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

Doktorantka Nauk Politycznych na Szanghajskim Uniwersytecie Jiao Tong, gdzie prowadzi badania na temat międzynarodowej współpracy akademickiej i bezpieczeństwa wiedzy w relacji UE-Chiny. Absolwentka Stosunków Międzynarodowych na Uniwersytecie Renmin w Pekinie, gdzie obroniła pracę dyplomową na temat chińskiego nacjonalizmu online. Ukończyła także studia z języka chińskiego w ramach Sinologii na Uniwersytecie Warszawskim.

czytaj więcej

Podsumowanie wydarzeń w Instytucie Boyma

Chcemy by Instytut Boyma był cenną platformą do wymiany poglądów, zawierania znajomości i przede wszystkim pogłębiania wiedzy. Dlatego też podejmujemy się organizacji wielu wydarzeń: debat, wykładów, oraz konferencji.

Azjatech #84: Mięso wprost z laboratorium wkracza na stoły w Singapurze

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.

RP: Korea Południowa, czyli ciastko z fasoli może być słodkością

Południowokoreański cud gospodarczy to szansa dla polskich eksporterów. Jak przygotować się do wejścia na południowokoreański rynek? Warto poznać panujące tam trendy, które promieniują na całą Azję Wschodnią.

Refleksje o szczycie 16+1 w Budapeszcie

Tegoroczny szczyt krajów Europy Środkowo-Wschodniej i Chin w Budapeszcie różnił się od poprzednich edycji na wielu poziomach — Chiny oraz Węgry prowadziły na nim bardzo aktywną politykę. Na forum biznesowym obecni byli jedynie Victor Orban i Li Keqiang – pozostałe głowy państw przebywały wtedy na zamku, gdzie odbywało się spotkanie premierów. Zaznaczmy, że w Rydze, […]

Forbes: Czy NATO przygotowuje się na wrogi atak? „Musimy być gotowi na dwa scenariusze”

Obecnie sojusznicy są podzieleni w sprawie przyszłości Ukrainy. W 2008 r. obiecano Kijowowi możliwość przystąpienia do NATO, ale bez żadnych planów bądź zobowiązań.

Azjatech #73: Bezzałogowe statki szansą dla japońskich armatorów

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.

New Female Prime Minister Faces Thailand’s Political Turmoil

Thailand, known for military coups, political downfalls, and dashed democratic hopes, has a new Prime Minister. Paetongtarn Shinawatra is not only the youngest elected Prime Minister in the country's history and the second woman to hold this post, but she is also a member of the Shinawatra political dynasty.

Bezpośrednie Inwestycje Zagraniczne w Wietnamie

Dzięki ciągłemu rozwojowi gospodarczemu Wietnam przyciąga rekordową ilość Bezpośrednich Inwestycji Zagranicznych (BIZ). Katalizatorem tak mocnego wzrostu BIZ w Wietnamie jest nie tylko tocząca się wojna handlowa między USA a Chinami, ale i nowe porozumienia międzynarodowe.

Patrycja Pendrakowska współzałożycielką WICCI’s India-EU Business Council

Dzieląc się wiedzą, możliwościami biznesowymi i najlepszymi praktykami Rada pomaga zwiększać świadomość o udziale kobiet w rozwoju relacji Indii i Unii Europejskiej.

Azjatech #33: Kto ma najwięcej kamer monitoringu w przeliczeniu na mieszkańca?

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.

Czy interwencja humanitarna w Azji jest możliwa?

(Subiektywny) przegląd wybranych artykułów badawczych dotyczących stosunków międzynarodowych w regionie Azji i Pacyfiku publikowanych w wiodących czasopismach naukowych.

Azja Centralna: nowe energetyczne rozdanie

Sytuacja energetyczna Azji Centralnej w teorii jest dobra. Bogactwo zasobów naturalnych gazu i ropy w Kazachstanie, Turkmenistanie i Uzbekistanie oraz system rzeczny umożliwiający pozyskiwanie energii z hydroelektrowni w Kirgistanie i Tadżykistanie wydają się wystarczające dla zapewniania regionowi bezpieczeństwa energetycznego.

Strategiczna współpraca Indii i Armenii: aspekty geopolityczne i militarno-ekonomiczne

Przyjazne relacje Indii i Armenii nie są nowością, natomiast po tzw. 44-dniowej wojnie w Górskim Karabachu/Arcachu można było zaobserwować wyraźne ożywienie współpracy między tymi państwami.

Współpraca Instytutu Boyma z Forbes Polska

Analitycy Instytutu Boyma od niedawna mają przyjemność współpracować z redakcją polskiego wydania magazynu Forbes. Poniżej prezentujemy listę naszych artykułów.

Tłumaczenie niewytłumaczalnego, czyli polski przekład raportu klimatycznego

Czy sunącą wciąż siłą rozpędu machinę międzynarodowego procesu klimatycznego da się zatrzymać i naprawić na czas?

Patrycja Pendrakowska z wywiadem dla Balkan Development Support: „Państwa Europy Zachodniej skorzystały najbardziej na chińskim kapitale”

Na łamach portalu Financial Intelligence ukazał się wywiad z Patrycją Pendrakowską dla Balkan Development Support.

Azjatech #239: USA kuszą Samsunga miliardami dolarów. Tak chcą pokonać Chiny

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.

Davkhar deel a wolność mongolskich mediów w kontekście wyborów

Ostatnie lata były dla Mongolii czasem ciągłych intensywnych prób na wielu frontach. Wciąż nowe rozczarowania ekonomiczne (spadek wzrostu PKB z ok. 18% w 2013 r. do ok. 2% w 2015 r., przeciągające się negocjacje w sprawie Oyu Tolgoi, problemy finansowe Tavantolgoi), kontrowersyjne tematy społeczno-polityczne (sprawa „Prawa o długiej nazwie”, skazanie aktywisty ekologicznego Tsetsgee Mönkhbayara, protesty […]

Koreański szamanizm jako wyzwanie dla badaczy

 „Problem szamanizmu był i pozostaje jednym z najtrudniejszych problemów w historii religii” pisał słynny rosyjski etnograf i religioznawca Siergiej Tokariew.  Być może żaden z przykładów nie jest tak wyraźnym potwierdzeniem tej tezy jak muism[1], czyli szamanizm koreański. Badania nad rodzimą religią kraju Spokojnego Poranka dostarczają bardzo wielu pytań, na które zazwyczaj trudno udzielić jednoznacznej odpowiedzi. […]

Tydzień w Azji #72: Nowoczesna infrastruktura ma ożywić chińską gospodarkę po kryzysie

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 #117: Korea chce dołączyć do militarnej czołówki świata

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 #165: USA i Chiny ścigają się o to, kto ochroni Ziemię

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: Koronawirus testuje chińską służbę zdrowia. Jak ona wygląda w praktyce?

Kontrast między rozwojem chińskiej gospodarki a poziomem opieki medycznej w Państwie Środka jest porażający. Epidemia koronowirusa z Wuhan być może zmusi chińskie władze do inwestycji w powszechną opiekę medyczną. Na reformie służby zdrowia skorzystałoby nie tylko chińskie społeczeństwo, ale również zachodni biznes

Azjatech #85: Kolejny sukces Chin w budowie maszyn kwantowych

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.