Viimeinen etappi fuusiovoimala ITERin rakentamisessa alkaa – Alkaako energiantuotannon Graalin malja vihdoin siintää?

Lue seitsemän kysymystä ja vastausta hankkeesta, joka voi onnistuessaan mullistaa koko maailman energiantuotannon.

fuusioenergia
koelaitos
Tästä eteenpäin. Britanniassa sijaitseva koelaitos JET (Joint European Torus) on monessa mielessä ITERin edeltäjä: se toimi tritiumilla ja deuteriumilla, ja sen avulla on kehitetty ITERissä käyttöön tulevaa tekniikkaa.JET

Tänään tiistaina Etelä-Ranskassa juhlitaan kansainvälisen, kokeellisen fuusioreaktori ITERin tärkeää välietappia: seinien rakentamisen jälkeen varsinaisen fuusioreaktorin kokoonpano alkaa.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) on jättimäinen hanke, jonka tarkoituksena on tehdä ensimmäinen suurikokoinen fuusioreaktori, jonka avulla voidaan tutkia, miten fuusioenergia sopii mahdollisesti rutiininomaiseen energiantuotantoon.

Fuusiofriikeille se on askel kohti saasteetonta, turvallista ja käytännössä rajattomasti saatavissa olevaa energiaa. Kriitikot muistuttavat monista hankaluuksista ja olettavat, että ITER tulee vain todistamaan sen, ettei fuusio ainakaan tässä muodossa ole käytännöllistä.

Ensimmäisten koekäyttöjen on tarkoitus alkaa vuonna 2025, jolloin vähitellen saadaan vastauksia kysymyksiin ja epäilyksiin. Yle listasi seitsemän kysymystä, jotka askarruttavat fuusioenergiassa.

Mitä on fuusioenergia?

Kaikki nyt toiminnassa olevat ydinvoimalat toimivat fissioreaktion avulla. Siinä hyvin raskaan atomin (kuten uraanin) ydin hajoaa kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi ytimeksi. Samalla osa massasta muuttuu energiaksi Albert Einsteinin kuuluisan kaavan E=mc2 mukaan.

Fuusiossa tapahtuu päin vastoin: kevyet atomiytimet yhtyvät raskaammiksi, jolloin myös vapautuu energiaa. Aurinko ja muut elämänsä arkirutiinivaiheessa olevat tähdet tuottavat energiansa fuusioimalla vetyä heliumiksi.

Fuusiosta syntyvän energian kaava.
Miku Huttunen / Yle

Miksi fuusio on niin kiinnostavaa?

Fuusioreaktoreissa pyritään jäljittelemään Auringon toimintaa, ja periaatteessa se tarjoaa lähes loputtomasti turvallista energiaa. Turvallisuus tulee siitä, että fuusiovoimaloissa toimintahäiriöt saavat reaktion hiipumaan, eivät riistäytymään valloilleen.

Vetyä on saatavissa paljon, eikä se ole radioaktiivista. Periaatteessa reaktorin pakokaasulla – heliumilla – voisi täyttää lapsille ilmapalloja.

Fuusiossa vapautuu myös todella paljon energiaa. Kun kilo vetyä fuusioituu, vapautuu noin 600 terajoulea energiaa. Tällä pyöritettäisiin koko Suomea noin 16 tunnin ajan (vuoden 2018 energiankulutuksen mukaan).

Mitä vaaroja tekniikkaan liittyy?

Fuusiovoimakaan ei ole täysin säteilyvapaata. Reaktiossa syntyy sivutuotteena runsaasti neutroneita, jotka saavat reaktorin seinät ja muut lähellä olevat kappaleet säteilemään.

ITERissä onkin reaktorin ympärillä 3,5 metriä paksu betonikuori, joka ei päästä sisällä syntyvää säteilyä sekä neutroneita ulkomaailmaan.

ITER-työmaa ilmasta kuvattuna
ITER-työmaan koko hahmottuu ilmakuvasta. Kaikkiaan pienen kylän kokoisella alueella on parikymmentä erillistä rakennusta, joista suurin on itse reaktorirakennus. Sen massa on 400 000 tonnia ja se lepää maanjäristykset kestävien palkkien päällä.ITER Organization / EJF Riche

Toinen hankaluus liittyy vetyyn. ITERissä tullaan käyttämään vedyn raskaita isotooppeja deuteriumia ja tritiumia. Deuteriumia saadaan kätevästi vaikkapa vedestä, mutta tritiumia täytyy tuottaa esimerkiksi fissioydinreaktoreilla. Maailmassa on tällä haavaa vain noin 25 kilogrammaa tritiumia, ja ITER tulee toimiessaan käyttämään sitä noin kilon vuodessa.

Miksi fuusioenergian tuottaminen on niin vaikeaa?

Fuusioreaktion käynnistyminen vaatii suuren hyvin korkean lämpötilan ja sen, että atomit ovat hyvin lähellä toisiaan. Käytännössä kaasua pitää siis puristaa kasaan ja kuumentaa noin 150 miljoonan celsiusasteen lämpötilaan.

Infografiikka ITER-fuusioreaktorista
ITER-fuusioreaktoriMiku Huttunen / Yle

Maailmassa on koko joukko pienempiä fuusiokoelaitoksia, joilla on onnistuttu pitämään fuusioreaktiota koko ajan pitempään toiminnassa, nostamaan plasman tiheyttä ja lämpötilaa korkeammaksi, ja tuottamaan yhä enemmän energiaa.

Mikä on ITER?

ITER on askel eteenpäin pienemmistä koelaitoksista. Se on ensimmäinen suurikokoinen fuusioreaktori, jonka avulla tutkitaan tekniikkaa ja menetelmiä, joilla fuusio voidaan valjastaa sähköntuotantoon.

Jos ITER toimii suunnitellusti, tehdään sen jälkeen DEMO-niminen sähköntuotantoon tarkoitettu koelaitos.

Reaktion käynnistäminen ja ylläpito vaatii ITERissä pienen kaupungin sähkönkulutuksen verran sähköä, ja toiveena on, että reaktiossa voitaisiin tuottaa noin kymmenkertaisesti energiaa verrattuna siihen, mitä reaktion synnyttämiseen vaaditaan.

Lockheed Martinin niin sanottu kompakti fuusioreaktori on yllättävän pieni. Laiteen idean keksi kuvassa poseeraava Thomas McGuire opiskelijana kuuluisassa MIT-yliopistossa. Kuva: Lockheed Martin
ITER-reaktorille on jo kilpailijoita. Lockheed Martinin niin sanottu kompakti fuusioreaktori on yllättävän pieni. Laiteen idean keksi kuvassa poseeraava Thomas McGuire opiskelijana kuuluisassa MIT-yliopistossa.Lockheed Martin

Miksi se sijaitsee Ranskassa?

ITER on Euroopan, Venäjän, Yhdysvaltain, Intian, Etelä-Korean, Japanin ja Kiinan yhteinen hanke. Jokaisessa maassa tehdään fuusiotutkimusta, mutta näin suuren ja kalliin (22 mrd. euroa) koelaitoksen tekeminen on järkevintä yhdessä.

Kuten aina suurissa kansainvälisissä tiedehankkeissa, käytiin laitoksen sijoituspaikasta ja työnjaosta pitkään kädenvääntöä. Lopulta Eurooppa vastaa 45 prosentista rahoituksesta ja sai kunnian toimia laitoksen isäntänä.

Kartta: Cadarachen sijainti Ranskan Etelä-osassa.
Renja Nurmi / Yle

Euroopan sisäisen kisan jälkeen paikaksi valittiin Cadarache Etelä-Ranskassa, koska siellä sijaitsee Ranskan atomienergiakomission ydintutkimuskeskus. Myös se hyötyy lähellä olevista monista sähkölinjoista ja jäähdytysvedestä.

Onko Suomi mukana?

Suomi on mukana hankkeessa Euroopan unionin jäsenmaksujen kautta. Suomen osuus on noin 0,6 prosenttia.

Yliopistoissa tehtävän fuusiotutkimuksen lisäksi Suomessa on suunniteltu ja rakennettu huoltorobotti ja kauko-ohjauslaitteisto, joiden avulla reaktorikammion sisällä olevia osia voidaan käsitellä.

Lue lisää: Tamperelaisessa teollisuushallissa on kehitetty tekniikkaa, joka voi vielä pelastaa maailman öljykriisiltä ja ydinjätteiltä

Tampereelle on rakennettu osa reaktorin alaosasta todellisessa koossa.
Tampereelle on rakennettu osa reaktorin alaosasta todellisessa koossa. VTT:n ja Tampereen teknillisen yliopiston yhteishankkeessa on kehitetty reaktorin huoltotyötä tekevää laitteistoa.VTT

Onko ITERille vaihtoehtoja?

Suurikokoinen fuusioreaktori ei välttämättä ole ainoa mahdollisuus fuusiovoimalaksi.

Esimerkiksi Lockheed-Martin-yhtiö Yhdysvalloissa on kehittämässä pienikokoista, rekka-auton konttiin mahtuvaa fuusioreaktoria. Siitä on kuitenkin varsin vähän tietoja julkisuudessa, joten toistaiseksi on vaikea sanoa, paljonko siinä on hypeä ja paljonko todellisia mahdollisuuksia.

Syy salailuun on se, että hanke on sotilaallinen: tulevaisuuden sädeaseet ja sähkömagneettiset kiskotykit vaativat runsaasti sähkövirtaa, ja sitä olisi kätevää tuottaa pienikokoisella fuusioreaktorilla.

Jos laite saadaan toimimaan, olisivat sellaiset periaatteessa erinomaisia myös siviilipuolen sähkötuotantoon. Kaupunginosilla tai suurilla taloyhtiöillä voisi olla omat fuusiovoimalat kellarissa.

Tällä hetkellä kuitenkin ITERin tyyppinen, sähköntuotantoon suunniteltu suurikokoinen fuusioreaktori on edelleen kaikkein lupaavin tekniikka. Tuskin sellaiset ovat kuitenkaan käytössä ennen 2030-luvun puoliväliä.

Voit keskustella aiheesta keskiviikkoon kello 23:een saakka.

Lue lisää:

Eroon öljystä ja ydinjätteistä – Saasteeton fuusioenergia voi tulla alle kymmenessä vuodessa

Suomi sai tärkeän huoltotehtävän fuusioenergiahankkeessa