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

Zdjęcie: Pixabay

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

Analityk Instytutu Boyma ds. Chin. Absolwentka Contemporary China Studies na Uniwersytecie Renmin w Pekinie. Do jej zainteresowań należą tematy nacjonalizmu, feminizmu i migracji we współczesnych Chinach. Posługuje się językiem chińskim. Ukończyła również sinologię i zarządzanie na Uniwersytecie Warszawskim.

czytaj więcej

Tydzień w Azji #192: Kazachstan coraz dalej od Rosji

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.

Tydzień w Azji #153: Korea Południowa myśli o nowym bloku gospodarczym

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 #172: Półprzewodnikowa potęga Indii rośnie, ale w bólach

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 #198: Japończycy badają, jak kontrolować deszcz

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.

Tydzień w Azji #129: Wyścig o wietnamski rynek LNG. Amerykańskie zostają w tyle

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.

Czy język może być wyznacznikiem jedności państwa?

Serdecznie zapraszamy na spotkanie na temat dialektów i polityki językowej w ChRL 31 stycznia w WeWork na ulicy Prostej 20 o godzinie 18:00.

Azjatech #236: Indie zainwestują przeszło miliard dolarów w rozwój sztucznej inteligencji

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.

Tydzień w Azji #98: Chińczycy znowu bliżej z Rosjanami. Dla Gazpromu to jak dar z niebios

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: Kazachstan stawia na MSP. Również polskie

Najmocniejszy gospodarczo kraj w Azji Centralnej chce postawić na małe i średnie firmy. To one mają stanowić trzon nowego modelu gospodarczego.

Nowy prezydent i stare dylematy: Co dalej z Koreą Południową?

Wybory w Korei Południowej na początku maja 2017 roku zakończyły się wygraną Mun Jae-ina. Tak jak podczas poprzednich kampanii wyborczych, ku niezadowoleniu Kim Jong-una, Korea Północna nie była głównym wątkiem wyborów. Kandydaci skupiali uwagę wyborców na tematach ekonomicznych oraz skandalu politycznym byłej prezydent Korei Południowej Park Geun-hye.

Azjatech #142: Pakistan pomoże Turcji zbudować myśliwiec następnej generacji?

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.

Roman Husarski dla Tygodnika Powszechnego: „Śmierć feministy”

"Jeden z najważniejszych polityków Korei Południowej, do tego ikona walki o prawa człowieka i równouprawnienie kobiet, niespodziewanie odbiera sobie życie. A w tle są oskarżenia spod znaku #MeToo."

Tydzień w Azji #149: Litwa solą w oku Chin

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 #39: Toyota inwestuje w latające samochody z kalifornijską firmą

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.

Patrycja Pendrakowska dla Observer Research Foundation o wpływie pandemii koronawirusa na dzieci

W swoim artykule Patrycja Pendrakowska opisuje szkody, jakie wyrządziła pandemia COVID-19 najmłodszym członkom społeczeństwa.

RP: Czy Korytarz Środkowy będzie remedium na problemy dystrybucyjne? Co z Polską?

Wojna na Ukrainie wymusiła zmianę szlaków dystrybucyjnych biegnących przez Rosję i Ukrainę z Europy Zachodniej do Azji Centralnej i Chin. Dla polskich firm dodatkowym utrudnieniem jest ograniczenie ruchu na przejściach granicznych z Białorusią.

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.

Forbes: Jak Chińczycy podbijają kosmos

Komunistyczna Partia Chin konsekwentnie realizuje plany podboju kosmosu nakreślone jeszcze przez przewodniczącego Mao Zedonga. Po wdrożeniu własnego systemu nawigacji satelitarnej BeiDou, pobraniu próbek z Księżyca na statku Chang’e 5 i wejściu w orbitę Marsa sondy w ramach misji Tianwen-1 przyszedł czas na wisienkę na torcie: budowę nowej chińskiej stacji kosmicznej.

Forbes: Czego nie wiemy o rewolcie w Kazachstanie?

Zamieszki w najbogatszym i jednocześnie dotychczas najbardziej stabilnym kraju Azji Środkowej były zaskakujące dla olbrzymiej większości ekspertów. Jeszcze dziwniejsze jest to, że po dwóch tygodniach od rozpoczęcia protestów tak mało wiadomo o powodach, przebiegu i skutkach kryzysu

Wojna w Ukrainie. Co oznacza dla Azji Centralnej?

24 lutego Rosja rozpoczęła pełnoskalową wojnę przeciw Ukrainie. Moment ten można uznać za początek końca istniejącego porządku światowego. Azja Centralna jest regionem wrażliwym na zmiany geopolityczne. Od trzech dekad ścierają się tu wpływy Chin, Rosji, Iranu i Zachodu.

Tydzień w Azji #22: Biznes boi się ekstradycji do Chin

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. W tym numerze wiadomości z Hongkongu, Turkmenistanu, Kirgistanu, Australii oraz Chin.

Co łączy szamanów i generałów? O problemie weryfikacji wewnętrznych konfliktów Korei Północnej

Ilość potwierdzonych egzekucji i częste zniknięcia polityków przypominają o tym, że w Korei Północnej rządzą zasady społecznego darwinizmu, a próby ograniczenia władzy Kim Dzong-una mogą zostać uznane za wrogie i potraktowane bezwzględnie.

Co oznacza chińska deklaracja o osiągnięciu neutralności węglowej w 2060 roku?

Podobnie jak inne kraje Azji Wschodniej, Chiny zadeklarowały plan osiągnięcia neutralności węglowej. 22 września 2020 przewodniczący ChRL Xi Jinping zapowiedział, iż Chiny planują osiągnięcie tego celu do 2060 roku, co jest pierwszą tak dalekosiężną deklaracją tego państwa w tej sprawie. Ponieważ chińskie emisje dwutlenku węgla stanowią dużą część globalnych emisji, warto przyjrzeć się tej deklaracji.

Forbes: Ryby, ropa i rozterki, czyli dziwne relacje rosyjsko-japońskie

Od grudnia ubiegłego roku rosyjskie jednostki zatrzymały sześć japońskich łodzi rybackich. Mimo napięć premier Shinzō Abe na pierwszy rzut oka zachowuje się nie jak polityk. Zamiast grać na nacjonalistycznej nucie, woli zachęcać japońskie firmy do inwestowania w rosyjski sektor energetyczny. O co chodzi w tym z pozoru dziwnym rosyjsko-japońskim tańcu?