¿Cuál será el consumo de energía de Asia en 2100?

EE. UU. utiliza actualmente 300 GJ per cápita al año. China está en 76 e India está en 24 GJ per cápita, actualmente. Digamos que con el aumento de la riqueza pero la mejora de la eficiencia eléctrica, Asia utiliza 100 GJ per cápita.

Según la ONU a través del Washington Post , Asia está configurada para unos 4.500 millones de personas en 2100. Multiplicando esos números, necesitamos 4,5e20 J de electricidad para Asia en 2100, o 14 TW. El 75% de eso es alrededor de 11 TW de energía eléctrica.

¿Puede un generador de fusión generar 11 TW?

¿Quizás?

Para poder de fusión a gran escala, el tokamak es probablemente el único camino a seguir. Hay una gran variedad de posibles diseños de reactores, pero el tokamak es el que mejor escala... con diferencia. La premisa es que se crea un campo de contención magnética toroidal y luego se calienta el combustible de fusión en su interior a 10 keV o más. Se produce la fusión, y una vez que la temperatura se calienta lo suficiente, la producción de calor supera los requisitos de entrada. Luego extraes el calor de alguna manera y generas electricidad. Se necesitaría una parte importante de esta electricidad para generar los campos magnéticos de confinamiento. Lo que sobra puede alimentar la red.

Debido a los requisitos de potencia del confinamiento magnético, un tokamak funciona mejor a mayor escala. Si alguna vez se hace uno, esperaría que esté en la escala de 100 GW o tal vez incluso más. No es inconcebible que puedas hacer tokamaks TW y establecer un grupo de ellos en un lugar para generar la energía necesaria.

¿Se pueden construir Tokamaks para 2100?

Esta es la pregunta que usted como autor tendrá que responder. Hay tres problemas principales con los tokamaks hasta el momento.

Primero, la fusión DD o DT produce neutrones de muy alta energía. Estos neutrones activarán y fragilizarán rápidamente los materiales del tokamak. No existe una forma práctica de detener los neutrones, por lo que tendrá que usar una reacción de neutrones bajos (llamada aneutrónica; alguna combinación de H-1, He-3, Li-6; o H-1 y B-11). La otra opción es desarrollar materiales que puedan soportar suficientemente la fragilización durante las décadas de vida de la planta.

En segundo lugar, la escala de los campos magnéticos necesarios es muy grande. Para generar más energía de la que se requiere para operar el campo, necesitaríamos mejores imanes que los que usamos actualmente. El gran avance tecnológico que resolvería este problema serían mejores superconductores. Con algunos electroimanes superconductores avanzados, sería mucho más fácil generar los campos magnéticos necesarios para contener el plasma muy caliente.

En tercer lugar, la comprensión de la magnetoplasmadinámica es actualmente insuficiente. Hay inestabilidades provocadas por el hecho de que un plasma tendrá una corriente inducida cuando se expone a un campo magnético. Existe la posibilidad de que se desarrollen corrientes de megaamperios dentro del plasma, que luego crearán su propio campo magnético y potencialmente darán como resultado una pérdida de contención. Resolver este problema requiere mucha investigación primaria en la física del plasma.

Entonces, ¿podemos tener un tokamak para el 2100? Soy optimista de que la respuesta es sí. Los problemas son significativos, pero razonablemente bien entendidos. La financiación dedicada y persistente debería poder desbloquear la física necesaria en unas pocas décadas. Un poco de determinación de ingeniería después, podríamos tener un reactor en funcionamiento con energía neta positiva.

¿Cómo compartiría Asia la responsabilidad?

Lo primero que hay que tener en cuenta aquí es ¿por qué harías un solo reactor? Digamos que tenemos un consumo medio de 11 TW y un pico de 15 TW. Lo mejor sería tener 5 instalaciones de 4 reactores de 1 TW cada una, cada una en diferentes ubicaciones. Los reactores individuales son puntos únicos de falla. Con tantos reactores repartidos, cada instalación podría desmantelar un reactor para mantenimiento y aun así cumplir con los requisitos de potencia máxima. Mencionas el fondo del mar... Voy a ignorar eso, no es una buena idea.

Dado que dividir los reactores es básicamente la única forma de hacerlo, es probable que se dividan entre países que luego se venderían energía entre sí. Rusia, China e India son destinos obvios para una central eléctrica; Irán e Indonesia probablemente serían los siguientes. Puedes repartir las plantas entre países de la forma que desees. Si insiste en una sola planta, le diré que una sola planta alimentando a Asia es extremadamente poco realista.

Técnicamente sí, pero no creo que tenga ningún sentido desde el punto de vista de ingeniería/político/militar.

Ingeniería:

Cualquier máquina debe someterse a algún mantenimiento y nunca se puede confiar en que funcione el 100% del tiempo sin ningún problema. El sentido común haría que tuviera al menos 2 reactores para la redundancia. Además de eso, enviar energía a grandes distancias es costoso a menos que asuma que se ha dominado la supraconductividad. Aproximadamente pierde el 10% de su energía en la disipación de calor a la resistencia de los cables por cada 1000 km.

Político:

El país donde se encuentra la planta de fusión tiene una gran influencia sobre los países vecinos. ¿Cree que China alguna vez aceptaría una planta de fusión basada en Japón o viceversa?

Militar:

Nuevamente el argumento de un solo nodo. Si un país enemigo decide invadir Asia, destruir esa única planta de fusión probablemente aseguraría la victoria. Incluso si está fuertemente defendido, sigue siendo una solución inferior en comparación con tener múltiples sitios redundantes más pequeños defendidos de manera similar.

Además, ¿por qué te limitas a un continente? También podrías administrar todo el planeta en una sola planta de energía de fusión si los argumentos anteriores son algo irrelevantes en tu mundo.