توليد الكهرباء من مياه البحار

يحتدم الجدل حول امدادات الطاقة الأمريكية؛ فأسعار الغاز ترتفع، ويتعرض الإيثانول لهجوم، وتكافح الطاقة النووية تحت ظلال كارثة فوكوشيما فى اليابان.
غير أن هناك مصدرا وفيرا وآمنا ونظيفا للطاقة، كان يعتبر من قبل مادة خيال علمى، صار أقرب مما يدرك الكثيرون وهو الانصهار النووى. غير أن تحويل هذا إلى واقع، سوف يتطلب استثمارا كبيرا من الحكومة فى وقت يتعرض الإنفاق على البحث العلمى للخطر. ومنذ الخمسينيات، كانت السيطرة على الانصهار النووى، الطاقة التى تحرك الشمس والنجوم، هدف الفيزيائيين فى أنحاء العالم. وهى لا تنضب أساسا ويمكن خلقها باستخدام نظائر الهيدروجين أبناء عمومة الكيميائية للهيدروجين، مثل الديوتيريوم التى يمكن استخلاصها بسهولة من مياه البحر.
وتستحدث طاقة الانصهار عن طريق صهر نواتين، فى عملية تحويل الكتلة إلى طاقة، والذى يظهر فى شكل حرارة. وتحول الحرارة الماء إلى بخار كما فى مفاعلات الانشطار النووى التقليدية يحرك توربينات لتوليد الكهرباء، أو يستخدم لإنتاج وقود لوسائل النقل أو غيرها من الاستخدامات. ولا تولد طاقة الانصهار أى غازات دفيئة. وهى لا تتيح فرصة لحدوث حادث كارثى. ويمكن أن تكون متاحة فى جميع البلاد، فهى لا تعتمد إلا على مياه المحيطات.
وعندما يتم إنتاجها على نحو تجارى، سوف تحدث تحولا فى إمدادات الطاقة فى العالم. وهنا توجد صعوبة، حيث يعتبر توليد طاقة الانصهار من أصعب التحديات العلمية والهندسية على الإطلاق.
فهى، تتطلب ضمن تحديات أخرى إنتاج وحبس غاز ساخن بلازما فى درجة حرارة نحو 100 مليون درجة مئوية. لكن الحلول الممكنة لهذه التحديات التقنية الصعبة بدأت تظهر. ففى أحد الأساليب، وهو معروف باسم الانصهار المغناطيسى، تحبس البلازما الساخنة بواسطة مغناطيس قوى.
وهناك أسلوب آخر يستخدم أشعة ليزر قوية لتفجير حبة صغيرة من الوقود المندمج المتجمد (أنوى الديوتروم والتريتيوم) لتسخين الحبة، وإحداث انصهار خلال جزء من البليون من الثانية. وبينما يحتوى الانصهار المغناطيسى على بلازما ساخنة بلا حدود، مثل الشمس، يمثل الأسلوب الثانى محرك احتراق داخلى ذا تفجيرات صغيرة متعددة (نحو خمسة تفجيرات فى الثانية الواحدة).
●●●
وقد تطورت فيزياء البلازما بدرجة كبيرة، بعدما كانت منطقة بحث لا تحظى بفهم كافٍ. فالعلماء الآن لا ينتجون فحسب بلازما من مائة مليون درجة بانتظام، وإنما يسيطرون على هذا القدر من «الشموس الصغيرة» ويحركونها ببراعة ملحوظة. ومنذ عام 1970، زادت الكهرباء الناجمة عن الانصهار فى المختبر من جزء على عشرة من الواط خلال جزء من الثانية إلى 16 مليون واط فى ثانية واحدة بزيادة مليار ضعف فى طاقة الانصهار.
وقد تعاون سبعة شركاء الاتحاد الأوروبى والصين والهند واليابان وروسيا وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة فى تجربة لإنتاج 500 مليون واط من الكهرباء لمدة 500 ثانية، ولمدة أطول بحلول 2020، ما يظهر جوانب هندسية وعلمية مهمة للانصهار بالنسبة لحجم المفاعل.
غير أن الولايات المتحدة، بالرغم من أنها أحد المساهمين فى هذه التجربة، المعروفة باسم «إيتر»، لم تلتزم بعد بتنفيذ كامل البرنامج المطلوب لتطوير مفاعل صهر محلى من أجل إنتاج الكهرباء لتغذية شبكة الكهرباء الأمريكية. وفى نفس الوقت، تمضى بقية الدول قدما لتنفيذ الانصهار كمكون رئيس من مكونات أمن الطاقة. ولاشك أن مفاعلات الانصهار البحثية الأكثر حداثة من أى شىء فى الولايات المتحدة إما تحت الإنشاء أو تعمل فى الصين، ألمانيا، واليابان، وكوريا الجنوبية. ولا تكاد تكون لدى الحكومات الآسيوية رغبة وحماس واضحان لسد حاجاتها من الطاقة عبر الانصهار فى أقرب وقت ممكن.
●●●
ولعل ما تفتقر إليه الولايات المتحدة هو الإرادة السياسية والاقتصادية. فنحن بحاجة إلى استثمار حكومى جاد لتطوير مواد يمكنها تحمل وسط الانصهار الصعب، والحفاظ على بلازما ساخنة بصورة لا نهائية، ودمج جميع هذه المميزات فى مفاعل تجريبى لإنتاج كهرباء عبر الانصهار المستمر. ولن يكون ذلك بثمن زهيد. وتشير التقديرات التقريبية إلى أن الامر سوف يستغرق 30 مليار دولار و20 سنة للانتقال من الحالة البحثية الراهنة إلى أول مفاعل انصهار ناجح. ولكن لنضع فى اعتبارنا، هذا المبلغ يساوى نحو أسبوع من الاستهلاك المحلى للطاقة، أو نحو 2 فى المائة من استهلاك الطاقة السنوى البالغ 1.5 تريليون دولار.
وقد جرت العادة على اعتبار الانصهار مصدرا للطاقة لأحفاد جيلى، والآن تدعو خطط فى أنحاء العالم إلى إنشاء محطة كهرباء توضيحية خلال عشرين عاما. ويحمل الانصهار إمكانية المساعدة فى مواجهة جميع تحديات هذا القرن الذى مازال جديدا: استقلال الطاقة، والقدرة التنافسية الاقتصادية الوطنية، والمسئولية البيئية والحد من الصراع على الموارد الطبيعية. وهو يعتبر اختبارا لاستعداد أمتنا لمواجهة التحديات الصعبة التى ستشكل مستقبلنا. ويقف العلماء والمهندسون على أهبة الاستعداد للمساعدة.