Teksaslı Araştırmacılar Çevre Dostu Nükleer Füzyon Yakıtı Üretmenin Yolunu Buldu

Füzyon enerjisinin vaadi, tüm dünya için ucuz ve bol enerji sağlamak. Bilim insanları bu konuda büyük ilerleme kaydetti, ancak hâlâ önlerinde aşılması gereken birçok engel var. Bunlardan biri yakıt üretimi. Yakıt üretimi, büyük miktarda zenginleştirilmiş lityum gerektiriyor. Lityum zenginleştirme çevresel bir felaket olmuştu, ama Teksas’taki araştırmacılar bunu çevreye zarar vermeden ve uygun maliyetle yapmanın bir yolunu bulmuş olabilir.

Texas A&M Üniversitesi’ndeki bir araştırma ekibi, bu yeni süreci, petrol ve doğalgaz çıkarma sırasında kirlenen yeraltı sularını temizlemek için bir yöntem üzerinde çalışırken tesadüfen keşfetti. Araştırmaları, “Electrochemical 6-Lithium Isotope Enrichment Based on Selective Insertion in 1D Tunnel-Structured V2O5” başlıklı makaleyle bilimsel dergi Chem’de yeni yayınlandı.

Bu araştırmanın nükleer füzyona etkisi muazzam olabilir. “Nükleer füzyon, Güneş gibi yıldızlarda salınan enerjinin başlıca kaynağıdır,” diyor ETH Zürich ve Texas A&M’de profesör ve araştırmacı olan makale yazarlarından Sarbajit Banerjee Gizmodo’ya. Dünyada füzyon yapmanın en basit yolu, trityum ve döteryumu izotopları ile gerçekleştiriliyor. Trityum nadir ve radyoaktif olduğundan, reaktörler şu anda onu talep üzerine “üretip” enerji oluşturuyorlar.

Trityumu üretmek için lityum izotopları nötronlarla bombardıman ediliyor. Gezegenimizdeki lityumun çoğu, %90’dan fazlası, lityum-7. Trityum üretimi ultra nadir lityum-6 ile çok daha verimli çalışır. Banerjee’nin dediğine göre, “7Li (en yaygın bulunan lityum izotopu) kullanıldığında, trityum üretimi 6Li’ye kıyasla çok daha az etkilidir. Bu yüzden, modern reaktör tasarımları, doğal lityumdan özel ekstraksiyon gerektiren zenginleştirilmiş 6Li izotopuna dayanmaktadır.”

Doğal lityum izotop karışımlarını Lityum-6’ya “zenginleştirebilirsiniz”, ancak bu süreç tam bir çevre felaketidir. Banerjee, “1955’ten 1963’e kadar, ABD Oak Ridge Ulusal Laboratuvarında Y12 tesisinde termonükleer silah uygulamaları için 6Li üretti, 6Li ve 7Li izotoplarının sıvı cıvadan çözünürlüğündeki hafif farktan yararlandı” diyor. “Bu pek de iyi gitmedi.”

“Yaklaşık 330 ton cıva su yollarına salındı ve 1963 yılında çevresel kaygılar nedeniyle süreç durduruldu” diyor. Cıvanın toksik bir madde olması ve temizlenmesinin zorluğu ile, işlem sonrası ağır metallerin kalıntıları, 60 yıldır Tennessee’yi zehirlemeye devam ediyor. Çevre felaketinin kalıntılarını temizlemek bugün bile Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nın mevcut sakinleri için büyük bir proje.

Farklı bir proje sırasında, Texas A&M’deki ekip zeta-V2O5 adında bir bileşik geliştirdi ve bu bileşiği yeraltı sularını temizlemek için kullandı. Su bu membranın içinden geçerken garip bir şey fark ettiler: Lityum-6’yı ayırmada çok iyiydi. Ekip, Lityum izotop karışımlarından cıva kullanmadan Lityum-6 elde edip edemeyeceklerini görmeye karar verdi.

Ve işe yaradı.

Banerjee, “Yöntemimiz, lityum-iyon pillerin ve tuzdan arındırma teknolojilerinin temel çalışma prensiplerini kullanıyor” dedi. “Li-iyonlarını, su akışlarından zeta-V2O5’nin bir boyutlu tünelleri içine yerleştiriyoruz… izotopik seçicilikle sudan lityum çıkarma işlemini çok daha güvenli hale getiren, 6Li’ye karşı hafif ama önemli bir tercihimiz var.”

Banerjee, bunun füzyon jeneratörleri için yakıt geliştirme şeklimizde büyük bir değişime yol açabileceğini ekledi. Ayrıca, mevcut reaktörlerin büyük bir yeniden tasarımını gerektirmiyor. “Çalışmamız, füzyon için bir ana tedarik zinciri sorununu aşmanın yolunu ortaya koyuyor. Ancak açık olmak gerekirse, aslında reaktörleri—tokamaklar veya stelaratörler—tasarlamıyoruz, fakat plazma fiziğinde yeni yenilikler ve tasarımlar hakkında büyük heyecan var,” dedi.

Birçok kişi, füzyonun ucuz ve bol enerjiye giden yol olduğuna inanıyor. Tüm hayatım boyunca bu atılımın “hemen köşede” olduğu söylendiğini duydum. Bu sürekli tekrar eden bir söz haline geldi ve biraz şaka konusu oldu. Geçen yıl bile, Atomic Scientists Bülteni, füzyonun “bir gün öncesi enerjisi mi” olduğunu sordu.

Ama Banerjee umutluydu. “İnanılmaz zorluklara rağmen, füzyon çok büyük bir ödül kapısı ve bundan vazgeçilmemeli” dedi. “Transformasyonel potansiyeli nettir ama mühendislik tasarımlarında, aşırı ortamlara yönelik malzeme biliminde ve plazma proseslerinin karmaşıklığının anlaşılmasında önemli boşluklar var. Global düzeyde artan bir rekabet var ve özel ve kamu yatırımları milyarlarca dolar değerinde—henüz gerçekleşmesi yakın değil, ama gerçekçi füzyon enerji için umut verici işaretler var, belki iki ya da üç on yıl içinde.”