Большинство людей убеждено, что наше будущее — за термоядерной энергетикой. Это, конечно, верно. Но сегодня такое утверждение почти равновероятно тому, что наше будущее и за аннигиляционными реакторами, работающими на антиматерии…

И я даже не шучу.

1 из 2

Одна из схем реализации съёма энергии с термоядерного реактора. (1 из 2)

Всё дело в том, что ещё в 1970-х годах самые яростные и скептически настроенные критики термоядерной энергетики соглашались, что первые термоядерные электростанции (ТЯЭС) появятся в мире к 2000 году. Оптимисты же считали, что первая ТЯЭС будет запушена в СССР уже к 1980-му году.

Однако прогресс в термоядерной энергетике достиг столь «значительных» успехов, что учёные уже с 2000 годов начали искать альтернативу ТОКАМАКАм – самым изученным и прогрессивным типам термоядерных реакторов на сегодня.

Выяснилось, что термоядерная энергетика не поддаётся человеку. Мы до сих пор (2021 год) не смогли получить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию, хотя бы на миллисекунду.

Стало понятно, что без международной кооперации вожделенную самоподдерживающуюся термоядерную реакцию человечеству не получить.

А её не только нужно получить, но ещё изучить её свойства и научиться контролировать.

Проект международного экспериментального термоядерного реактора (ITER) как раз на это и нацелен. Однако учёные не дают 100% гарантии на то, что реакцию удастся получить. Как оказалось, дело это вообще непредсказуемое. На данный момент известно, что по плану реактор будет достроен к концу 2025 года, а на свою номинальную мощность он выйдет только в 2035 году; далее ещё, как минимум, 10 лет продлятся эксперименты. И если всё пройдёт удачно и без запинки, то первую демонстрационную ТЯЭС можно будет запустить в 2050-2060 годах.

Какой результат от реализации этого проекта мы получим — пока можно только гадать. Вполне может случиться так, что коммерчески выгодная ТЯЭС должна будет быть циклопических размеров, и строить такие сооружения человечество сможет разве что сообща, и только по одной в год…

Да, такие ТЯЭС рано или поздно смогут удовлетворить растущие потребности в энергии, но сегодня вы видим отставание от графика как минимум на 50 лет…

• Альтернативная энергетика (энергия солнца и ветра) в самом лучшем случае сможет обеспечивать 30% всех энергетических нужд нашей цивилизации.
• Атомная энергетика, работающая по принципу замкнутого ядерного цикла, добавит ещё 30%.

К 2050 году в рамках нового энергетического перехода мировым топливом будущего будет водород. По крайней мере, такие планы ставят перед собой развитые государства, которые уже имеют свои одобренные правительством водородные доктрины.

Водород – это энергоноситель, месторождений которого обнаружить не удастся, потому что их попросту не существуют. Водород придётся производить, затрачивая на это энергию.

Производство водорода может быть экономически и энергетически выгодным только при использовании источника энергии с высоким коэффициентом энергетической рентабельности (EROI). Сегодня такими источниками являются углеводная энергетика, гидроэнергетика и атомная энергетика.

Производить водород из солнечной или ветряной энергии совершенно не выгодно энергетически. В США уже более 15 лет исследуют проект производства водорода из ветряной энергии.

Прогресса в этой области нет. Более того, в мире до сих пор нет ни одного коммерчески успешного проекта по производству водорода с помощью альтернативных источников энергии. Первичная электроэнергия, которую вырабатывают, к примеру, ветроэлектростанции, куда дешевле, рентабельнее и практичнее, чем получаемый при той же работе водород.

Производства водорода из углеводородов (ещё неизвестно, каким именно образом) сулит увеличение их добычи и увеличение количества утилизируемых шлаков, поэтому производство водорода подобными способами будет загрязнять атмосферу (хотя, благодаря уловителям сопутствующих газов, процесс будет более экологически чистым, чем сжигание угля и газа сегодня).

На сегодня единственным экономически и энергетически выгодным способом получения водорода являются высокотемпературные гелиевые атомные реакторы. В России уже как 10 лет разрабатывают подобную технологию, опираясь на практические результаты подобных проектов, осуществляемых ещё в СССР.

Строить подобные атомные станции для получения водорода технологически конечно можно, но гораздо выгоднее с помощью них получать электрическую энергию. А в эпоху электромобилей, интернета и всеобщей информатизации электроэнергия — это самый главный ресурс человечества, и замещать её водородом очень рискованно.

Но, похоже, выход найден. Нашли его лидеры атомной промышленности – российские учёные.

В 2017 году в администрацию президента Российской Федерации была подана техническая документация на сооружение первого в мире прототипа гибридного термоядерного реактора, принцип работы которого, если кратко, состоит в том, что при термоядерной реакции высвобождаются высокоэнергетические нейтроны, которые своей энергией могут делить атомы тяжёлых элементов (в особенности, ядра урана, тория, плутония и т.п.). Подробнее об этом я писал в статье «Россия развивает альтернативу Термоядерному Синтезу«.

Менее чем за 5 лет проект был реализован в виде модернизированного ТОКАМАКа «Т-15МД».

Так вот, данная технология равноценно подходит как для выработки электроэнергии, так и для производства водорода методом высокотемпературного электролиза (на выходе получается на 100% экологичный водород), либо паровой концессии метана (почти экологически чистый водород).

Недавно опубликованное исследование российских учёных показывает, что работы по гибридным реакторам интересны нашему государству, и имеют большую поддержку перспективы внедрения.

Топливом для гибридного реактора может служить что угодно: например, Уран-238, который сегодня идёт в отвал производства и практически не используется. Однако более экологически безопасное топливо – это смесь тория и плутония, которое даёт меньше долгоживущих радиоактивных отходов. И вот именно оно рассматривается как приоритетное в гибридных реакторах.

Более того, достижение термоядерной реакции вообще необязательно — физика процесса такова, что плазму можно разогреть всего до 50 миллионов градусов Цельсия (вместо 100-300 миллионов градусов цельсия) и получить совершенно рабочую станцию, способную производить водород в промышленных масштабах.

Компактность гибридных реакторов позволят разместить их где угодно, при этом условная мощность одной установки 60 — 100 МВт.

Это делает их идеальными энергическими станциями для производства водорода (причём как из воды, так и из природного газа).

Пока весь мир только мечтает о безуглеродной энергетике, Россия воплощает мечты в реальность.

В следующей статье поговорим более подробно о технологии производства водорода гибридными реакторами.

————————————————————————————————-

Если Вам нравится контент и тематика канала, вы всегда можете отблагодарить меня, нажав кнопку «палец вверх» (нравится) и оставив комментарий. Так вы помогаете продвижению канала. Спасибо, друзья!