Vaatimatonta ulko-ovea on vaikea löytää. Hervantalainen halli on yhtä ankea ulospäin kuin tammikuinen sää. Sen sisällä tehdään kuitenkin historiaa.
Tutkijat ovat haaveilleet pitkään turvallisesta ja päästöttömästä fuusioenergiasta. Ikuisuusprojektista on nyt näkyvissä myös suomalaisia konkreettisia edistysaskeleita.
Tamperelaisessa teollisuushallissa on kehitetty vastaus kahteen fuusioenergian ongelmaan. Teknologian tutkimuskeskus VTT on ollut mukana kansainvälisissä kehityshankkeissa.
VTT:n johtava tutkija, tekniikan tohtori Timo Määttä on ylpeä.
– Tällaista ei ole kehitetty missään muualla, hän sanoo ja näyttää toista huoltoon tarkoitetuista laitteista.
Turvallinen ja päästötön
Fuusioenergia eroaa monella tavalla perinteisestä ydinvoimasta. Perinteinen ydinvoima perustuu fissioreaktioon, jossa atomeja hajotetaan. Fuusiossa energiaa syntyy yhdistämällä eri atomeja keskenään.
Perinteisessä ydinvoimassa reaktiossa käytetään uraania, joka on ehtyvä ja väärissä käsissä vaarallinen luonnonvara. Fuusioenergiassa puolestaan käytetään maailman yleisintä alkuainetta vetyä ja sen deuterium-muotoa. Tätä saadaan merivedestä käytännössä loputtomasti.
Ydinvoimassa ongelma on, miten ydinjäte varastoidaan jopa sadoiksituhansiksi vuosiksi. Fuusioenergiassakin syntyy radioaktiivista jätettä, mutta sitä tulee Määtän mukaan hyvin vähän.
– Radioaktiivinen jäte voidaan käyttää uudelleen 50 vuoden varastoinnin jälkeen, Määttä luettelee etuja.
Yksi fuusioreaktori voisi tutkijan mukaan tuottaa yhtä paljon energiaa kuin esimerkiksi yksi Suomen ydinvoimaloista. Myös rakentamiskustannukset olisivat Määtän mukaan yhtä isot.
Fuusioenergian turvallisuutta lisää se, että tutkijoiden mukaan se ei aiheuta ydinonnettomuuksia. Jos jokin reaktorissa menee pieleen, se ajaa itsensä alas ja pysähtyy.
Fossiilisesta energiasta fuusioenergia eroaa puolestaan niin, että sen tuotannossa ei vapaudu kasvihuonekaasuja.
Rauhanajan ydinenergiaa
Tiedemaailman katseet ovat jo pitkään olleet fuusioenergiassa. Ilmastonmuutos, Iranin ja Yhdysvaltain uhittelu ja huoli raaka-aineiden riittämisestä luovat paineita kehittää uusia tapoja tuottaa energiaa.
– Fuusiovoima on rauhanajan ydinenergiaa, tästä ei voi tehdä sotilaallisia aseita, Määttä sanoo.
Tutkija hymähtää, että ehkä siitä syystä kehittäminen on kestänyt niin kauan. Rauhan ponnisteluihin ei riitä rahaa niin paljon kuin sotilaallisiin projekteihin.
Fuusioenergiaa on kehitetty jo 1950-luvulta lähtien. Vasta nyt Ranskaan on nousemassa suuri ITER-koefuusioreaktori, jossa fuusiovoimaa päästään käytännössä kokeilemaan. Tätä ennen maailmalla on ollut useita pienempiä tutkimusreaktoreita.
Vieläkin tähtäin on kaukana. EU-komission tavoitteena on ollut saada fuusioenergia sähköverkkoihin jo 2050-luvulla. Sen tiellä on vielä monta estettä.
Hankkeessa ovat mukana Euroopan lisäksi Kiina, Intia, Japani, Venäjä, Etelä-Korea ja Yhdysvallat. Suomessa mukana on ollut parikymmentä yritystä ja tutkijoita yliopistoista ja VTT:ltä.
Reaktoriin toimitetaan Tampereen VTT:llä kehitettyjä komponentteja. Prototyypit ovat jo valmiina ja nyt Tampereella suunnitellaan laitteita, jotka myöhemmin huoltavat tutkimusreaktoria.
– Tämä on kuin kymmenentuhannen metrin juoksu, mutta nyt olemme päässeet maalisuoralle, Määttä uskoo.
Kaikkea muuta kuin helppoa
Insinöörit olisivat jo kehittäneet fuusiovoiman, jos se olisi helppoa. Se on kaikkea muuta.
ITER-koelaitoksen reaktorista tulee 30 metriä leveä ja 11 metriä korkea. Reaktorin Tokamak-sydän painaa liki kolmen Eiffel-tornin verran.
Reaktori on kuin donitsi. Sen ytimen sisällä yhdistetään vedyn isotooppeja, jolloin syntyy heliumia ja vapautuu neutroneja ja energiaa. Kun mukaan laitetaan lyijyä, saadaan Timo Määtän mukaan polttoainetta, tritiumia. Reaktio toimii sykäyksittäin.
– Se on kuin kaksitahtinen polttomoottori, Määttä kuvaa.
Paitsi ettei ollenkaan niin yksinkertainen.
Plasma ei saisi karata
Ensinnäkin tutkijoiden on ollut vaikea saada fuusioreaktio kestämään niin kauan, että energiaa syntyisi. Tällä hetkellä reaktio kestää Määtän mukaan pisimmillään yli minuutin. Tätä ongelmaa ratkotaan niin, että reaktiota toistetaan ja toistetaan peräkkäin.
Toinen ongelma on, miten saada plasma eli aine pysymään reaktorin isossa pytyssä tyhjössä niin, ettei se koske mihinkään. Itse ainetta on Määtän mukaan vain vajaat pari sataa grammaa, mutta sen hallinta on osoittautunut vaikeaksi.
Fuusion synnyttämä plasma on 150 miljoonan asteen lämpöistä, eikä tällaista kuumuutta kestä mikään materiaali. Siksi aine ei saisi koskea reaktorin seiniä.
Plasman paikalla pysymisessä auttavat Määtän mukaan maailman suurimmat magneetit. Reaktorirenkaan ympärillä oleva jäähdytin viilentää magneetit -269 asteeseen, jolloin ne ovat suprajohtavia.
Kun reaktori on otettu käyttöön, ihminen ei voi olla hetkeäkään reaktorin ytimessä. Se on radioaktiivinen ja vaarallinen. Siksi reaktori pitää huoltaa roboteilla ja etäohjauksella.
Juuri tätä tamperelaiset ovat kehittäneet.
Keksintöjä reaktorin huoltamiseen
Fuusioreaktiossa kertyy radioaktiivista neutronipölyä. Reaktorin pohjalla on tuhkakuppi, joka muodostuu 54:stä 9 000 kilon kasetista. Kasetit keräävät pohjalle kertyneet pölyt pois.
Tamperelaiset ovat olleet kehittämässä sitä, miten nämä kasetit saa liikutettua reaktorista pois ja vietyä uudet tilalle.
Timo Määttä kävelee tunnelissa, jossa liikutellaan näitä pölyn kerääjiä. Näitä liikuttava laite perustuu vesihydrauliikkaan, ja se on vaatinut useita erillisiä innovaatioita.
Viikkosiivouksesta ei ole kyse, vaan kasetit voidaan vaihtaa ehkä jopa vain kymmenen vuoden välein. Huoltoa pitää kuitenkin testata jatkuvasti. Huoltoa varten reaktori jäähdytetään sataan asteeseen.
Reunaehtoja on ollut paljon säteilyn, lämpötilan ja tilan ahtauden takia.
– Tämä ylämäki on ollut yksi ongelma, mutta olemme saaneet ratkaistua sen, Määttä näyttää tunnelissa.
Ihmeliitin
Tamperelaisten tutkijoiden piti kehittää myös erillinen liitin, jonka avulla päästään tutkimaan, mitä tapahtuu reaktorin sisällä. Fuusioreaktoriin ei voi laittaa tavallista töpseliä.
Liittimen asennuksessa hyödynnetään virtuaaliosaamista, jota on kehitetty myös Tampereella. Kamera sulaisi, mutta virtuaalikuvan avulla robotti osaa suunnistaa ja esimerkiksi kiristää oikeaa ruuvia.
Alle 35 kilon liittimeen piti mahtua yli sata kaapelia ja yli 200 liittimen piikkiä. Tarpeeksi kestäviä piikkejä ei ollut löytyä mistään, mutta lopulta ne löytyivät.
– Tätä liitintä ei kehitetä muualla maailmassa kuin Suomessa, Määttä sanoo.
Hallissa on käynyt ulkomaisia tutkimusryhmiä ihmettelemässä. Britit epäilivät ennen yhteistä kokousta, kulkevatko puhdistuskasetit suomalaisten tunnelissa tarpeeksi tasaisesti. Tamperelaisryhmä teki videon, joka osoitti rautalangan ja kahden neulan avulla, että kyllä kulkee. Rautalanka ei juuri väpäjä, vaan pysyy ajon ajan neulansilmässä.
Siitä asiasta ei sitten enää kyselty.
Tulevaisuus?
Määttä harmittelee, että Suomessa ei enää juuri rahoiteta fuusiotutkimusta, vaan raha tulee ulkomailta. Määttä koordinoi aiemmin yritysyhteistyötä, mutta nyt siihen ei ole enää kansallista rahaa.
Tampereelta nämä laitteet lähtevät arviolta 5–10 vuoden kuluttua Ranskaan. Testialustat halutaan koulutuskäyttöön. Silloin Määttä on todennäköisesti jo eläkkeellä. Hän on tehnyt töitä lähes kymmenen viime vuotta fuusiovoiman eteen.
– Mielenkiintoisia projekteja tekee mielellään. Tämä on niin monimutkainen reaktori ja sen komponenttien kehittämisessä tulee aina yllätyksiä.
Kolmen lapsenlapsen isoisältä on pakko kysyä, voiko fuusiovoima pelastaa maailman.
– Kyllä ehdottomasti. Tämä on tulevaisuuden energialähde.
Aiheesta voi keskustella 14.1. kello 22.00 asti.
Lue lisää:
Eroon öljystä ja ydinjätteistä – Saasteeton fuusioenergia voi tulla alle kymmenessä vuodessa