Článek
Veškeré aktivity lidstva dnes začínají u energie. Výrobní linky musí mít dostatek elektřiny, stroje dostatek ropy a výroba energie je stále komplikovaná, nedostatečná, drahá a často i ekologicky závadná či nebezpečná. I dnes je ve světě energie nedostatek, vyrábíme jí dráž než dříve a v Evropě místo budování nových jaderných zdrojů ty staré zavíráme a spoléháme se stále více na obnovitelné zdroje, které ale mají také své nedostatky. Nástup umělé inteligence a digitální ekonomiky navíc vyžaduje neustále navyšování spotřeby ve chvíli, kdy zejména Evropa tlačí na její pokles.
Je tedy zcela přirozené, že státy, vědecká pracoviště i jednotlivé firmy stále hledají alternativu a ideálně se všichni zmínění snaží vytvořit zdroj neomezený, jehož provoz by nevyžadoval přespříliš fosilních paliv a vyráběl energii na rozdíl od obnovitelných zdrojů pravidelně a kontrolovaně. Společně s vývojem jaderných zbraní na principu štěpení v nacistickém Německu, Rusku a ve Spojených státech vědci zkoumali i princip termojaderné fúze. Na rozdíl od štěpení jaderného paliva, které používají dnešní jaderné elektrárny, fúze spojuje lehká atomová jádra – nejčastěji izotopy vodíku deuterium a tritium – za vzniku helia a obrovského množství energie. Klíčem je překonání elektrostatického odpuzování mezi kladně nabitými jádry, což vyžaduje extrémně vysoké teploty (nad 100 milionů °C), tlak a dostatečnou dobu udržení plazmatu.
Pokud přeložím výše uvedený popis do srozumitelného jazyka - fúze probíhá za extrémních teplot a mezi jádry atomů je bariéra, díky které se k sobě částice nepříblíží a musí se jim tak obrovským objemem energie pomoci. Jakmile ale hranici překročí, začnou se naopak přitahovat a spojení vyvolá výboj čisté energie. Teplota potřebná ke spojení dvou atomů vodíku přesahuje 100 milionů °C a atomy musí držet na místě obrovská magnetická síla - jakékoli nádoby by částice roztavily.
Na jednu stranu je tak fúze téměř nemožným úkolem vyžadujícím překonání fyzikálních i energetických bariér, na straně druhé ale nabízí lidstvu neomezený a relativně bezpečný zdroj energie. Nerad bych ale v textu zabíhal do vědeckých či technických detailů a tak čtenáře, kteří by měli zájem o fúzi a současných přístupech zjistit více, odkážu na zprávu o pokrocích na poli jaderné fúze vydávanou agenturou IAEA.
Na poli jaderné fúze totiž v současnosti probíhá závod podobný dobývání vesmíru v 60. až 80. letech 20. století a nejinformovanější hráči vědí, že bez fúze nebude umělá inteligence, elektromobilita ani další rozvoj potřebných datacenter. Firmy jako Facebook, xAI, OpenAI či Microsoft investují desítky miliard dolarů právě do nejnadějnějších projektů a závod o prvenství v dosažení funkční a udržitelné fúze probíhá i v Číně, kde snahy vědců mohutně podporuje vláda.
Závod s časem. Bez fúze nebude AI, datacentra ani elektromobilita
Buďme nakonec rádi, že rozvoj elektromobility v Evropě pokulhává a zdaleka nedosahuje požadovaných čísel, protože bychom jednoduše pro nabíjení rozsáhlé flotily automobilů nevyrobili dostatek energie. Dokonce i Evropská environmentální agentura, která elektromobilitu usilovně prosazuje, konstatuje, že při 50 % podílu vozů na elektrický pohon v roce 2050 by bylo třeba dobudovat 150 GW stabilních zdrojů, tedy ekvivalent výkonu 70 násobku jaderné elektrárny Temelín. Abychom nasytili energetického žrouta v podobě umělé inteligence, potřebuje podle Mezinárodní energetické agentury (IEA) Evropa do roku 2035 vybudovat zdroje, schopné dodávat až 45 TWh ročně při konzervativním scénáři a 90 TWh ročně, pokud nástup umělé inteligence proběhne rychleji než se očekává.
Takové zdroje Evropa v období devíti let jen těžko postaví. Obnovitelné zdroje samy o sobě nestačí, pokud nebudou vyváženy adekvátním výkonem stabilizačních elektráren, které dnes většinově spalují biomasu a plyn, čímž samozřejmě znečišťují v masivním měřítku a Evropa není v otázce plynu soběstačná. Termojaderná fúze je tak logickou odpovědí a Číňané i Američané to vědí, jen Evropa dosud zaostává. Dříve jsme v EU provozovali nejpokročilejší mezinárodní výzkumný projekt fúzního reaktoru ITER, kvůli vysokým nákladům a nejistým výsledkům ale došlo k četným zpožděním a ačkoli dříve vědci avizovali dosažení funkčního prototypu stabilního fúzního reaktoru v roce 2025, dnes je nejbližší odhad přesunut na rok 2039.
Kdo ale rozhodně nezaostává, jsou Číňané a Američané. Druhá největší ekonomika světa spoléhá na státem financovaný vývoj a podporu vědců, v USA se do honby za svatým grálem energetiky vrhají soukromí investoři a nejbohatší firmy. Oba státy vědí, že prvenství v dosažení stabilního fúzního reaktoru schopného vytvořit násobek vložené energie znamená ovládnutí zdroje čisté energie tolik potřebného k technologické dominanci v dnešním světě.
Číňané drží prvenství, Američané mohutně investují a diverzifikují snahy
Institut fyziky plazmatu v čínském Che-fej drží dlouhodobé prvenství v kontinuální termojaderné fúzi a zatímco v roce 2023 vědci dosáhli trvání fúze v délce 400 sekund, letos v lednu již tuto dobu prodloužili na dosud nepředstavitelných 1066 sekund, tedy bezmála 18 minut. Pozor, nejedná se ale o produkci energie, nicméně jde o zásadní milník v době udržení plazmatu při teplotě přes 70 milionů °C, což je zcela zásadní k dosažení budoucího komerčního využití. Číňané vedle tokamaku EAST v Che-fej staví i nástupce CFETR, který má být demonstrativním a funkčním prototypem již v roce 2035 se schopností produkovat více energie než je třeba na spuštění fúzního procesu.
Číňané tak udržují starší princip tokamaku z 60. let a využívají magnetické pole pro kontrolu plazmatu. Američané ale vyvíjejí a testují jiný přístup, kdy za pomocí koncentrované energie laserů dochází k reakci atomů a překročení oné Cuolombovy bariéry a následná reakce vytvoří energetický výboj. Na projektu pracuje National Ignition Facility v americké Kalifornii a toto středisko jako první dosáhlo čistého energetického zisku 136 % na prototypu reaktoru. V energetické konzumaci je ale zohledněna jen energie vynaložená na laserové bombardování atomů a při zahrnutí ostatní spotřeby by prototyp dosud čistého zisku nedosáhl. Jde o světový rekord, ale na rozdíl od Číňanů jdou Američané ve výzkumu takzvaně odzadu, tedy nejprve testují na malém reaktoru výsledky a o to déle jim bude trvat postavit dostatečně robustní prototyp i navazující komerční reaktor. Číňané naopak rovnou budují robustní řešení a při dosažení čistého energetického zisku tak nebudou roky zápasit se škálovatelností.
Výzkumníci z Bostonské univerzity MIT za podpory miliardáře Billa Gatese, ropného těžaře Chevron a společnosti Breakthrough Energy budují zařízení SPARC na principu tokamaku, jehož prototyp má být funkční v roce 2030. Dosud dosáhli udržitelné fúze po dobu vteřin, ale tento milník prokázal správnou cestu a v mezidobí testování prototypu SPARC mezi lety 2025 a 2028 Američané rovnou staví i komerční tokamak ARC, jehož provoz má být zahájen již v roce 2028.
Z Evropských států jsou nepokročilejšími Britové, jejichž sférický design tokamaku již dosáhl udržitelné teploty 100 milionů °C a Britové po vzoru americké MIT rovnou pracují i na nástupci prototypu ST-E1 a staví na rozdíl od Číňanů i Američanů menší verzi reaktoru k budoucímu modulárnímu nasazení. Evropské snahy výzkumného centra ITER bohužel i vzhledem k výše zmíněnému častému překračování nákladů a nedodržování stanovených milníků pokulhávají a ITER má navíc sloužit pouze jako takzvaný proof-of-concept, tedy pilotní řešení k dalšímu rozvoji vědci a soukromým sektorem.
Kvantifikovat vládní podporu čínských projektů EAST a CFETR nelze kvůli utajování dat, ale rozhodně jde o miliardy dolarů a podle CNN převyšují čínské investice i ty americké. Projekty SPARC a National Ignition Centre z USA získaly investice v řádech miliard dolarů, z nichž největší v podobě 2,2 miliard dolarů poskytl Bill Gates a zdatně mu sekundují Chevron, Microsoft, xAI a Meta. Firmy do fúzních startupů a spin-offů univerzitních pracovišť investovaly mezi lety 2020 a 2025 celkem přes 15 miliard dolarů a hon za svatým grálem energetiky zdaleka nekončí. S nástupem umělé inteligence si Google, Meta nebo xAI Elona Muska běžně kupují celé jaderné elektrárny a je jisté, že pro budoucí digitální ekonomiku a skutečný rozvoj umělé inteligence, nikoli jen v podobě současných jazykových modelů, bude třeba daleko více energie než dnes a fúze je jediným bezpečným a skutečným řešením.
Bez nadsázky lze říci, že kdo ovládne fúzi, ovládne svět. Dominance takového hráče bude o to větší, získá-li technologickou a energetickou převahu v podobě několikaletého náskoku. Evropa v nejdůležitějším závodě současnosti ale opět pokulhává a náskok Američanů nebo Číňanů již zcela jistě nedoženeme.
