Toorium on looduslikult esinev radioaktiivne element, millest juba mõnda aega räägitakse kui kestlikumast alternatiivist uraanil töötavatele tuumareaktoritele. Planeedi tooriumivarud võiksid teadlaste sõnul katta kogu inimkonna energianälja. Kas tooriumil töötavad minireaktorid on igiliikurite – miljon ja rohkem kilomeetrit sõitvate autode – tulevikukütus, saame ilmselt peagi teada. Huvi uudsete lahenduste vastu on suur.
Inimkonna soov laiendada oma areaali, korraldada Kuu peale turismireise ning luua asundus Marsile, on rahulolematuse ja ahnuse kontekstis igati mõistetav. Seni pole suudetud välja mõelda tehnoloogiat, mis soovijad muretult Marsile viiks ja sealt turvaliselt tagasi tooks.
Võimalik, et siin tuleb lähitulevikus mängu toorium, paindlikum alternatiiv uraanile. Kui meil õnnestuks välja mõelda midagi, mis mahuks raketi sisse või auto kapoti alla, ei vajaks tankimist ega laadimist ning suudaks igiliikuri põhimõttel energiat toota järjest miljoneid kilomeetreid – siis ongi puudu ainult sobivad kepp ja käpikud, et segisongitud planeedilt nimega Maa ajama panna.
Toorium lahendaks ka taastumatute energiaallikate probleemi, neid lihtsalt ei peaks enam maapõuest kaevandama. Tonn tooriumit võib anda sama palju energiat kui umbes 3,5 miljonit tonni kivisütt. See muudab tooriumi äärmiselt atraktiivseks alternatiiviks fossiilkütustele.
Hiina teadlased usuvad, et tooriumi kasutuselevõtt toob kaasa rohelise energia revolutsiooni, muudab kogu energiatoomise paradigmat ning vabastab inimkonna tülikast fossiilkütuste ahjudesse ja mootoritesse ajamisest. Nende usku toetab miljon tonni uue aja radioaktiivsust.
Toorium on keemiline element järjenumbriga 90.Kõik tooriumi isotoobid on radioaktiivsed. Pikima elueaga on toorium-232, mille poolestusaeg on 14 miljardit aastat. Looduses esineb ka tooriumi isotoope massiarvuga 228, 230, 231 ja 234. Omadustelt on toorium aktinoid. Tema tihedus normaaltingimustel on 11,7 g/cm3 ja sulamistemperatuur on 1755 Celsiuse kraadi.
Tooriumit peetakse sobivaks kütuseks järgmise põlvkonna tuumareaktorite tarbeks, kuna selle kasutamine oleks ohutum, jäätmeid tekiks vähem ning reaktorid oleksid odavamad. Lisaks on maailma tooriumivarud uraanivarudest palju suuremad.
Bayan Obo miljon tonni tooriumit
Hiinas, Bayan Obo kaevanduskompleksis hiljaaaegu avastatud erakordne miljon tonni tooriumit võib rahuldada Hiina energiavajadusi järgmise 60 000 aasta jooksul. Avastus tuleb ajal, mil riik otsib uusi lahendusi kasvavale ülemaailmsele energianõudlusele. Bayan Obost tõukuvalt anti roheline tuli ulatuslikule geoloogilisele uuringule, et kaardistada kogu kuldaväärt aktinoid, mida Hiinas leidub. Nüüdseks on kirja saanud 233 tooriumirohket piirkonda, kuid neid lisandub järjest.
Erinevalt uraanist pakub toorium palju suuremat energiasisaldust – hinnanguliselt kuni 500 korda rohkem kui traditsiooniline uraan-232. See tähendab, et toorium võib pakkuda puhtamat, ohutumat ja jätkusuutlikumat tuumaenergiat, mis tekitab oluliselt vähem radioaktiivjäätmeid. Et muuta fissioonivõimetu aktinoid uraan-233 tuumakütuseks, tuleb seda neutronitega pommitada. Teadlaste seisukoht on, et see on tehtav ka tööstuslikult.
Hiinlaste süstemaatiline lähenemine tooriumivarude kaardistamisele annab lootust, et lähiaastatel on tulemas läbimurre selle kasutuselevõtus ning tootmisse jõuavad odavamad ja väiksemad reaktorid, mis kasutavad uraanist turvalisemat ja vähem jäätmeid tekitavat, mängumuutvat ja meie mõistes igikestvat energiaallikat.
Toorium kui autode tulevikukütus
Alternatiivsed kütused on olnud turul juba aastaid, kuid elektriautode kasvavad probleemid on pannud teadlasi otsima paremaid lahendusi. Kuigi paljud on pidanud vesinikku tulevikukütuseks, on teadlased välja pakkunud märksa ambitsioonikama idee – tooriumil töötava mootori, mis suudaks tankimiseta läbida rohkem kui miljon kilomeetrit. Internetis on laineid löönud idee autost, mis võiks läbida 1,6 miljonit kilomeetrit vaid kaheksa grammi tooriumikütusega.
Tooriumil põhineva ajami kontseptsioon kasutab tuumapatareid, kus toorium on kasutusel kütusena. Erinevalt bensiini- või elektrimootoritest toimiks selline auto minituumareaktori põhimõttel, kus neutronite pommitamisel muundatakse toorium uraan-233-ks, mis seejärel toodab energiat.
Tooriumi ja uraani energiasisaldus on miljoneid kordi suurem kui bensiinil, mis teoreetiliselt võimaldab läbida väga väikese koguse kütusega väga pikki distantse. Kuigi mingeid katseid on tehtud, pole tänaseni suudetud luua miniatuurset reaktorit, mis suudaks ohutult toota vajalikku energiat. Tuumakütuse kasutamine autodes on tehniliselt ja regulatiivselt keeruline.
Katsed ja arvutusvead
Efektiivse tuumakütusega töötavate autode idee sai esmakordselt tõsisemalt tähelepanu 2009. aastal, kui Ühendriikide autotootja Cadillac esitles World Thorium Fuel kontseptsiooni. Ideeauto oli usutav visioon puhta energiaga liikuvate sõidukite tulevikust. Kontseptsioon pakkus välja elegantse disaini ja futuristliku tehnoloogia, mis köitis avalikkuse huvi ja käivitas arutelu, kas toorium kütusena võiks olla teema.
Aastal 2011 lisas USA ettevõte Laser Power Systems leiutaja Charles Stevensi eestvõttel sellesse narratiivi uue kihi, esitades idee, et laserid võiksid kütta tooriumit, tekitades auru, mis ajab turbiinid tööle ja toodab elektrit.
Stevensi julged väited viitasid sellele, et vaid kaheksast grammist tooriumist piisaks, et auto sõidaks terve eluaja ilma lisakütuseta. Avaldus oli põnev ja tekitas furoori nii autoentusiastide kui ka keskkonnakaitsjate seas.
Paraku Stevenslt lipsanud info kas moondus või oligi vigane, sest arvutused näitavad, et 8 grammi tooriumiga siiski miljoneid kilomeetreid ei sõida. Või kui, siis on “terve auto eluiga” päris lühike.
650 grammi tooriumit võrdub umbes 5 694 000 kWh-ga. Oletame, et Stevensi auto oleks Tesla Roadsteri sarnaste näitajatega – ja võimeline läbima 390 km 70 kWh akuga. 8 grammi tooriumit annaks ligikaudu 70 000 kWh, mis tõlgituna kilomeetriteks teeb umbes 390 000 km. See pole just eriti pikk maa 100 aasta jooksul läbimiseks. Tundub, et Charles unustas kuskile nulli lisada. Selleks, et Roadsteri sarnase autoga igal aastal läbida 39 000 km, läheb vaja umbes 80-grammist tooriumilaengut.
Uue tehnoloogia juurutamisel on rida väljakutseid
Kuigi tooriumiga tulevikuautod kõlavad ahvatlevalt, seisab selle idee ees mitmeid tõsiseid väljakutseid. Nii tuumafüüsikud kui ka autotööstuse insenerid on toonud välja järgmisi kitsaskohti:
- Ajami ära mahutamine: tuumareaktori tehnoloogia on suur ja raske ja autosse ei mahu. Kompaktse ja ohutu reaktori loomine, mis suudaks sõidukis tõhusalt töötada, on insenertehniliselt väga keeruline.
- Ohutus: Kuigi tooriumireaktorid on ohutumad kui traditsioonilised tuumareaktorid, on tegu radioaktiivsete ainetega Liiklusavarii korral võiksid selle tagajärjed olla katastroofilised. Ka on keeruline leida piisavalt kerget ja samas efektiivset varjestust, mis tagaks ohutuse.
- Seadused ja regulatsioonid: Toorium on kontrollitav aine, kuna sellel on potentsiaalne kasutus tuumarelvades. Meil puudub konkreetne regulatiivne raamistik, mis võimaldaks selliste sõidukite arendamist ja kasutamist.
- Tehnilised piirangud: Tuumareaktorite võimsuse muutmine vastavalt vajadusele ei ole lihtne. Tavaliikluses peab auto mootor olema võimeline kiiresti reageerima kiirendamise ja pidurdamise nõudmistele, kuid tuumareaktorid ei ole kergesti reguleeritavad.
Tooriumreaktor ehk sulasoolareaktor (ingl Molten Salt Reactor, MSR) on tuumareaktor, kus kütusena kasutatakse tooriumi ja soojuskandjana kuuma vedelat soola (tooriumi ja vedela soola segu).
See on uudsel tehnoloogilisel lahendusel töötav, keskkonda mitte saastav, tootmistsüklis CO2 mitte emiteeriv ja tööpõhimõttelt ohutu energia allikas. Tootmiseks vajaliku materjali varud on nii suured, et seda jätkuks mitmeks tuhandeks aastaks. Tootmisprotsessis tekkivaid jääkprodukte (tehneetsium-99, molübdeen-99, mille pooldumisaeg on 3 päeva) kasutatakse radioloogilises meditsiinis, kuid neid ei saa kasutada sõjatööstuses relvade tootmiseks.
Ootame-vaatame
Praegu pole ükski suurem autotootja teatanud, et panustaks tooriumiautode arendamisesse. Suurte tootjate jaoks on fookuses elekter ning – sõltuvalt uutest regulatsioonidest – sisepõlemismootori optimeerimine ja tehnoloogia täiustamine. Toyota ja veel paar tootjat on arendamas hoogsalt ka vesinikuelemendil toimivaid elektriajameid. Toorium pakub huvi teadusringkondades, kuid rohkem suurtööstuse kui autonduse kontekstis.
Teadlased uurivad põnevusega tooriumi kasutamist kosmoselaevade kütusena, kus suurus ja kaal pole nii kriitilised kui autos. Seega ei pruugi me lähiajal näha tooriumiga sõitvaid autosid, kuid selle potentsiaal ulatub võimalikeks läbimurreteks energeetikas ja kosmoseuuringutes.
Vaata alljärgnevast videost ingliskeelset kokkuvõtet tooriumi ja selle kasutamise võimaluste kohta:
Kokkuvõte: kas unistus või realistlik tulevik?
Kuigi tooriumimootorite kontseptsioon tundub hetkel ulmeline, on see oluline märk, et autotööstus ei pruugi jääda sõltuvaks ainult elektrist või vesinikust. Võimalikud uued tehnoloogiad, sealhulgas tuumakütusel töötavad sõidukid, võivad pakkuda uusi lahendusi, mis lahendaksid akude eluea, laadimiskiiruse ja kütusevarude probleeme.
Tänapäeval on tooriumitehnoloogia keskendunud peamiselt elektri tootmisele suurtel skaaladel, kuid kui teadlased suudavad lahendada miniatuurse tuumareaktori ohutuse ja efektiivsuse küsimused, võib see avada uksed ka revolutsioonilistele muutustele transpordisektoris.
Tänaste teadmiste ja oskuste juures mitte nii müstilist tulevikukütust inimene autode igiliikuriks muutmisel ilmselt kasutada ei oska. Liiga mitu suuri riske, seaduseaugud, võimalus kurjalt kasutada jne – pigem lennaku raketid ja töötagu elektrijaamad, autode osas jätkame elektriakude täiustamisega ja uute leiutistega ning võibolla ka vesinikuga.
Ent kui teadus ja tehnoloogia arenevad edasi, ei saa täiesti välistada, et kunagi muutub toorium autode kütusena teostatavaks. Tulevik on täis võimalusi ja iga samm innovatsiooni suunas võib meid viia lähemale uutele lahendustele, mis täidavad meie unistuse perpetuum mobilest – ja mine hullu tea, ehk võimaldavad tooriumiautod vormida ka kuldlõikeliseks.
Allikad: Wikipedia, ecoticias.com, daretothink.org
Kaanepilt: Unsplash
