Energia şi viitorul civilizaţiei

28/04/2009

La nivelul actual de consum rezervele petroliere mai ajung doar pentru câteva decenii, iar emisiile de bioxid de carbon datorate arderii combustibililor fosili ameninţă cu accentuarea efectului de seră. Civilizaţia umană are nevoie de energie pentru a supravieţui, însă această energie nu poate fi asigurată numai din resurse regenerabile, iar economisirea energiei nu face decât să ne ofere o amânare a acestui destin tragic. Există însă şi o soluţie salvatoare care vine din direcţia cercetării tehnologice de vârf în domeniul nuclear. Această soluţie se numeşte fuziune nucleară controlată.

procesul de fuziune nucleară deuteriu-tritiu

procesul de fuziune nucleară deuteriu-tritiu, cu producere de energie

Acelaşi proces care animă Soarele nostru ar putea fi o şansă pentru supravieţuirea civilizaţiei umane. Fuziunea nucleară este procesul prin care două nuclee atomice reacţionează formând un nou nucleu, mai greu decât nucleele iniţiale, eliberând în acelaşi timp o mare cantitate de energie. Din cauză că nucleele participante în fuziune sunt încărcate electric, reacţia de fuziune nucleară poate avea loc numai atunci când cele două nuclee se apropie suficient pentru ca forţele nucleare, cu o rază de acţiune limitată, să poată intra în acţiune pentru a forma noul nucleu atomic. Această condiţie presupune temperaturi extrem de ridicate precum cele existente în stele sau accelerarea nucleelor în acceleratoare de particule. O alternativă încă timidă ar putea fi constituită de fuziunea nucleară „la rece”, care nu este însă recunoscută oficial în cercurile ştiinţifice.

În prezent omenirea foloseşte deja centrale nucleare în care energia se produce prin procesul de fisiune nucleară. Fisiunea nucleară este procesul în care un nucleu atomic masiv se fragmentează în nuclee mai mici cu eliberare de energie. Fisiunea elementelor grele este o reacţie exotermică ce eliberează cantităţi substanţiale de energie sub formă de radiaţii gamma şi energie cinetică a particulelor nucleare provenite în urma fisiunii. Procesul acesta produce însă pe lângă energie şi numeroase reziduuri radioactive, care trebuie depozitate în condiţii speciale pe perioade de mii de ani, pentru a nu altera grav mediul înconjurător.

Spre deosebire de fisiune, fuziunea nu produce cantităţi mari de asemenea reziduuri radioactive iar durata de înjumătăţire a izotopilor radioactivi produşi este mică, de ordinul deceniilor.

În prezent reactoarele de fuziune sunt încă în stadiul de laborator, dar dacă cercetările vor aduce soluţii viabile, atunci vom avea suficientă energie la dispoziţie pentru a renunţa definitiv la surse regenerabile precum energia solară, eoliană, geotermală, a mareelor şi a valurilor sau a biomasei. Însă până în prezent (2009) generatoarele de fuziune nucleară controlată nu au depăşit stadiul de laborator. Deşi descoperit încă din anul 1950, procesul de fuziune nucleară poate fi declanşat, însă nu poate fi „strunit” pentru a produce în mod continuu şi constant energie utilă. Pentru amorsarea sa „la cald”, cum se întâmplă în interiorul stelelor şi a soarelui nostru, sunt necesare temperaturi de cel puţin 15.000.000 de grade Celsius şi presiuni enorme. Secretul constă însă în obţinerea unei reacţii auto-întreţinute, care să producă energie în mod continuu, constant şi, evident, în posiblitatea de a capta şi transforma această energie uriaşă eliberată în energie electrică.

Uniunea Europeană a demarat deja un proiect de 7 miliarde de euro pentru construirea unui asemenea reactor de fuziune, denumit ITER (Europe International Thermonuclear Experimental Reactor) în Franţa, la Cadarache. Construcţia a început în anul 2007 şi va dura 10 ani. Aici vor lucra 600 de cercetători şi ingineri din mai multe state europene, Japonia, Rusia, Statele Unite, China, Coreea de Sud şi India. Chris Warrick de la Autoritatea de Energie Atomică din Marea Britanie afirma despre acest proiect: „vom avea nevoie de 50 MW pentru a iniţia reacţia şi vom obţine 5.000 MW”, ceea ce înseamnă că reactorul va produce de 100x mai multă energie decât foloseşte pentru a fi amorsat. Şi în Marea Britanie se desfăşoară un proiect similar, numit HiPER (High Power Energy Research), la Didcot, folosind lasere de mare putere. Profesorul Mike Dunne de la Rutherford Appleton Laboratory din Oxfordshire afirma: „vom avea nevoie de un laser de mărimea unui stadion de fotbal, pe care să îl focalizăm pe o ţintă de combustibil de 1 mm în diametru”.

ITER – Europe International Thermonuclear Experimental Reactor   http://www.iter.org/

HiPER Project  http://www.hiper-laser.org/

Deşi oferă avantaje, resursele regenerabile nu vor reuşi niciodată să înlocuiască complet combustibilii fosili, astfel că fuziunea nucleară controlată rămâne singura alternativă viabilă, cu atât mai mult cu cât rezervele de combustibil pentru aceasta sunt practic inepuizabile: 1 m.c. de apă conţine 34 de grame de deuteriu, echivalentul a 300.000 de litri de petrol. Oceanele, mările şi lacurile pot oferi suficient combustibil pentru 1.000 de reactoare nucleare de fuziune pentru multe miloane de ani de acum înainte. Un studiu făcut la Institutul Max Planck din Germania asupra siguranţei în exploatare a acestor reactoare arăta că după 100-500 de ani conţinutul radiotoxic al produşilor reactoarelor de fuziune este practic eliminat. Un gram de combustil poate produce 90.000 KWH, adică energia echivalentă produsă prin arderea a 11 tone de cărbune. Combustibilul nuclear este constituit în cazul acesta de deuteriu şi tritiu. Reactorul ITER este similar reactoarelor tip Tokamak. Cel mai puternic reactor tip Tokamak din lume, numit JET, se află în Anglia, la Abingdon.

„Cenuşa” produsă în aceste reactoare este formată din heliu, care nu este radioactiv, în timp ce tritiul, partea radioactivă a combustibilului este generată în reactor, fiind transformat apoi în heliu şi neutroni. Cantitatea de heliu produsă anual este câteva sute de kilograme pe an pentru un astfel de reactor. Nivelul radioactivităţii produse este însă de mii de ori mai mic decât radioactivitatea produsă de un reactor de fisiune.

Să spunem ceva şi despre fuziunea „la rece”. Cercetătorii Fleischmann and Pons au raportat în anul 1989 producerea unei reacţii de fuziune într-un experiment de laborator ce implica electroliza apei grele cu electrozi de paladiu, reacţie evidenţiată prin producerea unei cantităţi anormale de căldură. Rezultatele experimentului nu au fost confirmate ulterior în alte laboratoare. Nici rezultatele obţinute de Rusi Taleyarkhan în 2004, folosind neutroni şi ultrasunete de mare intensitate pentru realizarea fuziunii nu au fost acceptate de lumea ştiinţifică, fiind în fapt vorba de o eroare de măsurare petrecută în laborator în timpul experimentului.

Abia în anul 2005 o echipă de cercetători de la Universitatea din California, Los Angeles, conduşi de Seth Putterman, a reuşit să amorseze „la rece” o reacţie nucleară de fuziune, folosind un dispozitiv de mărimea unui ou. Inima dispozitivului o constituie un cristal piroelectric de tantalat de litiu, în interiorul unei incinte închise în care se află deuteriu. Acest cristal produce prin răcire bruscă un câmp electric extrem de puternic în jurul unor filamente de tungsten ataşate, formându-se astfel prin ionizare nuclee de deuteriu care sunt accelerate în câmpul electric şi proiectate spre o ţintă saturată cu deuteriu. În urma „tirului” se produc un număr mic de reacţii de fuziune, rezultând neutroni şi energie. Datorită randamentului mic al reacţiei, dispozitivul nu se poate autoîntreţine, iar numărul de neutroni este prea mic pentru a i se găsi o posibilă aplicaţie comercială, fiind mai mult o curiozitate de laborator. Până în prezent singura alternativă viabilă pentru fuziunea nucleară controlată rămâne varianta „la cald”.

Probabil că în următorii 10-20 de ani combustibilii fosili vor fi definitiv înlocuiţi cu energie produsă prin fuziune nucleară controlată. Chiar şi centralele nucleare actuale care folosesc fisiunea nucleară vor fi înlocuite complet datorită reziduurilor periculoase pentru mediu, în timp ce resursele regenerabile vor rămâne simple curiozităţi, relicve ale unor timpuri de cumpănă din istoria zbuciumată a omenirii.


Încălzire globală sau mini eră glaciară ?

14/04/2009

Despre încălzirea globală şi reducerea emisiilor de bioxid de carbon auzim din ce în ce mai mult pe toate canalele media. Fenomenele meteorologice petrecute în ultimii ani vin parcă să confirme temerile insinuate de climatologi, însă totul s-ar putea să nu fie decât o propagandă bine întreţinută.

Cauzele care generează schimbările climatice sunt naturale în cea mai mare parte. Schimbările climatice sunt ciclice, asa cum o dovedesc şi cercetările de ultimă ora ale straturilor geologice şi ale fosilelor. Cauzele principale se rezumă la: ciclurile de activitate solară de 11 şi respectiv 206 ani, variaţii ale înclinaţiei, formei şi orbitei pământului, cu cicluri de 21.000 de ani, 41.000 de ani şi 100.000 de ani. Alte cauze, tot naturale, sunt constituite de retenţia căldurii (efect de seră) şi variaţia reflexiei razelor solare (activitate vulcanică, praf, topirea calotelor polare). Distribuţia masei continentale şi curenţii oceanici sunt alte cauze care influenţează clima.

Spre exemplu, între 1000 şi 1350 a existat o perioadă de încălzire similară celei prezente, urmată apoi, între 1400 şi 1860, de o aşa-numită Mică Epocă Glaciară. Faptul că Revoluţia Industrială a coincis cu următoarea perioadă de încalzire globală nu înseamnă ca aceasta este cauza fenomenului de încălzire globală din zilele noastre. Numai o sursa, dintre multe altele:
http://www.geocraft.com/WVFossils/ice_ages.html

În anii următori Soarele va trece printr-o perioadă de activitate scăzută, ceea ce va face ca Terra să primească mai puţină căldură. Evident, clima terestră se va „răcori”, întrucât factori precum gazele cu efect de seră au o influenţă mică comparativ cu Soarele nostru. Astronomul rus Khabibullo Abdusamatov de la Observatorul Astronomic Pulkovo din St. Petersburg afirma în anul 2005 că încălzirea globală din secolul XX a fost cauzată în special de către creşterea activităţii solare, iar aceasta va atinge un maxim în următorii 6-7 ani, după care va începe să scadă, urmând ca în anul 2040 să atingă un minim. Aceste schimbări în activitatea astrului nostru vor duce la apariţia unei mini-ere glaciare, fapt confirmat de cercetările recente ale istoriei glaciare din zona Americii de Nord, unde s-a descoperit că gheţarii au oscilat masiv, de nenumărate ori, în ultimii 10.000 de ani. Ultimele perioadă rece din istoria emisferei nordice a durat din secolul XVI până la mijlocul secolului XIX, având trei minime în anii 1650, 1770 şi  1950, urmate apoi de scurte perioade de încălzire.

climate-chart

Această perioadă este cunoscută şi sub denumirea de Mica Eră Glaciară.  În perioada 1645–1715, la mijlocul Micii Ere Glaciare a existat o perioadă de activitate solară minimă, cunoscută sub numele de Maunder Minimum. Numărul petelor solare este minim în decursul acestei perioade.

maunderminimum
Efectele antropice sunt mici comparativ cu cele produse de Soare şi erupţiile vulcanice majore. Închiderea tuturor uzinelor, fabricilor, maşinilor şi utilajelor, stoparea întregii industrii umane nu ar avea vreun efect major asupra temperaturii planetei. Însă dacă Soarele intră în restrângere de activitate atunci avem o problemă serioasă. În anul 2008 observaţiile făcute de NASA confirma faptul că Soarele intră într-o perioadă de minim al activităţii sale. Cu alte cuvinte, indiferent ce cred partizanii efectului de seră, pe Terra va începe un proces de răcire a climei. Procesul de răcire globală va fi mult mai periculos pentru civilizaţia actuală decât cel de încălzire globală !

http://www.geocraft.com/WVFossils/ice_ages.html

BBC News: What happened to global warming ?

Unstoppable Solar Cycles