odváděno do chladicích věží bez užitku. Teprve poznatky z ITERu umožní stavbu prototypu skutečné elektrárny s názvem DEMO.

Evropa plánuje svou elektrárnu DEMO dokončit v padesátých letech 21. století. Radomír Pánek, ředitel Ústavu fyziky plazmatu, věří, že DEMO by mohlo vzniknout rychleji než ITER, protože by šlo o projekt evropský, organizačně méně složitý. Klíčem bude i legislativa. Zatímco k ITERu se přistupuje stejně přísně jako k jaderným elektrárnám (což stavbu neuvěřitelně prodlužuje a byrokraticky komplikuje), USA a Velká Británie už rozhodly, že fúzní zařízení budou licencovat mírnějším režimem, podobně jako urychlovače částic.

Kritici ITERu často poukazují na to, že obnovitelné zdroje jsou dnes levné a fúze přichází pozdě. Zastánci však namítají, že pro stabilní energetickou síť potřebujeme masivní bezemisní zdroje, které nezávisí na počasí. Fúze je jediný známý proces, který dokáže v budoucnu nahradit uhlí a plyn v roli „základního zatížení“ sítě.

Výzkum fúze navíc přináší obrovské vedlejší zisky. Technologie vyvinuté pro ITER – od supravodičů přes kryogeniku až po pokročilé materiály – nacházejí uplatnění v medicíně (magnetická rezonance), v kosmickém výzkumu i v průmyslu. České vědecké ústavy už díky zakázkám pro ITER získaly stovky milionů korun a naši inženýři patří ke světové špičce.

Stavba umělého Slunce je pravděpodobně nejtěžší technický úkol, jaký si kdy lidstvo dalo. Vyžaduje milimetrovou přesnost u pětisettonových komponent, spolupráci znepřátelených mocností a trpělivost po několik generací. ITER je symbolem éry, kdy věda překonává hranice států i ideologií.

Možná budeme mít fúzní energii až v roce 2050, možná později. Ale jak připomíná Pietro Barabaschi, otázka nestojí tak, zda si můžeme dovolit ITER postavit. Otázka zní, zda si jako lidstvo můžeme dovolit nezkusit ovládnout sílu, která tvoří 99 % viditelné hmoty vesmíru. Cesta k umělé hvězdě v Provence pokračuje a česká věda u toho drží jeden z nejdůležitějších klíčů.

Zdroje: ČT24 , wikipedia, o energetice, Iter, novinky