Ydinvoiman avulla tuotettu energia herättää paljon keskustelua puolesta ja vastaan. Atomin halkaisemiseen perustuva tekniikka tuottaa kohtuullisen paljon energiaa ja siihen tarvittava tekniikka on ollut käytettävissä jo kymmeniä vuosia. Tätä kutsutaan fissioenergiaksi. Hienoa tässä tavassa tuottaa energiaa on se, että se ei saastuta ympäristöä ja että tällä tavoin pystytän tuottamaan energiaa lähes rajattomasti. Sen huonoihin puoliin kuuluu kuitenkin ja ennen kaikkea tekniikan tuottama jäte, joka on myrkyllistä vielä tuhansia vuosia käytön jälkeen.

Globaalin energian tarpeen lisääntyessä ja fossiilisten polttoaineiden saatavuuden rajallisuuden sekä niiden käytön aiheuttamien ympäristöongelmien takia ydinvoimaakin kehitetään jatkuvasti. Kiinnostavin mahdollisuus tulevaisuuden energian tarpeen tyydyttämiseksi ydinvoiman avulla on fuusioenergia. Fuusio tässä yhteydessä tarkoittaa, että yhdistetään kaksi atomia yhdeksi ja näin vapautuu paljon energiaa, joka sitten hyödynnetään. Teoreettisesti hyvin yksinkertaista mutta käytännössä erittäin haasteellista. Fuusioenergian määrä verrattuna fissioenergiaan on moninkertainen. On mainittu, että yksi ammeellinen vettä ja yksi kännykän litium akku voisivat tuottaa yhden Euroopan Unionissa asuvan henkilön energiatarpeen 30 vuodeksi.

Eroon radioaktiivisista jätteistä

Fuusioenergian tuottama jäte ei ole radioaktiivista, eli se ratkaisisi myös fissioenergian suurimman ongelman. Sen tuottama jäte on lähinnä heliumia. Lisäksi fuusioenergian käyttö on turvallisempaa kuin fissioenergian, sillä jos fuusioreaktioon tulee ongelma, se loppuu automaattisesti, kun taas fissioenergian tuotanto vain jatkuu, ellei sitä pystytä sulkemaan automaattisesti.

Valitettavasti tämä ei kuitenkaan ole niinkään yksinkertaista. Vaikka fuusio on teoriassa suhteellisen yksinkertainen, kaksi atomia yhdistetään yhdeksi ja vapautunut energia otetaan hyötykäyttöön, sen käytännön toteuttaminen on kuitenkin kaikkea muuta kuin yksinkertaista. Esimerkiksi Deuterium – Tritium reaktio vaatii 90 miljoonan asteen lämpötilan toimiakseen. Suuri ongelma on myös se fakta, että kaikki atomit ovat ytimeltään positiivisesti varautuneita, joten ne hylkivät toisiaan. Kuten tiedetään, lämpö on atomien liikettä. Kun lämpöä johdetaan riittävän paljon atomeihin, niiden ytimet törmäävät toisiinsa yhdistyen, positiivisesta varauksesta huolimatta.

Tokamak

Toruksen eli munkkirinkilän muotoinen tokamak-reaktori on tavallisin laite fuusioenergiaa tutkittaessa. Tämä muodoltaan munkkirinkilää muistuttava laite on voimakkaiden magneettikenttien ympäröimä tyhjiökammio. Sen sisällä on erittäin kuumaa vetyplasmaa, jota pidetään paikallaan sähkövirralla, jonka teho on miljoonia ampeereja. Koska magneettikentät ovat erittäin voimakkaita, laitteeseen tarvitsee syöttää tehoja useita kymmeniä megawatteja. Koska tokamak-reaktorissa on kuitenkin paljon tekijöitä, jotka tekevät sen toiminnan epävakaaksi, ei siinäkään ole toistaiseksi onnistuttu ylläpitämään fuusioreaktiota kovin pitkään. Tällä hetkellä siis reaktorista on saatu ulos vain hetkellisesti enemmän tehoa kuin sinne on syötetty. Laitteen idean kehittelivät venäläiset ydinfyysikot Andrei Saharov ja Igor Tamm vuonna 1951.

Tulevaisuuden suuntaviivoja

Provencessa, Etelä-Ranskassa, rakennetaan tällä hetkellä ITER-nimeä kantavaa tokamak-reaktoria. Sitä pidetään maailman suurimpana tiedeprojektina. Hankkeen laajuutta kuvaa se, että lähes puolet maailman väestöstä on osallisina projektissa valtioidensa kautta. Jo pelkkä laitteen rakennustyö kestää vuoteen 2027, jolloin laitteella on suunniteltu tehtäväksi ensimmäisiä kokeita. Toisaalta suomalaisella kokemuksella voi sanoa, että nopeaa ei ole myöskään fissioreaktorin rakennustyö. Kustannukset on arvioitu yli 15 miljardiksi euroksi. Tavoitteena on saada fuusioenergiaa sähköverkkoihin vuonna 2050.

Fuusioenergian ympärille on kehittynyt useita pieniä yrityksiä, jotka uskovat kehitelleensä jotakin tokamakia toimivampaa ja kenties halvempaa ja yksinkertaisempaa. Näin ne haastavat suuret tutkimuslaitokset. Esimerkiksi yhdysvaltalainen TAE-yhtiö lähestyy ongelmaa hieman eri tavoin. He ampuvat kaksi plasmavirtaa toisiaan vasten lähes miljoonan kilometrin nopeudella ja ovat näin kertomansa mukaan saavuttaneet merkittäviä tuloksia. Tavoitteenahan on saada reaktio jatkumaan tarpeeksi pitkään ja riittävän kuumana. He yrittävät tuottaa fuusioenergiaa eri lailla kuin muut, eli käyttäen hyväkseen lähes kolmen miljardin asteen lämpötilaa. Pyrkimyksenä on yhteyttää vety-ytimiä ja booria, jolloin reaktiossa ei vapautuisi protoneja, jotka ovat radioaktiivisia ja rapauttavat laitteistoa.

Lisää muista energiantuotannon tulevaisuuden suunnista voit lukea tästä artikkelistamme.

Stellaraattori

Stellaraattori on tokamakia monimutkaisempana pidetty reaktorilaite. Saksalainen Wendelstein 7-X stellaraattori on tämän hetken kuumin laite fuusiotutkimuksessa. Vaikka se on rakenteeltaan monimutkaisempi, kuin tokamak, on se pystynyt ylittämään tutkijoiden ylitykset toiminnallaan. Se piti plasmaa koossa tuplasti sen ajan, mitä odotettiin sekä saavutti 90 miljoonan asteen lämpötilan. Stellaattorin valttina voidaan pitää sen vakautta. Siihen tarvittava voimakas magneettikenttä luodaan ulkopuolella sijaitsevilla keloilla, joka tekee plasmasta vakaamman kuin tokamakissa, jolloin plasman pitäminen vakaana pitkään on helpompaa. Stellaattorin nopea kehitys lupaa hyvää fuusioenergian saatavuuden kannalta. Laitteen kehityksessä on mukana myös suomalaista osaamista. Käytössä on suomalainen ”numeerinen työkalupakki”, jonka avulla voidaan mallintaa monimutkaisen laitteiston seinämät ja magneettinen geometria.

Stellaraattorinkaan rakentaminen ei ole ollut helppoa. Sitä on rakennettu 19 vuotta ja kustannukset ovat nousseet yli miljardiin euroon. Stellaattori tai ITER -reaktorit eivät tule tuottamaan sähköä, vaan ovat tutkimuslaitteita.

Huolimatta uusista innovaatioista ja aiheen ympärille muodostetuista uusista yrityksistä, tulee kestämään vielä pitkän tovin, ennen kuin fuusioenergiaa voidaan tuottaa kaupallisesti mielekkäästi. Toisaalta, ilmastonmuutoksen nopeus lisännee tähän suunnattavia resursseja. Kysymys kuuluukin, tuleeko fuusioenergia ajoissa hidastaakseen osaltaan tätä prosessia.