Wie hoch wird Asiens Energieverbrauch im Jahr 2100 sein?

Die USA verbrauchen derzeit 300 GJ pro Kopf und Jahr. China liegt derzeit bei 76 und Indien bei 24 GJ pro Kopf. Nehmen wir an, dass Asien mit steigendem Wohlstand, aber verbesserter elektrischer Effizienz 100 GJ pro Kopf verbraucht.

Nach Angaben der Vereinten Nationen über die Washington Post wird Asien im Jahr 2100 etwa 4,5 Milliarden Menschen haben. Multipliziert man diese Zahlen, benötigen wir 4,5e20 J Elektrizität für Asien im Jahr 2100 oder 14 TW. 75 % davon sind etwa 11 TW elektrische Leistung.

Kann ein Fusionsgenerator 11 TW erzeugen?

Vielleicht?

Für massive Fusionskraft ist der Tokamak wahrscheinlich der einzige Weg. Es gibt eine große Vielfalt an möglichen Reaktordesigns, aber der Tokamak skaliert am besten ... bei weitem. Die Prämisse ist, dass Sie ein ringförmiges magnetisches Containment-Feld erzeugen und dann darin Fusionsbrennstoff auf 10 keV oder mehr erhitzen. Die Fusion erfolgt, und sobald die Temperatur hoch genug wird, übersteigt die Wärmeerzeugung die Eingangsanforderungen. Sie entziehen dann auf irgendeine Weise die Wärme und erzeugen Strom. Ein erheblicher Teil dieser Elektrizität würde benötigt, um die magnetischen Einschlussfelder zu erzeugen. Was übrig bleibt, kann das Netz mit Strom versorgen.

Aufgrund der Anforderungen an die magnetische Einschließung funktioniert ein Tokamak am besten im größten Maßstab. Wenn jemals einer hergestellt wird, würde ich erwarten, dass er auf der 100-GW-Skala oder vielleicht sogar noch mehr liegt. Es ist nicht unvorstellbar, dass Sie TW-Tokamaks herstellen und eine Gruppe von ihnen an einer Stelle aufstellen könnten, um die notwendige Energie zu erzeugen.

Können Tokamaks bis 2100 gebaut werden?

Diese Frage müssen Sie als Autor beantworten. Bisher gibt es drei Hauptprobleme mit Tokamaks.

Erstens erzeugt die DD- oder DT-Fusion sehr hochenergetische Neutronen. Diese Neutronen werden die Materialien des Tokamaks schnell aktivieren und verspröden . Es gibt keine praktische Möglichkeit, die Neutronen zu stoppen, also müssen Sie entweder eine Reaktion mit niedrigen Neutronen verwenden (als Aneutronen bezeichnet; eine Kombination aus H-1, He-3, Li-6; oder H-1 und B-11). Die andere Möglichkeit besteht darin, Materialien zu entwickeln, die der Versprödung über Jahrzehnte des Anlagenlebens ausreichend standhalten.

Zweitens ist die Größenordnung der erforderlichen Magnetfelder sehr groß. Um mehr Energie zu erzeugen, als für den Betrieb des Feldes benötigt wird, bräuchten wir bessere Magnete, als wir sie derzeit verwenden. Der große technologische Fortschritt, der dieses Problem lösen würde, wären bessere Supraleiter. Mit einigen fortschrittlichen supraleitenden Elektromagneten wäre es viel einfacher, die notwendigen Magnetfelder zu erzeugen, um das sehr heiße Plasma einzudämmen.

Drittens ist das Verständnis der Magnetoplasmadynamik derzeit unzureichend. Es gibt Instabilitäten, die durch die Tatsache hervorgerufen werden, dass ein Plasma einen induzierten Strom hat, wenn es einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Es besteht die Möglichkeit, dass sich innerhalb des Plasmas Mega-Ampere-Ströme entwickeln, die dann ein eigenes Magnetfeld erzeugen und möglicherweise zu einem Verlust der Eindämmung führen. Die Lösung dieses Problems erfordert viel Primärforschung in der Plasmaphysik.

Können wir also bis 2100 einen Tokamak haben? Ich bin optimistisch, dass die Antwort ja lautet. Die Probleme sind erheblich, aber einigermaßen gut verstanden. Eine engagierte, anhaltende Finanzierung sollte in der Lage sein, die notwendige Physik in einigen Jahrzehnten freizusetzen. Ein wenig technische Entschlossenheit später könnten wir einen funktionierenden Reaktor mit positiver Nettoenergie haben.

Wie würde Asien die Verantwortung teilen?

Das erste, was hier zu beachten ist, ist, warum würden Sie jemals einen einzelnen Reaktor bauen? Nehmen wir an, wir haben einen durchschnittlichen Verbrauch von 11 TW und einen Spitzenwert von 15 TW. Am besten wären 5 Anlagen mit je 4 1 TW-Reaktoren an unterschiedlichen Standorten. Einzelreaktoren sind Single Points of Failure. Bei so vielen verteilten Reaktoren könnte jede Anlage einen Reaktor zur Wartung ausschalten und trotzdem den Spitzenleistungsbedarf decken. Sie erwähnen den Meeresboden ... Ich werde das ignorieren, das ist keine gute Idee.

Da die Aufteilung der Reaktoren im Grunde die einzige Möglichkeit ist, würden sie wahrscheinlich zwischen Ländern aufgeteilt, die dann Strom aneinander verkaufen würden. Russland, China und Indien sind offensichtliche Ziele für ein Kraftwerk; Der Iran und Indonesien wären wahrscheinlich die nächsten. Sie können die Pflanzen nach Belieben zwischen den Ländern aufteilen. Wenn Sie auf einer einzigen Anlage bestehen, sage ich Ihnen, dass eine einzige Anlage, die Asien mit Strom versorgt, äußerst unrealistisch ist.

Technisch ja, aber ich glaube nicht, dass es aus technischer/politischer/militärischer Sicht Sinn machen würde.

Maschinenbau:

Jede Maschine muss gewartet werden und es kann nie darauf vertraut werden, dass sie 100 % der Zeit ohne Probleme läuft. Der gesunde Menschenverstand würde dazu führen, dass Sie mindestens 2 Reaktoren für Redundanz haben. Darüber hinaus ist das Senden von Energie über große Entfernungen kostspielig, es sei denn, Sie gehen davon aus, dass die Supraleitung beherrscht wird. Sie verlieren ungefähr 10% Ihrer Energie in Wärmeabgabe an den Widerstand von Kabeln pro 1000 km.

Politisch:

Das Land, in dem sich die Fusionsanlage befindet, hat einen enormen Einfluss auf die Nachbarländer. Glauben Sie, dass China jemals eine in Japan ansässige Fusionsanlage akzeptieren würde oder umgekehrt?

Militär:

Wieder das Einzelknotenargument. Wenn ein feindliches Land beschließt, in Asien einzudringen, würde die Zerstörung dieser einzelnen Fusionsanlage wahrscheinlich den Sieg sichern. Selbst wenn es stark verteidigt ist, ist es immer noch eine minderwertige Lösung im Vergleich zu mehreren ähnlich verteidigten kleineren redundanten Standorten.

Warum beschränken Sie sich auch auf einen Kontinent, Sie könnten genauso gut den gesamten Planeten mit einem einzigen Fusionskraftwerk betreiben, wenn die obigen Argumente in Ihrer Welt etwas irrelevant sind.