Husk mig
▼ Indhold

Fusionsenergi

Fusionsenergi er den energi, der fremkommer, når to atomkerner smelter sammen. Denne proces sker konstant på solen og frembringer enorme mængder af energi på en miljøvenlig måde i modsætning til eksempelvis forbrændingen i en dieselmotor.

Energien opstår ved, at de to typer af brintkerner, deuterium og tritium, ved meget høje temperaturer omdannes til helium. For hver fire brintatomer, der i plasmaform smelter om til ét heliumatom, frigives energi. Plasma er den varmest kendte tilstand et stof kan være i, hvor atomerne bevæger sig frit og hurtigt mellem hinanden. Fx kan vand være i isform, flydende form og plasmaform. Helium er det eneste spildstof fra en fusionsproces, og fusionsenergi giver derfor håb om en ganske miljørigtig form for energiudvinding til afløsning af traditionelle kulkraftværker.

Traditionelle kernekraftværker benytter fissionsenergi, som går ud på at såkaldte tunge atomer splittes, hvorved der opstår energi. Denne form for kernekraft har før været årsag til nedsmeltningskatastrofer, som fx. Windscale-ulykken i Storbritannien i 1957 og Tjernobyl-ulykken i daværende Sovjetunionen i 1986.
Ulykkerne skete, fordi en fissionsproces kan løbe løbsk og nedsmelte. I modsætning hertil, kan fusionsprocesser ikke på samme måde fortsætte uforsætligt, og regnes derfor for værende mere sikre. Samtidig er den radioaktive stråling fra fusionsenergi mindre end ved udvinding af fissionsenergi.
Forskere på området er endnu ikke klar til at anvende forskningen i produktion, fordi det stadig kræver for meget energi at frembringe så høje temperaturer, som fusion kræver her på Jorden.

Eksterne links/kilder:
Europa-Kommissionen: Energi og fusion: fremtidens udfordringer

Kilde: Berlingske Research. Udarbejdet år 2009, hvorfor oplysninger kan være forældede, og evt. rettelser kan mangle. Få aktuel viden om klima på Berlingske Viden.

Fra SKOLEduel:
Fusion er på en måde det stik modsatte af det, vi normalt forbinder med kernekraft. I et almindeligt kernekraftværk spalter man atomkerner i en proces, der hedder fission. Det frigiver enorme mængder energi.

I et fusionskraftværk får man atomerne til at smelte sammen. Det giver energi, når lette atomkerner smelter sammen til tungere. For eksempel kan man få to særlige former af brint til at smelte sammen til en heliumatomkerne. Man kalder processen en fusion, og det frigiver store mængder energi. Stjernernes og solens energi dannes ved fusion.

De to former for brint, som man bruger i fusion, hedder deuterium og tritium. En almindelig brintatomkerne består kun af en proton. Men deuterium består af en proton plus en neutron. Derfor hedder det også tungt brint. Og tritium består af en proton og to neutroner. Derfor hedder det også ekstra tungt brint. Deuterium findes naturligt på jorden og kan blandt andet udvindes af vand. Tritium findes til gengæld kun i ganske små mængder i naturen. Men tritium kan fremstilles ud fra grundstoffet litium, ved at beskyde litium med neutroner.

Fusionsenergi er stadig fremtidsmusik og noget, der især foregår på tegnebordet i blandt andet EU. Men det er allerede lykkedes at producere 16 MW fusionsenergi i nogle få sekunder. Der er dog stadig lang tid til, at der står et stort fusionskraftværk. Det ligger sikkert mindst 50 år ude frem i tiden. Der er mange tekniske vanskeligheder der skal løses først. Og det vil koste milliarder af kroner.

Hvis det lykkes at udvikle fusionsanlæg, så er der til gengæld udsigt til at skabe en energiform med mange fordele. En dansker vil for eksempel kunne få dækket et helt livs elforbrug med omkring 25 gram af stoffet litium og 215 liter vand. Affaldsproduktet er 2 kg helium, og det kan man bruge i både balloner og i industrien.

Fusionsenergi kan typisk bruges til at producere elektricitet. Men man kan også bruge spildvarmen til fjernvarmeanlæg, ligesom kraftværker i dag også både producerer elektricitet og varme.

Fusionsenergi kan være en af de energiformer, der kan løse verdens energiproblemer i fremtiden. Hvor meget støtte skal den have, før man ved, om det lykkes at udvikle fusionsanlæg? I dag får vedvarende energi langt større støtte til forskning og produktion. Bør fusionsenergien have lige så meget støtte, hvis den skal have en chance for at blive til noget?

Tankeeksperiment: Hvad sker der med Fusions-energien i fremtiden?
Fusionsenergien er stadig på forsøgsstadiet. De fleste er enige om, at fusionsenergi tidligst kan tages i brug om 40-50 år. Og der er stadig ingen sikkerhed for, at denne energiform lykkes. Danmark er involveret i forskning indenfor fusionsenergi.

Ligger fusionsenergien for langt ude i fremtiden til, at den er værd at satse på? Eller er man netop nødt til at tænke meget langsigtet, fordi vi nok også har energi-problemer om både 50 og 100 år?

Fordele ved fusionsenergi
Den løber ikke tør for brændselskilder. I fusionsenergi bruger man nogle særlige varianter (isotoper) af brint. De hedder deuterium og tritium. Deuterium findes naturligt i vand, og tritium kan laves ud fra grundstoffet litium som findes mange steder på jorden

Under almindelig drift har fusionsanlægget ikke udslip af radioaktivitet, CO2 eller andre forurenende stoffer

Ulemper ved fusionsenergi
Fusionsprocesserne kan ikke løbe løbsk. Hvis fusionskraftværket bliver ødelagt afkøles plasmaet automatisk, så det går i stå. Massen af hele plasmaet i reaktoren er kun cirka 1 gram, og hvert sekund skal der tilføjes nyt brændstof til at holde plasmaets temperatur oppe på de 100 millioner grader. Det er derfor, at plasmaet afkøles, og processen går i stå, hvis fusionskraftværket bliver ødelagt.

Der produceres ikke egentligt radioaktivitet affald. Men selve fusionsanlægget bliver radioaktivt under produktionen af energi. Det bliver faktisk så radioaktivt, at man ikke kan opholde sig derinde. Derfor skal al vedligeholdelse og reparation af anlægget foregå ved hjælp af robotter. Der er altså en vis mængde affald fra selve reaktorens materiale. Men det vil kun være radioaktivt i 50-100 år afhængig af hvilket materiale reaktoren er lavet af. Det er kort tid sammenlignet med affald fra almindelige kraftværker, hvor det tager tusindvis af år, før affaldet ikke er radioaktivt mere.

Udfordringer ved fusionsenergi
Der går nok mindst 40-50 år, før man kan producere energi ved hjælp af fusions-energi. Før i tiden arbejdede man ud fra en idé om, at fusionsanlæg skulle være meget store. Men hvis et land baserer sin energiforsyning på den model for fusionsenergi kan det være sårbart. For hvis anlægget sætter ud, vil rigtig mange mennesker blive ramt. Men ny udvikling indenfor fusionsenergi betyder, at fusionskraftværkerne ikke nødvendigvis bliver så meget større, end de kraftværker vi har i dag.

Hvis man laver det tankeeksperiment, at Danmark skulle have al sin energi – inklusiv energien til transport – fra fusionsenergi, så ville vi have brug for 20 kraftværker. I den model kunne man for eksempel godt lave reparationer på et eller to værker, uden at det påvirkede elforsyningen.

Spørgsmål
Er det værd at forske mere i en energiform, som først kan bruges om 40-50 år. Det er vel her og nu, der er brug for alternativer til olie og kul? Eller er vi nødt til allerede i dag at udvikle nogle gode ideer til energiforsyning i fremtiden?

Hvorfor er fusion ikke så farlig som fission
Fusionsenergi opstår ved kerneprocesser. Derfor dannes der også radioaktivitet.

Men problemerne er alligevel helt anderledes end ved almindelig kernekraft. Der produceres for eksempel ikke højradioaktivt affald som på et almindeligt kernekraftværk. Til gengæld bliver selve anlægget radioaktivt, når det er i drift. Det sker på følgende måde:
  • Under fusionen smelter de to brintformer deuterium og tritium sammen. Det nye stof er helium. Det består af to protoner og to neutroner. For hver af disse fusioner bliver der en neutron til overs. Den frigives og banker ind i reaktorvæggen. Disse frie neutroner er med til gøre reaktorvæggen radioaktiv. Når kraftværket en dag skal lukkes ned, er der altså radioaktivt affald fra reaktoren. Her går der typisk omkring 50 år, før dette materiale er blevet ikke-radioaktivt.
  • Stoffet tritium, som bruges til fusionen med deuterium, er også radioaktivt. Men man behøver kun få kilo radioaktivt tritium på et fusionsanlæg. Hvis man vil lukke et fusionskraftværk ned, vil man typisk først bruge den tritium, der er på kraftværket.
  • Hvis der skulle ske en ulykke på et fusionskraftværk, er tritium desuden ikke nær så radioaktivt som for eksempel plutonium og uran fra nutidens kernekraftværker. Tritium har for eksempel en halveringstid på 12,3 år, mens plutonium-239 har en halveringstid på omkring 24.000 år.
  • Vurderingen er, at radioaktiviteten på et fusionsanlæg er langt mindre end på et almindeligt kernekraftværk.
  • Hvis der skete et alvorligt uheld på et fusionsanlæg, behøver man ikke at evakuere befolkningen uden for kraftværket, mener eksperter. Et fusionsanlæg har heller ikke problemer med transport af farligt stof til og fra anlægget. For brændstoffet tritium laves ud fra lithium på selve anlægget.
  • Mængden af radioaktivt stof i en fusionsreaktor vil altid være lille, og der er kun nok brændstof til få minutters forbrænding. Processen går ganske enkelt i stå, hvis man ikke fylder mere brændstof på. På et traditionelt kernekraftværk kan der ske en nedsmeltning i reaktorerne. Men det kan ikke lade sig gøre i et fusionsanlæg.
Der er stadig en vis risiko ved fusionsenergi. Men der er jo fordele og ulemper ved enhver energiproduktion. Hvor meget skal vi vælge at leve med? Hvornår er fordelene større end ulemperne?

Fusion på jorden kræver enorme temperaturer
I solen foregår der fusion af brintatomer hele tiden og helt af sig selv. Det er dels fordi, der er masser af brintatomer og dels på grund af et enormt tryk og en ekstrem høj temperatur. Nemlig 15 millioner grader Celsius.

Det er noget sværere at skabe fusion her på jorden. Brintkernerne er nemlig positivt ladede. Det betyder, at de vil frastøde hinanden, lidt ligesom når man forsøger at holde de positive poler fra to magneter tæt på hinanden (det har alle, der har leget med Brio tog prøvet – så vil vognene ikke hænge sammen). Her på jorden kan vi ikke skabe et tryk, der er lige stort som i solen. Men man kan øge temperaturen fra de 15 millioner grader til over 100 millioner grader Celcius. Man mener, at den optimale temperatur ligger helt oppe på omkring 200 millioner grader Celcius – altså mere end 10 gange så varmt som inde i solens centrum” Det giver en kraftig fusion, som kan bruges som energikilde.

Hvad sker der?
Man skal bruge to særlige former af brint for at lave fusion. De hedder deuterium og tritium.

I almindelig brint er kernen bare en proton. Uden om svæver en elektron. I deuterium har kernen både en proton og en neutron. Derfor kaldes deuterium også for ”tungt brint”. Tritium hedder ”meget tungt brint”, fordi kernen består af en proton og to neutroner.

Når man varmer deuterium og tritium op til over 100 millioner grader, river elektronerne sig løs. Men kernerne holder stadig sammen. Denne substans kalder man for plasma. I plasmaet begynder deuterium og tritium at fusionere. Der dannes en heliumkerne og en løs neutron, samtidig med at der skabes en masse energi.

Der er masser af deuterium i verden, da det findes i havvand. I en liter havvand er der 33 mg deuterium. Tritium kan dannes ud fra stoffet lithium. Det er der også rigeligt af – ja nok til milliarder af år.

Det siger næsten sig selv, at et plasma på omkring 200 millioner grader ikke er så nemt at håndtere. Men fordi det er elektrisk ledende, så kan det blive holdt "spærret inde" af nogle meget kraftige magnetfelter.

ITER næste skridt for fusionsenergien
Iter Betyder “vejen” på latin. Det er også navnet på et internationalt forskningsprojekt, hvor flere tusinde forskere fra hele verden arbejder sammen om at komme videre med at udvikle fusionsenergi. Indtil videre har de designet, det de kalder en ITER-tokamak, som er en slags prototype på et fusionskraftværk. ITER-reaktoren skal bygges i Cadarache i det sydlige Frankrig. Der er også danske forskere med i ITER-projektet.

Ordbog
Brint
Det enkleste og letteste atom, der findes i universet. Atomets kerne består kun af en proton. Uden om cirkulerer en elektron.

Deuterium
En særlig form af brint, hvor der er en ekstra neutron i kernen. Deuterium findes naturligt i vand i små mængder. En vis del af naturligt vand er altså det, der hedder ”tungt vand”, fordi det indeholder deuterium, som er tungere end almindelig brint.

Tritium
En radioaktiv form af brint, hvor der er to ekstra neutroner i kernen. Tritium er farlig, hvis man får den ind i kroppen. Tritium findes kun i ganske små mængder i naturen. Det er derfor man har brug for litium. Man kan nemlig fremstille tritium ud fra litium ved at beskyde litium med neutroner.

Isotoper
Deuterium og tritium er det man kalder isotoper af brint. Isotoper af et grundstof har det samme antal protoner i atomkernen, men de har forskellige antal neutroner. Derfor har forskellige isotoper også forskellige atomvægte. I deuterium er der én ekstra neutron i atomkernen og i tritium er der to ekstra neutroner i atomkernen.

Litium
Grundstof, som findes mange steder i verden. For eksempel både i havvand og jord. Litium bruges også i litiumbatterier.

Kilde: SEAS-NVE






 0 kommentar(er) · 4145 fremvisninger

Kommentarer
Der er ikke skrevet kommentarer til denne artikel.

Deltag aktivt i debatten om artiklen Fusionsenergi:

Husk mig

Lignende indhold
DebatterSvarSeneste indlæg
Fusionsenergi - en fremtidig energikilde322-04-2014 18:30
▲ Til toppen
Afstemning
Bør der indføres en klimaafgift på oksekød, som foreslået af Etisk Råd?

Ja

Nej

Ved ikke


Tak for støtten til driften af Klimadebat.dk.
Copyright © 2007-2016 Klimadebat.dk | Kontakt | Privatlivspolitik