Jedrska fuzija, ki jo poganjajo milijarde dolarjev, vstopa v novo dobo

Ker so leta 3 zbrali več kot 2021 milijarde dolarjev od Bill Gatesa in Jeffa Bezosa, razvijalci fuzije vztrajajo, da bi ta vir energije brez ogljika lahko postal resničnost v desetletju.

Jasno je, da lahko jedrska fuzija deluje v velikem obsegu - samo poglejte zvezde. Fiziki so že 70 let sanjali, da bi to zvezdno moč ustekleničili v obliki fuzijskih reaktorjev, ki bi napajali električno omrežje z enakimi neomejenimi reakcijami brez ogljika, zaradi katerih sije sonce. Ta sveti gral se že dolgo oglašuje kot le 20 ali 30 let stran, a oboževalci fuzije se niso hoteli odreči veri. In z dobrim razlogom. Fuzija (združitev vodikovih atomov v helij) obljublja neomejeno električno energijo brez ogljika z ničelno nevarnostjo taljenja in skoraj nobenega od radioaktivnih odpadkov, povezanih z obstoječimi jedrskimi elektrarnami, ki delujejo na cepitev (razcepitev atomov urana na manjše elemente). 

Sanje so navdihnile Ajaya Royana, soustanovitelja Mithril Capitala (z milijarderjem Petrom Thielom), ki je leta 2013 prvič vložil 2 milijona dolarjev v Helion Energy s sedežem v Redmondu v Washingtonu, da bi lahko zgradil prototip stroja »repetitive pulse power«. Mithril je od takrat vlagal v Helion, vključno z nedavnim krogom v vrednosti 500 milijonov dolarjev (pri čemer je podjetje ocenjeno na 3 milijarde dolarjev) – z obljubo 1.7 milijarde dolarjev več, če bo sedmi prototip podjetja deloval po pričakovanjih. Helionov krog je vodil Sam Altman iz Y Combinatorja. 

Leto 2021 je bilo veliko tako za financiranje fuzije kot za napovedi, saj so razvijalci zbrali več kot 3 milijarde dolarjev za financiranje svojega naslednjega kroga strojev – pri čemer nekateri zdaj obljubljajo komercialno izvedljivo fuzijo v samo petih letih. Royan je vesel, da fuziji pridobiva več pozornosti; "Googlovo analitiko pravi, da je leto 2021 morda prelomnica za fuzijo, toda prava prelomnica se je zgodila pred desetletjem, ko je močna elektronika presegla prag." 

Izvršni direktor David Kirtley pojasnjuje, da je bilo prvo raziskovalno-razvojno delo za Helionom opravljeno v zveznih laboratorijih, iz katerih je bil Helion izoblikovan leta 2013. Osvobojen zvezne birokracije za raziskave in razvoj, Helion vse od takrat gradi nove prototipe enega za drugim. »Mentaliteto zagona ni lepo imeti, to je pogoj. in na kar smo se osredotočali od začetka,« pravi Kirtley.

Leta 2020 je Helion dokončal svoj šesti prototip reaktorja, imenovan Trenta. Zdaj gradi sedmega, Polaris, medtem ko že načrtuje osmega, Antares, za katerega Kirtley namerava postati prvi fuzijski stroj, ki bo oddal več energije, kot je porabi. Poleg hitre ponovitve Helion koristi tudi lokalno strokovno znanje. Gradijo stroj Polaris v Everettu v Washingtonu, blizu največjih Boeingovih tovarn, kjer se lahko dotaknejo prijetnega ekosistema pogodbenih inženirjev in natančnih proizvajalcev. Kirtley pravi, da jutra preživijo v popravljanju, posodabljanju sistemov in napajanju kondenzatorjev. "Vsako popoldne ob 3. uri začnemo delati fuzijo."

Če želite razumeti Helionov pristop, najprej razmislite o magnetnem odboju, ki se pojavi, ko poskušate pozitivna pola dveh paličnih magnetov pritisniti skupaj. To je načelo, ki omogoča tehnologijo "mag-lev", kot so slavni japonski strelni vlaki, ki uporabljajo magnetni odboj, da lebdijo na zračni blazini. 

Raziskovalci fuzije že desetletja poskušajo oblikovati najmočnejše elektromagnete na svetu, s katerimi oblikujejo reakcijske komore s tako močnimi magnetnimi polji, da lahko vsebujejo in stisnejo vbrizgan tok pozitivno nabitih protonov v kroglo plazme, tako vroče, da se zlijejo v helij. 

V Helionovem novem sistemu se energija, sproščena v fuzijskih reakcijah, nenehno potiska proti svojemu magnetnemu zadrževalnemu polju, ki se potiska nazaj – kar povzroča nihanja (»kot bat,« pravi Kirtley), ki ustvarjajo električni tok, ki ga Helion zajame neposredno iz reaktorja. . (Za več si preberite Faradayev zakon indukcije.) 

Royan iz Mithril pravi, da je morda največja privlačnost Helionove metode neposredne proizvodnje električne energije njena preprostost. Drugi fuzijski pristopi so namenjeni pridobivanju toplote, da bi zavreli vodo in poganjali parne turbine, ki proizvajajo električno energijo – kot v tradicionalnih jedrskih elektrarnah. »To lahko storimo brez parnih turbin ali hladilnih stolpov. Znebimo se elektrarne." 

Seveda Kirtley razume fuzijski skepticizem, zlasti glede njegovega agresivnega urnika. Svojo kariero je začel na področju fuzije, navdihnili so ga znanstveniki v nacionalnih laboratorijih v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ki so naredili velik napredek pri magnetnem zadrževanju (tekmovali so se z ruskimi znanstveniki pri oblikovanju reaktorjev v obliki krofov, imenovanih tokamaks), še pred izumom tranzistorjev. Toda Kirtley je izgubil vero, potem ko je določil zgodnje pristope, se preprosto ni mogel razviti dovolj hitro, da bi prinesel komercialno rešitev - zato je začel delati na naprednem pogonu vesoljske ladje z uporabo plazemskih curkov, ki jih nadzorujejo elektromagneti. Na teren se je vrnil leta 1960, da bi pomagal komercializirati Helionovo tehnologijo. 

Sčasoma si predstavlja proizvodnjo fuzijskih generatorjev v tovarni. Sistem skale z močjo 50 mw, pakiran v tri enote velikosti ladijskega zabojnika, bi napajal 40,000 domov. "Čez 10 let bomo zagotovo imeli komercialno električno energijo za prodajo." 

To postavlja Helion v tekmo z bostonskim Commonwealth Fusion Systems, spinoffom MIT, ki je zbral 1.8 milijarde dolarjev od vlagateljev, vključno z Billom Gatesom in Georgeom Sorosom. Generalni direktor Bob Mumgaard pravi, da bodo imeli delujoč reaktor čez 6 let. Njegov optimizem je okrepljen z uspešnim poletnim preizkusom Commonwealtha novih elektromagnetov, izdelanih s superprevodniki iz redkozemeljskega barijevega bakrovega oksida. 

Mumgaard pravi, da bodo ti super močni magneti Commonwealthu omogočili, da izpopolni svoj nekoliko bolj tradicionalni fuzijski pristop pri gradnji reaktorja "tokamak" v obliki krofa, ki ga Mumgaard imenuje "velika magnetna steklenica", kjer močna magnetna polja nadzorujejo kroglice 100 milijonov stopinj plazme - " zvezdniške stvari." 

Po vsem svetu je približno 150 tokamakov; največji je v gradnji v Franciji za 30 milijard dolarjev, ki ga izvaja mednarodni konzorcij ITER. 20,000-tonski stroj, velik kot košarkarska arena, naj bi bil dokončan do leta 2035. 

Toda Mumgaard namerava s Commonwealth Fusion narediti ITER zastarel, preden bo sploh dokončan. Njegov rob je v uporabi "visokotemperaturnih" superprevodnikov, izdelanih z redkozemeljskim barijevim bakrovim oksidom (aka ReBCO). 

Superprevodniki premikajo električni tok s skoraj nič izgubo (veliko učinkoviteje kot baker, na primer). In so ključni za izdelavo močnih elektromagnetov. Commonwealth je ugotovil, da lahko z izdelavo svojih magnetov s posebnim trakom iz barijevega bakrenega oksida (kot trak, ki ga najdemo v kaseti VHS) doseže močnejša magnetna polja od tistih, ki so bila predvidena na ITER, vendar na 1/20 lestvice. 

Medtem ko bodo primarni magneti ITER (imenovani solenoidi) tehtali približno 400 ton in bodo dosegali polja, močnejša od 12 tesl, Commonwealth išče 15-tonske magnete, od katerih vsak uporablja 300 km tankoplastnega traku ReBCO, ki bo ustvaril 20 tesl (za primerjavo, stroj za slikanje z magnetno resonanco naredi 1.5 tesla). 

"To odklene fuzijski stroj," pravi Mumgaard. CES je lani poleti testiral magnete in to razglasil za "dokaz", da je znanost o fuziji zdaj skoraj popolna in vse, kar je ostalo, je zgraditi reaktor. "Material dobro razumemo in mislimo, da lahko to storimo v treh letih," pravi Mumgaard. "Do leta 2030 bomo videli fuzijo na omrežju." 

CES naj bi zgradil svoj fuzijski stroj na 47 hektarjih površine v Massachusettsu in si že prizadeva pridobiti na tisoče kilometrov traku ReBCO. Ali bi lahko razpoložljivost redkih zemelj postala omejevalni dejavnik pri uvajanju fuzije? Ne pravi Mumgaard. »Fuzijska elektrarna bo imela manj redkih zemelj kot vetrna turbina. Fusion ne gre za vir, ki ga potrebujete za rudarjenje ali črpanje. Gre za tehnologijo." 

Prostora mora biti za več kot enega zmagovalca fuzije. Med drugimi vodilnimi je tudi General Fusion, ki ima sedež v Kanadi in ga podpira Jeff Bezos, ki je letos zbral 130 milijonov dolarjev. Druga pomembna milijarderja v fuzijski igri sta Neal in Linden Blue, ki imata v lasti General Atomics s sedežem v San Diegu, ki že desetletja upravlja raziskovalni tokamak v imenu DOE in ki je letos ITER-u dostavil drobovje svojih tokamakskih elektromagnetov – 1,000-tonski osrednji solenoid. Tu je tudi TAE Energy iz Kalifornije, ki je v zadnjem desetletju eksperimentirala z milijardo dolarjev in med pandemijo zbrala 1 milijonov dolarjev.

Tehnologija Fusion se je morda začela v laboratorijih, ki jih financira država, vendar se bo morala njena izvedba zanašati na zasebno financiranje. Amy Roma, partnerica pri Hogan Lovells v Washingtonu, DC, pravi, da bi zdaj v negotovosti račun Build Back Better vključeval 875 milijonov dolarjev za napredno jedrsko energijo, vendar se bo morala industrija za zdaj zadovoljiti z novo pisarno naprednih demonstracij reaktorjev v okviru Ministrstvo za energetiko, ki ga financira nedavni zakon o infrastrukturi. Jedrska energija brez ogljika bi imela koristi tudi od nedavnega izvršilnega ukaza predsednika Bidena, ki poziva, naj bodo nakupi energije zvezne vlade do leta 2030 "neto nič". 

Legendarni tehnološki vlagatelj Steve Jurvetson, podpornik Commonwealtha Fusion, ki je pred 25 leti napisal svoj prvi ček za raziskave fuzije, se skoraj ne zaveda, da bi te sanje, ki so jih dolgo odlagali, lahko kmalu postale resničnost. »Dokler ni storjeno, je veliko nasprotnikov. Potem pravijo, da je očitno." 

Mithril's Royan pravi, da si že prizadeva prilagoditi svoj okvir, da bi razmislil, kako drugačen bo videti svet, ko bo fuzija resnična – »Pomislite na priložnosti za razsoljevanje vode in proizvodnjo gnojil. To čez noč bistveno spremeni ekonomiko vode in s tem ekonomiko kmetijstva." Vse to je del poti človeštva, pravi, "da še naprej dokazujemo, da je bil Malthus idiot." 

VEČ OD FORBESNova jedrska energija: kako načrtuje 600 milijonov dolarjev vreden unicorn fuzijske energije premagati sonceBy Christopher Helman
VEČ OD FORBESTihi milijarderji za ameriškim dronom Predator, ki je ubil iranskega SoleimanijaBy Deniz Çam