Net Zero potrebuje Fusion. Kaj bi morali vlagatelji vprašati vodilne?

Nujnosti fuzijske energije ni mogoče preceniti. 27. oktobra je ZN Opozoril da ni "verodostojne poti do 1.5 °C," trenutne politike pa kažejo na katastrofalno segrevanje za 2.8 °C do leta 2100. Fuzija je morda edini vir energije brez ogljika, ki lahko zagotovi neomejeno osnovno moč in dovolj surovine za ves čisti vodik, potreben za razogljičenje industrij, ki jih je težko zmanjšati. To je morda edina izvedljiva pot do neto ničelnih emisij do leta 2050.

Vendar obstaja ena težava s fuzijo. Noben laboratorij ali podjetje ni ustvarilo več energije, kot jo je vložilo v fuzijo, kaj šele razvilo sistem, ki bi lahko deloval v komercialnem okolju. Razumljivo je, da se vlagatelji sprašujejo, kje je v resnici fuzija in kateri projekti bi lahko zagotovili to več bilijonov dolarjev vredno priložnost za ponovitev moči sonca na Zemlji.

Kot dolgoletni vlagatelj v fuzijo želim razpravljati o tem, zakaj je fuzija pomembna, o napredku, ki ga je dosegla ta industrija, in o vprašanjih, ki bi jih morali izkušeni vlagatelji postavljati fuzijskim podjetjem.

Zakaj je Fusion pomembna

Trenutno nobena energetska tehnologija razen fuzije ne kaže možnosti za nadomestitev fosilnih goriv. Zdi se, da nič drugega ne more zadovoljiti naraščajočega svetovnega povpraševanja po energiji in napajanju klimatskih naprav, obratov za razsoljevanje, električnih vozil, zelene proizvodnje vodika itd. v obsegu, ki ga potrebujemo za energetski prehod in življenje na bolj vročem in suhem planetu.

Seveda moramo prilagoditi veter in sonce, vendar njihove zahteve glede zemlje, vremena in shranjevanja energije pomenijo, da ne morejo omogočiti popolnega energetskega prehoda. Jedrske cepitvene elektrarne so prav tako pomembne za Net Zero, vendar tveganja jedrskih odpadkov, nesreč in orožja omejujejo njihovo uporabo.

Kar zadeva vodik, ustanovitelj Bloomberg NEF Michael Liebreich nedavno ilustrirano da bi zgolj zamenjava umazanega vodika, ki ga uporabljamo pri proizvodnji gnojil, kemikalij in rafiniranju nafte, z zelenim vodikom trenutno zahtevala 143 % svetovne nameščene sončne in vetrne zmogljivosti. Zastrašujoča izjava. Zeleni vodik ne bi bil na voljo za nič drugega: ne za proizvodnjo jekla in aluminija, ne za uravnoteženje električnih omrežij ali CO₂ zajemanje in shranjevanje, ne za pomorski in železniški promet. Brez fuzije preprosto ne bo dovolj zelenega vodika.

Poznavalci industrije verjamejo, da bi lahko do leta 2050 fuzijske elektrarne zagotavljale od 18 % do 44 % svetovne energije. Fuzija torej predstavlja eno največjih naložbenih priložnosti našega časa. Ko bo fuzija začela komercialno delovati, bo nadomestila večino industrije fosilnih goriv.

Vodilni Fusion

Združenje industrije fuzije Poročila da so zasebna fuzijska podjetja do danes zbrala več kot 4.8 milijarde USD financiranja in lani več kot podvojila skupno financiranje industrije. Več vodilnih je doseglo takšen tehnični napredek, da je verodostojno domnevati, da bodo komercialno fuzijo prinesli na trg v 2030-ih. Seznam vključuje General Fusion (v katerem sem vlagatelj), Commonwealth Fusion Systems, Helion, TAE Technologies, Zap Energy, General Atomics in First Light.

Vsako od teh fuzijskih podjetij namerava do druge polovice tega desetletja odpreti predstavitveni obrat. Ti bodo dokazali, ali lahko njihova tehnologija deluje v velikem obsegu in proizvaja neto električno energijo.

Nadomestni znak je Kitajska, ki dela na lastni fuzijski tehnologiji. Iz očitnih razlogov zahodne vlade pri tej ključni tehnologiji raje ne bi bile odvisne od Kitajske. Obstaja tudi ITER, mednarodni, javno financirani fuzijski projekt na jugu Francije, ki upa za zagotavljanje fuzijske energije do leta 2045.

Vprašanja, ki jih lahko vlagatelji zastavijo podjetjem Fusion

Izziv je ne le proizvesti neto električno energijo, ampak to storiti na način, ki je komercialno uspešen. Potreben je ogromen pritisk in toplota, da se vodikovi atomi zlijejo v težje jedro, pri čemer se sprosti energija. Na soncu gravitacija zagotavlja dovolj sile, da omogoči reakcijo. Na Zemlji morajo fuzijski stroji doseči temperature nad 100° milijonov C, da posnemajo te pogoje. To je težko vzdrževati in težko za opremo.

Vodilni so bodisi rešili ali se ukvarjajo s preostalimi ovirami za fuzijo na Zemlji. Zainteresirani vlagatelji, ki se sprašujejo, kateri fuzijski projekt naj podprejo, naj zastavijo naslednja vprašanja:

1. Kako vzdržljiv je stroj? Nevtroni, ki nastanejo pri fuzijski reakciji, zadenejo kovinsko steno reaktorja, povzroča mehurji, kemična erozija in nečistoče ter sčasoma onemogočijo delovanje stroja. To se imenuje "problem prve stene". Ena od rešitev je uporaba stene iz tekoče kovine, ki obdaja fuzijsko reakcijo in ščiti stroj. Drug pristop je uvedba goriv, ​​ki proizvajajo manj nevtronov. Ti vključujejo protonsko-borovo gorivo, ki za fuzijo zahteva še višje temperature, in devterij-helij-3, ki se naravno ne pojavlja na Zemlji.

2. Kako veliko je goriva? Mešanica dveh izotopov vodika, devterija in tritija, spodbuja večino fuzijskih reakcij. Devterij se zlahka pridobi iz morske vode. Tritij pa je treba proizvajati. Nekateri nasprotniki so Opozoril da se "jedrska fuzija že sooča s krizo goriva." Ni res. Vodilni so to težavo rešili z vključitvijo proizvodnje tritija v fuzijsko reakcijo. Eden od načinov je uporaba tekoče kovinske (svinčevo-litijeve) stene, ki je v neposrednem stiku s fuzijsko plazmo in proizvaja tritijevo gorivo za fuzijski stroj. V razvoju so tudi metode razmnoževanja tritija zunaj reaktorja na osnovi litija.

3. Kako učinkovita je pretvorba energije? Pri nekaterih strojih tekoča kovinska stena absorbira toploto prek neposrednega stika s fuzijsko reakcijo. Tekoča kovina gre skozi toplotni izmenjevalnik, pri čemer nastaja para, ki bo poganjala turbino in proizvajala elektriko – kot to počne večina tradicionalnih elektrarn. Drug obetaven pristop je zajemanje električne energije neposredno iz elektromagnetnih polj, ki nastanejo pri fuzijski reakciji.

4. Katere dodatne zapletenosti sistemov bi lahko preprečile pravočasno uvedbo? Nekatera fuzijska podjetja si prizadevajo uporabiti preizkušene tehnologije za obrobje svojih sistemov, medtem ko druga računajo na preboje z naprednimi laserji, materiali in superprevodniki. O njih razpravljajo nekateri fascinantni članki v strokovnih revijah in to je skrb. Obetajo, a niso dokazani. Spomnimo se, ko je Tesla predstavil svoje prve avtomobile, je bila praktično vsa tehnologija dokazana. Vlagatelji v fuzijo morajo razlikovati med teoretičnimi sistemi in tistimi, ki uporabljajo kritične dele, ki so bili testirani v realnih pogojih.

5. Kje sta demo obrat in strategija komercializacije? Najboljši kandidati so dosegli fuzijo v laboratoriju in dokazali svoje osnovne tehnologije in posamezne komponente v preskusnih napravah. Zdaj morajo dokazati, da lahko celoten sistem deluje v demo obratu v velikem obsegu – torej kapitalska intenzivnost. Vodilni fuzijski podvigi začenjajo povečevati svojo osrednjo ekipo strokovnjakov za fuzijski laboratorij in doktorjev znanosti z inženirsko ekipo, ki ve, kako zgraditi elektrarno. Ta prehod iz laboratorija v aplikacijo v resničnem svetu ni majhen podvig. Začenjamo celo opažati, da fuzijska podjetja najemajo osebje za razvoj poslovanja in tržijo pravice za prvi komercialni obrat.

6. Kakšna bo velikost? Vodilna fuzijska podjetja delajo na obratih velikosti od 50 megavatov (MW) do 500 MW. Velikost stroja je ključnega pomena, saj vpliva na stroške predhodne naložbe. Manjši, modularni stroji bodo posameznim podjetjem olajšali sprejemanje naložbenih odločitev za komercialni obrat. Velikost prav tako vpliva na to, ali je mogoče fuzijske enote uporabiti za aplikacije, kot je pomorski prevoz in druge aplikacije z nižjo porabo energije.

7. Nenazadnje, kakšen je predviden strošek na MWh (megavatno uro)? Fuzijska podjetja neposredno konkurirajo elektrarnam na premog in plin, ki zagotavljajo osnovno energijo po vsem svetu. Tako mora biti izravnani strošek energije (LCOE) konkurenčen premogu, ki po mnenju svetovalnega podjetja Lazard območja od 65 USD/MWh pri najbolj umazanem stanju do 152 USD/MWh z integriranim zajemanjem 90 % ogljika. Fuzijski stroji, ki uporabljajo drage, zmogljive laserje ali superprevodne magnete iz redkih materialov, bi se lahko borili s tem LCOE. Seveda se bodo stroški teh komponent sčasoma znižali. Fuzijski stroji, ki uporabljajo mehansko kompresijo (podobno batom v dizelskem motorju) ali kinetične pospeševalnike (v bistvu pištola na plinski pogon), bodo verjetno imeli stroškovno prednost v naslednjih nekaj desetletjih.

Čas je, da se soočimo z glasbo

Čeprav se ti preostali izzivi zdijo premagljivi, je vprašanje Pred leti sem vprašal Ostanke: kdo ima pogum financirati predstavitvene obrate in potisniti fuzijo na trg?

Vlagatelji, ki se zdaj preselijo, imajo priložnost zaslužiti prevelike donose. Nekatera zgoraj omenjena podjetja za fuzijo so še vedno skromna. Seveda se lahko nekateri vlagatelji borijo s potencialnim vplivom fuzije na njihove obstoječe energetske portfelje, zlasti če ti vključujejo fosilna goriva, veter in sonce.

Pravim, da je čas, da se končno soočim z glasbo. Glede na grožnjo podnebnih sprememb in naraščajočega povpraševanja po energiji je fuzija ključnega pomena za dosego Net Zero do leta 2050. Nobena druga tehnologija ne more prehiteti fosilnih goriv in narediti večji udarec v CO₂ emisije ali narediti več za odpraviti energetsko odvisnost od sovražnih režimov, kot Putinova Rusija. Fuzija je sprememba iger, ki lahko naredi energijo resnično lokalno, varno in izdatno. Napoveduje premik od centralizirane, avtokratske energetske industrije k lokalni, demokratični oskrbi z energijo.

In do fuzije ni več 20 let. Ko bo prva fuzijska tovarna komercialno delovala po razumni ceni, bo prehod lahko hiter. Ne pozabite, da so za razvoj tehnologij, ki stojijo za avtomobilom, potrebovala stoletja, vendar so avtomobili potrebovali le približno desetletje, da so nadomestili konje v Londonu in New Yorku. Takoj ko obstaja boljša in cenejša inovacija, neizogibno zmaga.

Trda resnica je, da bomo brez postopnih inovacij na področju energije v tem stoletju pihali čez 1.5 °C. Upajmo, da bo komercializacija fuzije hitrejša od temperatur.