Fusion '101' - Waarom is het belangrijk voor klimaatverandering en weerballonnen?

Sommige dingen in de wetenschap zijn gewoon cool. Anderen zijn cool en kunnen levens veranderen. Deze week kondigde het Amerikaanse ministerie van Energie aan dat een van zijn laboratoria, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), iets heeft bereikt dat fusie-ontsteking wordt genoemd. Laten we uitsplitsen wat dat betekent en waarom het van belang is voor klimaatverandering.

Het ministerie van energie persbericht zei: “Op 5 december voerde een team van de National Ignition Facility (NIF) van LLNL het eerste gecontroleerde fusie-experiment in de geschiedenis uit om deze mijlpaal te bereiken, ook wel bekend als wetenschappelijke energie-breakeven, wat betekent dat er meer energie uit fusie werd geproduceerd dan de laserenergie die werd gebruikt om bestuur het." Fusie is hetzelfde proces waarbij de zon energie produceert. Decennia lang hebben wetenschappers geprobeerd het mechanisme in laboratoria te reproduceren, maar het is ongrijpbaar gebleken. Dr. Arati Prabhakar, de President's Chief Advisor for Science and Technology en directeur van het Witte Huis Office of Science and Technology Policy merkte op: “We hebben al meer dan een eeuw een theoretisch begrip van fusie, maar de reis van weten naar doen kan lang en moeizaam. De mijlpaal van vandaag laat zien wat we kunnen doen met doorzettingsvermogen.”

Dus waarom is dit van belang voor klimaatverandering? Fusie vindt plaats wanneer twee lichtere kernen (in dit geval waterstof) worden gecombineerd om een ​​enkele zwaardere kern (zoals helium) te produceren. Tijdens dat proces komt een aanzienlijke hoeveelheid schone energie vrij. Het persbericht van het Department of Energy vervolgde: “Deze historische, unieke prestatie zal een ongekende capaciteit bieden om het Stockpile Stewardship-programma van NNSA te ondersteunen en zal waardevolle inzichten verschaffen in de vooruitzichten van schone fusie-energie, wat een spel zou zijn -wisselaar voor inspanningen om het doel van president Biden van een koolstofvrije economie te bereiken.”

Deze aankondiging is een game-changer voor wetenschappelijke, technologische en technische gemeenschappen. Het is echter belangrijk om de verwachtingen te kalibreren. We zijn waarschijnlijk nog jaren tot decennia verwijderd van het nabootsen van de kracht van de zon op schalen die groot genoeg zijn om in de huidige energiebehoeften te voorzien. Dit experiment leverde genoeg netto gewonnen energie op om koken een paar liter water, maar dat is niet het opwindende punt. Het punt is dat er meer energie werd geproduceerd als output dan geleverd als input. Houd er rekening mee dat het eerste vliegtuig geen Boeing Dreamliner was en dat de eerste mobiele telefoons een kleine training vereisten om op te tillen.

Het is echter zeer aantrekkelijk en hoopvol om een ​​energie-economie voor te stellen die vrij is van emissies, luchtverontreiniging of radioactief afval. De brandstofvoorraad voor fusie is waterstof. Waterstof is zeer overvloedig. Terwijl je dit leest, vraag je je misschien af ​​hoe kernfusie verschilt van kernsplijting in kerncentrales. De Website van het Internationaal Atoomenergie Agentschap zegt: "Splijting splitst een zwaar element (met een hoog atomair massagetal) in fragmenten; terwijl fusie twee lichte elementen (met een laag atoommassagetal) samenvoegt en een zwaarder element vormt.” Bij beide processen komt energie vrij, maar fusie levert geen radioactief afval op. Het produceert inert helium (dat trouwens in weerballonnen kan worden gebruikt). Fusie veroorzaakt ook geen kettingreacties die kenmerkend zijn voor nucleaire ongevallen en is ook niet echt levensvatbaar voor wapenproductie.

Misschien begrijp je nu waarom wetenschappers duizelig zijn.