Innowacje / Technologia

Słońce made in China – energia przyszłości

Energia pochodząca z reakcji termojądrowej (fuzji jądrowej) mogłaby zasilić miliony gospodarstw domowych nie emitując przy tym produktów ubocznych takich jak tlenek węgla, azotu, siarki, pyły, popiół itd . Dlatego naukowcy pracujący przy udoskonalaniu projektu podkładają w nim wielkie nadzieje.

Instytut Boyma 09.07.2019

Wzrost ekonomiczny kosztem środowiska naturalnego

Rozpoczęta cztery dekady temu chińska transformacja oznacza wzrost gospodarczy i technologiczny, jak również poprawę standardów i wygody życia mieszkańców miast. Jednak bogacenie się i umacnianie swojej pozycji na arenie światowej niesie ze sobą wiele oczekiwań ze strony środowisk międzynarodowych: poszanowania praw człowieka czy uwzględniania w swoich działaniach odpowiedzialności za klimat i środowisko naturalne.

Chińska Republika Ludowa od wielu lat ma ogromny wkład w zanieczyszczanie powietrza emitując 1/3 dwutlenku siarki, tlenku azotu i pyłów PM 2.5 w skali całego globu[1]. Docierają one nawet do innych kontynentów, w tym Ameryki. Stopień zanieczyszczenia powietrza dalece odbiega od norm Światowej Organizacji Zdrowia, a zdecydowana większość jezior, rzek i wód gruntowych jest w bardzo złym stanie[2]. Od około pięciu lat Chiny zużywają prawie ¼ energii w skali świata[3] powodując przy tym dewastację środowiska naturalnego. Budowa Jedwabnego Szlaku i wymiana towarowa czy rosnąca turystyka masowa mogą przyczynić się do pogorszenia sytuacji. Chiny powinny zacząć podejmować odpowiedzialne decyzje nie tylko w trosce o własne państwo, ale cały świat.

Fuzja jądrowa jako alternatywne źródło energii

Dotychczas głównie wykorzystywanymi przez nas źródłami energii są paliwa kopalne (węgiel, olej i gaz), ale związane jest to z pewnymi problemami. Po pierwsze ich ilość jest bardzo ograniczona. Aktualne szacunki mówią, iż wystarczy ich jedynie na kolejne kilkadziesiąt lat[4]. Po drugie, emitują zanieczyszczenia, które przyczyniają się do powstawania smogu. W związku z tym, iż współcześnie zużycie energii rośnie, a jednocześnie istnieje konieczność ograniczania emisji CO2, jednym z dążeń nauki stało się opracowanie sposobu wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Ponieważ zasoby paliw kopalnych się wyczerpują, istnieje potrzeba dywersyfikacji źródeł energii oraz jej magazynowania.

Alternatywą dla paliw kopalnych jest czysta energia (wiatrowa, słoneczna i wodna), jednak jej produkcja nie jest tania. De facto jest dużo wyższa niż cena energii pochodzącej z węgla, ponieważ wymaga budowy elektrowni, turbin i paneli o ogromnej powierzchni. Po drugie, możliwość jej magazynowania jest ograniczona, a konwersja wciąż relatywnie niska. Kolejnym rozwiązaniem jest rozszczepienie jądrowe, czyli tzw. energia atomowa. Również i ono nie jest pozbawione wad: minusem są ograniczone zasoby uranu wzbogaconego, niezbędnego w procesie produkcji energii. Prawdopodobnie może on być wydobywany jedynie przez kolejnych kilka dekad. Po drugie, istnieje zagrożenie, iż taki system może być nieszczelny, a w konsekwencji zakończyć się tragedią, jaka miała miejsce w Czarnobylu lub Fukushimie. Po trzecie, jest źródłem powstawania odpadów, które  są radioaktywne i mogą promieniować przez setki lat. Odpady te są  często ,,opakowywane” i  zakopywane pod ziemią, wrzucane do morza lub trzymane w specjalnie przystosowanych do tego budynkach. Jeśli jednak wydostaną się na powierzchnię lub wyciekną, to będą oddziaływać na ludzi i środowisko.

W związku z powyższymi opracowano najnowszą technologię, jaką jest produkcja energii w procesie fuzji jądrowej. Z połączenia jąder atomowych lżejszych pierwiastków (np. wodoru lub izotopów wodoru) powstają cięższe jądra atomowe (np. helu) i wydzielają ogromną ilość energii. Aby zaszła reakcja połączenia jąder muszą one znaleźć się bardzo blisko siebie. Jednak jądra atomowe mają dodatni ładunek elektryczny, a w konsekwencji się odpychają.  Dlatego, aby doszło do zbliżenia, muszą one zostać poddane bardzo wysokiej temperaturze, która spowoduje wzrost prędkości (energii kinetycznej) ich poruszania się na tyle, aby mogły przezwyciężyć odpychanie i zderzyły się. Efekt ten uzyskiwany jest przez poddanie ich działaniu mikrofal. Wskutek tego przechodzą w stan zwany plazmą (mieszanina dodatnio naładowanych jąder i ujemnie naładowanych elektronów), gdzie możliwe jest połączenie jąder. Dokładnie na tej samej zasadzie działa słońce. Reakcja fuzji pomiędzy dwoma izotopami wodoru wytwarza atom helu oraz jeden neutron i powoduje uwolnienie większej ilości energii, która z kolei jest wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej.

Zaletą takiej metody jest jej kilkukrotnie większa efektywność niż w wyniku rozszczepienia jądrowego, jak również nieograniczona ilość materiału potrzebnego do produkcji energii. Izotopy wodoru można względnie łatwo i praktycznie w nieograniczonych ilościach pozyskiwać, np. z wody morskiej[5]. Co więcej, jest to bezpieczna energia. Aby reakcja mogła zajść, potrzebuje ona wysokiej temperatury, ciśnienia i gęstości. Toteż nawet jeśli plazma wydostanie się na zewnątrz, środowisko naturalne nie spełnia warunków do zajścia reakcji i zwyczajnie ,,wygaśnie” nie powodując zagrożenia wybuchem czy skażeniem. Co więcej, nie wytwarza odpadów promieniotwórczych i gazów cieplarnianych[6]. Jednak spełnienie wszystkich niezbędnych warunków dla podtrzymania procesu fuzji jest ogromnym wyzwaniem dla nauki.

EAST – wynalazek na miarę XXI wieku

W tym celu powstał ITER (Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny). Jest to zarówno reaktor termonuklearny, jak i program badawczy, którego celem jest zbadanie możliwości produkcji energii z kontrolowanej fuzji jądrowej na dużą skalę. Jest to projekt realizowany przez 30 lat za kwotę około 10 mld euro, w którym uczestniczą: Unia Europejska, Japonia, Rosja, Stany Zjednoczone, Chiny, Korea Południowa i Indie[7].

W 1950 roku w Związku Radzieckim zaproponowano rozwiązanie – urządzenie nazwane tokamakiem (akronim pochodzący z języka rosyjskiego od słów „toroidalna komora magnetyczna”)[8]. Czterdzieści lat później ZSRR sprzedał Chinom model T-7[9]. Wkrótce ChRL rozpoczęła własne eksperymenty na przetransportowanym urządzeniu. Projekt nazwano EAST, czy też ,,sztuczne słońce” i jest on częścią globalnego projektu ITER.

Kształt chińskiego tokamaka przypomina oponę. W środku niej plazma porusza się po okręgu. Poprzez oddziaływanie prądu wytwarzane jest pole poloidalne, które napędza plazmę wzdłuż tokamaka. Dodatkowo znajduje się tam wiele pętli, które wytwarzają pole magnetyczne, w związku z czym plazma poruszając się wewnątrz tokamaka, nie uderza o ściany urządzenia. Natężenie prądu jest tak duże, że konstrukcja musi być zbudowana z nadprzewodzących materiałów, które nie ulegną stopieniu[10].

Źródło: https://newatlas.com/fusion-china-artificial-sun-east/57237/
Źródło: https://www.ifj.edu.pl/badania/publikacje/raporty/raporty-pop/4.pdf

EAST jest w procesie projektowania, a pierwsze jego użycie jest przewidywane na rok 2025. Aktualnie w Instytucie Fizyki Plazmowej Chińskiej Akademii Nauk w Hefei udało się uzyskać temperaturę 100 milionów stopni Celsjusza wewnątrz tokamaka (7 razy więcej niż we wnętrzu Słońca) i wydłużyć czas wydzielania energii do 100 sekund[11]. Docelowo ma podtrzymywać reakcję fuzyjną przez 1000 sekund, osiągając moc do 1100MW wydzielaną w postaci ciepła. W przyszłości mają powstać reaktory osiągające moc nawet do 4000MW[12].

Źrodło: http://www.chinadaily.com.cn/a/201812/14/WS5c137878a3107d4c3a000e97.html

Tokamak został wynaleziony 70 lat temu, jednak dotychczas nie udało się go zastosować w sposób komercyjny. Energia pochodząca z reakcji termojądrowej (fuzji jądrowej) mogłaby zasilić miliony gospodarstw domowych, nie emitując przy tym produktów ubocznych takich jak tlenek węgla, azotu, siarki, pyły, popiół itd[13].  Dlatego naukowcy pracujący przy udoskonalaniu projektu podkładają w nim wielkie nadzieje.

Zwrot ku ekologii

Na dziś dzień Chiny mogą poszczycić się takimi osiągnięciami jak umieszczenie na orbicie laboratorium kosmicznego Tiangong-2[14], zbudowaniem teleskopu o średnicy 500 metrów (FAST) Tianyan[15], czy naukowego satelity kwantowego Mozi. Do tego wychodzą na pozycję lidera w produkcji alternatywnej energii ze źródeł odnawialnych. Od 2013 roku Chiny przyjęły plan, który ma chronić środowisko zgodnie z koncepcją ,,zielonego rozwoju”. W związku z tym za cel przyjęto ograniczenie zanieczyszczeń powietrza aż o 25% w latach 2018-2020[16]. Zapowiedziano do 2030r. przeznaczenie 732 mld dolarów na rozwój energii solarnej i wiatrowej[17]. Chiny już teraz posiadają wiodące marki produkujące turbiny wiatrowe i baterie solarne[18]. Na ratunek naturze powstają kolejne śmiałe plany takie jak dostarczanie wody z lodowców Himalajów do wysuszonego Xinjiangu na zachodzie kraju[19], wywoływanie sztucznych opadów deszczu lub śniegu poprzez skierowanie jodku srebra do atmosfery na terenach suchych[20], jak również wypuszczanie do atmosfery co sekundę 8m^3 świeżego powietrza ze specjalnie skonstruowanej do tego wieży[21].

Do tego wszystkiego trwają prace nad najnowszą wersją tokamaka o nazwie EAST, który być może już wkrótce zaopatrzy świat w nieograniczone ilości bezpiecznej energii. Oznaczałoby to wyeliminowanie perspektywy kryzysu energetycznego, a także uniezależnienie od dostawców paliw kopalnych. Chiny, które dotychczas skrajnie zaniedbywały kwestie klimatyczne i środowiskowe, teraz są pionierem w badaniach nad pozyskiwaniem energii ze źródeł odnawialnych oraz jej czołowym producentem i eksporterem na cały świat. Jest to ogromny krok w dobrym kierunku dla Chin i dla świata.

Niniejszy materiał znajdą Państwo w Kwartalniku Boyma nr – 1/2019

Przypisy:

[1] Ł. Gacek, Zielona energia w Chinach. Zrównoważony rozwój, ochrona środowiska, gospodarka niskoemisyjna, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 2015, s.80.

[2] Tenże, Zielona energia w Chinach…, op. cit. s.86, 90, 99.

[3] Chi Fulin (Ed.), Breakthroughs in Transformation. The 13th Five-Year Plan Period: Historical Challenges for Structural Reform, China Intercontinental Press, Beijing 2016, s.158.

[4] Fuzja – kawałek Słońca na Ziemi: http://www.foton.if.uj.edu.pl/documents/12579485/cd120983-2b11-4a6a-a0e0-bd4bb841e7ef.

[5] Tamże.

[6] Zapalić Słońce na Ziemi czyli Drugi Święty Graal fizyki: https://www.cire.pl/item,171343,13,0,0,0,0,0,zapalic-slonce-na-ziemi-czyli-drugi-swiety-graal-fizyki.html.

[7] Problemy z energią znikną za 12 lat? Elektrownie termojądrowe: wielkie nadzieje i jeszcze większe pieniądze: https://www.focus.pl/artykul/energia-gwiazd-na-ziemi.

[8] Fuzja – kawałek Słońca na Ziemi: http://www.foton.if.uj.edu.pl/documents/12579485/cd120983-2b11-4a6a-a0e0-bd4bb841e7ef.

[9] HT-7 Superconducting Tokamak: http://english.hf.cas.cn/ic/ip/ht7/.

[10] Tamże.

[11]中国人造太阳取得重大突破,全球首次实现1亿摄氏度运行: https://youtu.be/qY968OkQTU4.

[12]什么能源可以取之不尽?中国的人造太阳EAST…: https://youtu.be/q-9wxg9tQRk.

[13]什么能源可以取之不尽?中国的人造太阳EAST装置啥原理?李永乐老师讲托卡马克: https://youtu.be/q-9wxg9tQRk.

[14] Chiński kosmos: deorbitacja Tiangong-2 i plan nowej wielkiej stacji: https://www.space24.pl/chinski-kosmos-deorbitacja-tiangong-2-i-plan-nowej-wielkiej-stacji.

[15] Największy radioteleskop świata powstał w Chinach. Poszuka kosmitów: https://businessinsider.com.pl/technologie/nauka/fast-najwiekszy-radioteleskop-swiata-powstal-w-chinach/5gz4dtd.

[16] New Emission Plan to Curb Air Pollution in China: https://www.resilience360.dhl.com/news/new-emission-plan-curb-air-pollution-china/.

[17] Greenpeace: China to see $782bn investment in solar, wind, by 2030: https://www.pv-magazine.com/2017/04/12/greenpeace-china-to-see-782bn-investment-in-solar-wind-by-2030/.

[18] 12 Biggest and Best Solar Panel Companies In The World: http://www.greenworldinvestor.com/2017/02/02/12-biggest-and-best-solar-panel-companies-in-the-world/.

[19] Chinese engineers plan 1,000km tunnel to make Xinjiang desert bloom: https://www.scmp.com/news/china/society/article/2116750/chinese-engineers-plan-1000km-tunnel-make-xinjiang-desert-bloom.

[20] China needs more water. So it’s building a rain-making network three times the size of Spain: https://www.scmp.com/news/china/society/article/2138866/china-needs-more-water-so-its-building-rain-making-network-three.

[21] China builds ‘world’s biggest air purifier’ (and it seems to be working): https://www.scmp.com/news/china/society/article/2128355/china-builds-worlds-biggest-air-purifier-and-it-seems-be-working.

Ewelina Horoszkiewicz

Absolwentka Zarządzania i Sinologii na Uniwersytecie Warszawskim. Studentka studiów magisterskich w ramach programu Contemporary China Studies na Uniwersytecie Renmin w Pekinie, gdzie zajmuje się przemianami politycznymi, gospodarczymi i społecznymi współczesnych Chin.

czytaj więcej

Azjatech #21: Chińskie komputery z Azji Centralnej

Azjatech to cotygodniowy przegląd najważniejszych informacji o innowacjach i technologii w krajach Azji, tworzony przez zespół analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

Azjatech #102: Japończycy testują pierwszą na świecie mobilną klinikę zasilaną ogniwami paliwowymi

Azjatech to cotygodniowy przegląd najważniejszych informacji o innowacjach i technologii w krajach Azji, tworzony przez zespół analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

The Boym Institute message to Chinese policymakers and analysts

The EU-China relations require common perspective on Russia’s invasion on Ukraine

Tydzień w Azji #140: Kazachstan zamierza ściślej kontrolować media społecznościowe

Przegląd Tygodnia w Azji to zbiór najważniejszych informacji ze świata polityki i gospodarki państw azjatyckich mijającego tygodnia, tworzony przez analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

Azjatech #97: Korea Południowa ponownie światowym liderem innowacji

Azjatech to cotygodniowy przegląd najważniejszych informacji o innowacjach i technologii w krajach Azji, tworzony przez zespół analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

Sprawozdanie z pobytu w Korei (5-10 listopada 2019)

Między 5 a 9 listopada 2019 przebywałem w Korei Południowej, gdzie miałem zaszczyt wygłosić referat pt. The case of North Korean women who worked in Poland between 2000 and 2018: an empirical study podczas szóstej edycji konferencji TPIC (Trans-Pacific International Conference).

Azjatech #50: Tadżykistan ma swój pomysł na walkę z COVID 19

Azjatech to cotygodniowy przegląd najważniejszych informacji o innowacjach i technologii w krajach Azji, tworzony przez zespół analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

Siła argumentów. Napięcia na linii Pekin-Waszyngton

Kiedy wirus zaczął zataczać coraz szersze kręgi i jasnym stało się, że nie jest to tylko lokalny problem o którym niedługo nikt nie będzie pamiętał, oczy całego świata zwróciły się na Wuhan. Wkrótce też zapytano: kto jest temu winien? Dwie strony, chińska i amerykańska, na łamach dzienników i w mediach społecznościowych rozpoczęły rywalizację dwóch wzajemnie oskarżycielskich narracji.

Transport kolejowy drobnicy z Chin – Webinar Morskiej Agencji Gdynia

Potrzeba coraz szybszego sprowadzenia towaru z Chin w rozsądnej cenie to częste wyzwanie importerów. Jak nie wypaść z rynku i jak skutecznie na nim zaistnieć – podpowiadamy, jak transport kolejowy z Chiny może w tym pomóc i dlaczego nie należy się go bać.

Azjatech #132: Roboty dostarczają zakupy pod drzwi mieszkań w Korei Południowej

Azjatech to cotygodniowy przegląd najważniejszych informacji o innowacjach i technologii w krajach Azji, tworzony przez zespół analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

Kazachsko-białoruskie relacje w cieniu Kremla

Kazachstan i Białoruś od wielu lat stopniowo zacieśniają współpracę na płaszczyźnie politycznej, społecznej oraz gospodarczej i to coraz częściej  bez oglądania się na interesy i stanowisko Kremla.

Tydzień w Azji #121: Co się dzieje z japońskim programem szczepień?

Przegląd Tygodnia w Azji to zbiór najważniejszych informacji ze świata polityki i gospodarki państw azjatyckich mijającego tygodnia, tworzony przez analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

RP: Uzbekistan – nowe zachęty do zatrudniania osób z niepełnosprawnościami

Uzbekistan zaczyna wspierać aktywizację zawodową osób z niepełnosprawnościami. Międzynarodowi, w tym polscy, inwestorzy mogą liczyć na umiarkowane wsparcie finansowe w przypadku zatrudnienia osób z niepełnosprawnościami.

Forbes: Dyplomacja kupiecka, czyli jak Berlin dogaduje się z Pekinem

(...) Silna gospodarka, liczba ludności, rozwinięte ośrodki naukowe i względna stabilność ekonomiczna sprawiają, że Chińczycy traktują Berlin jako swego strategicznego partnera. Na to jednak nakładają się tarcia między Pekinem a Waszyngtonem, dlatego Berlin, troszcząc się o interes ekonomiczny, szuka drogi środka

RP: Wolność gospodarcza krajów Azji Środkowej. Kazachstan nr 1

Jak kształtuje się wolność gospodarcza krajów Azji Środkowej w świetle wyników rankingu The Heritage Foundation? Kazachstan liderem regionu, a w zestawieniu wyprzedził nawet Polskę.

Warszawscy Wietnamczycy – obecni/nieobecni na mapie kulturalnej Warszawy

Serdecznie zapraszamy do udziału w debacie organizowanej przez Muzeum Warszawskiej Pragi, poświęconej zamieszkującej stolicę wietnamskiej diasporze.

TSRG 2021: The Impacts of the BRI on Europe: The Case of Poland and Germany

It is important to contribute to the understanding of what the New Silk Road can mean in economic, political, leadership and cultural terms for the European countries involved. This analysis should reveal the practical consequences of the Belt and Road Initiative for Europe in the case of Poland and Germany, as well as their respective social effects.

RP: Uzbekistan – co oferuje najludniejszy kraj Azji Centralnej?

Uzbekistan jest republiką o największej populacji w Azji Centralnej. Mieszka tam 34 mln osób (2020 r.), co stanowi ponad 45 proc. ludności regionu. Potencjalnie więc dysponuje największym rynkiem zbytu, który jest jednak ograniczony relatywnie niską siłą nabywczą społeczeństwa.

Adrian Zwoliński dla portalu PolskieRadio24.pl o protestach w Hongkongu

Informujemy, że nasz analityk Adrian Zwoliński udzielił wywiadu dla portalu PolskieRadio24.pl. Tematem rozmowy były protesty w Hongkongu w kontekście walk o przyszłość regionu oraz kwestia 2047 roku.

Polskie porty rosną w siłę – wywiad z Morską Agencją Gdynia

Temat rozwoju infrastruktury w regionie Europy Środkowo-Wschodniej w związku z zapoczątkowaną przez Pekin inicjatywą Pasa i Szlaku nie traci na aktualności. O opinie i dane z pierwszego frontu poprosiliśmy Morską Agencję Gdynia, jedno z wiodących przedsiębiorstw zajmujących się logistyką i transportem transkontynentalnym w Polsce.

Azjatech #37: Mikroinstalacje fotowoltaiczne na szybach w Korei Południowej

Azjatech to cotygodniowy przegląd najważniejszych informacji o innowacjach i technologii w krajach Azji, tworzony przez zespół analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.

Forbes: Holding Tata, czyli pięć stereotypów o indyjskim biznesie

Marka Tata towarzyszy Indusom przez całe życie. Rodzą się w szpitalach ufundowanych przez holding, chodzą do szkół przez niego wspieranych, mogą studiować na uczelniach, które zostały założone z inicjatywy członków rodziny Tata. (...) Ale Tata to dziś gracz globalny

Tydzień w Azji: 70 rocznica chińskiej interwencji w Korei – jak pamięć o konflikcie odzwierciedla dzisiejsze relacje między Pekinem a Waszyngtonem

23 października miała miejsce 70-ta rocznica chińskiej interwencji w wojnę koreańską. Tegoroczne obchody zaskoczyły obserwatorów skalą upamiętnienia tzw. „zapomnianej wojny”.

Tydzień w Azji #49: Jak przesyłki z Chin wpływają na polski rynek e-commerce?

Przegląd Tygodnia w Azji to zbiór najważniejszych informacji ze świata polityki i gospodarki państw azjatyckich mijającego tygodnia, tworzony przez analityków Instytutu Boyma we współpracy z Polskim Towarzystwem Wspierania Przedsiębiorczości.