Generalni direktor Tokamak Energy vidi obetavne dni za jedrsko fuzijo

Z vsemi nedavnimi novicami v zvezi z napredkom v jedrski fuziji, vključno z objavo ministrstva za energijo, da so znanstveniki nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore dosegli fuzijsko reakcijo z neto pridobitvijo energije, se je pred kratkim pojavila priložnost za intervju s Chrisom Kelsallom, izvršnim direktorjem Tokamak Energy , se je zdelo naključno.

V petkovem e-poštnem sporočilu je Kelsall objavo DOE označil za "impresiven rezultat". Smo v tekmi s časom, da bi postopoma opustili fosilna goriva in naredili fuzijo globalno dostopno rešitev za svetovne energetske potrebe. Tovrsten napredek je odličen za industrijo, saj se v fuzijsko tehnologijo pretaka več zasebnih in javnih naložb.«

Med našim intervjujem, ki smo ga izvedli pred objavo DOE, je Kelsall poudaril, da je mejni neto dobiček energije, kot je tisti, o katerem je prejšnji teden poročal Livermore (3.15 megajoulov izhodne energije iz dobavljenega vnosa 2.05 megajoulov), vendar le delček velikosti neto energetskega dobitka, ki ga je treba na koncu doseči, da bo fuzijska tehnologija resnično razširljiva.

"Tu ne gre le za dokazovanje neto pridobitve energije," mi je rekel. »Znanstveniki pravijo, da je Q večji od ena. To ni zadosten pogoj za komercialno fuzijsko energijo. Pravzaprav moramo doseči vsaj Q, večje od deset. "Prizadevamo si za Q 25 za optimalno komercialno fuzijo, da zagotovimo stalen vir energije za domove in industrijo."

Kelsall pravi, da je podjetje na poti, da do zgodnjih 2030-ih predstavi čisto električno energijo, pripravljeno na omrežje. »Sferični tokamak ima znatne prednosti glede učinkovitosti na poti do stroškovno učinkovite fuzijske energije v kompaktnih elektrarnah, ki bodo nameščene po vsem svetu. Naša tehnologija uporablja močna magnetna polja za zadrževanje plazme – fuzijskega goriva – v sferičnem tokamaku, ki bo zagotavljal neprekinjeno izhodno moč. Zdaj smo osredotočeni na razvoj kritičnega znanja in izkušenj za našo napredno prototipno fuzijsko napravo ST80-HTS in naš pilotni obrat ST-E1, medtem ko si prizadevamo zagotoviti čisto, varno in poceni fuzijo za vse.”

Podjetje Tokamak Energy s sedežem v Milton Parku, ki leži južno od Oxforda in zahodno od Londona, je bilo ustanovljeno leta 2009. »To je bila izločitev iz raziskovalnih laboratorijev Culham, ki so severno od lokacije naše pisarne,« pravi Kelsall. »Laboratoriji so povezani z univerzo v Oxfordu in imajo precej dolg pedigre pri raziskovanju fuzijske tehnologije, ki sega več desetletij nazaj. Torej, stari smo približno 13 let. Še pred nekaj leti smo imeli le nekaj deset ljudi. Zdaj nas je več kot 230 ljudi in imamo osebje iz več kot 20 narodnosti, vse različne vrste fizikov, vse različne vrste inženirjev.«

Poslovno središče podjetja Tokamak Energy je dve ključni tehnologiji: edinstven sferični zadrževalni sistem Tokamak, ki ga je ustvarilo podjetje; in visokotemperaturni superprevodni (HTS) magneti, ki so sestavni del njegove funkcije. Beseda "tokamak" izhaja iz ruskega akronima za "toroidna komora z magnetnimi tuljavami". To je najpreprosteje rečeno naprava, zasnovana za ustvarjanje in zadrževanje jedrske reakcije, ki simulira fuzijo plazme, ki se zgodi v Soncu in vseh drugih zvezdah.

Superprevodni magneti so zasnovani tako, da simulirajo sončno masivno gravitacijsko polje in omejijo plazmo. Plazma nastane s pregrevanjem plinastega vodikovega goriva, dokler ne nastane električno nabita plazma, četrto agregatno stanje, ki ni ne trdno, tekoče ali plinasto. Reakcija jedrske fuzije, ki nastane, ustvari le majhen radioaktivni podpis, ki ne predstavlja nobenih dolgoročnih, visokoradioaktivnih odpadkov ali povezanih težav z odlaganjem, ki so pogoste pri trenutni tehnologiji jedrske fisije.

Raziskave osnovne tehnologije tokamaka so se začele v šestdesetih letih 1960. stoletja z uporabo zadrževalnih modulov, ki so bili podobni obročkastim krofom. Tokamak Energy uporablja spremenjeno različico, ki je sferične oblike, podobna jabolku brez sredice. Trenutni cilj podjetja je, da bo do sredine 500-ih lahko začelo uvajati floto majhnih elektrarn, od katerih bo vsaka zmogla zagotoviti 2030 megavatov v omrežje.

Kelsall pravi, da bo majhen odtis »velikosti največ enega ali dveh nogometnih igrišč« v kombinaciji z minimalno radioaktivnostjo, skrbmi za odpadke in odlaganje omogočil postavitev obratov v ali blizu prebivalstva in industrijskih središč, s čimer se bodo dramatično zmanjšali stroški in čas zaostanki, povezani s potrebo po izgradnji velike infrastrukture za prenos električne energije.

Ni presenetljivo, da Kelsall vidi trge električne energije kot daleč največjo tržno priložnost – in potrebo – po fuzijski energiji. »Vemo, da se bo moral svet močno elektrificirati, če želimo doseči podnebne cilje,« pravi. »Tudi naša prihodnja omrežja se bodo morala znatno povečati. Tako vidimo, da trgi električne energije predstavljajo približno 60 % vseh naslovljivih tržnih priložnosti za fuzijo.«

Razogljičenje industrijskih sektorjev, ki jih je težko zmanjšati, kot so jeklarstvo, kemikalije, cement in drugi, je druga največja potencialna nagrada fuzije. "Pogosto se spregleda, vendar je ključnega pomena," pravi Kelsall. "To vidimo kot 30 % našega ciljnega svetovnega trga, poleg priložnosti za kombinirano ogrevanje in elektriko."

Kaj pa obnovljivi viri energije, veter in sonce? »Naše mnenje je, da so obnovljivi viri energije še vedno zelo pomembni, a izziv, ki ga imamo, je, da nas sami ne bodo pripeljali do ciljev, ki jih potrebujemo na svetovni ravni,« odgovarja Kelsall. »Ne gre le za podnebje. Tu gre tudi za energetsko varnost.

»Sedanja situacija v Ukrajini nas je spomnila, da ne gre le za znižanje stroškov sistema, pri čemer fuzija deluje kot dopolnilo k obnovljivim virom energije. Tu gre tudi za zagotavljanje odpornosti, agilnosti in diverzifikacije globalne oskrbe z energijo, tako da v primeru izpada enega vira energije nismo popolnoma v krizi. Današnji svet nas opozarja, da je energetska varnost nacionalna varnost, in mislim, da so bile številne vlade opozorjene na to na težji način. Evropa je bila zelo izpostavljena. Gre torej za reševanje podnebnih ciljev s fuzijo, ki zagotavlja ključno dopolnitev obnovljivim virom energije. Gre za energetsko varnost. Gre za nižje stroške. To je torej trilema – biti mora tudi cenovno dostopen.”

V dveh letih, odkar je prevzel vlogo izvršnega direktorja pri Tokamak Energy, Kelsall pravi, da je opazil dramatično povečanje zanimanja vlagateljev za sektor jedrske fuzije. »V zadnjih 12 mesecih je prišlo do zelo pomembnega, mislim, da otipljivega preobrata v apetitu vlagateljev in zanimanju za fuzijski prostor,« pravi. »Sektor je imel v zadnjih letih več kot 5 milijard ameriških dolarjev lastniških naložb, ki so prišle iz vrhunskih institucij, državnega premoženja in strateških imen, pa tudi vplivnežev z izjemno visoko neto vrednostjo in energetskih podjetij – pogosto prek njihovih tveganih enot.«

Zelo spodbudne se mu zdijo tudi pobude vlad v Evropi in nedavno tudi v Združenih državah Amerike, da dajo prednost financiranju raziskav in razvoja, povezanih s fuzijo. »Resnično spoštujemo in občudujemo ekosistem, ki se gradi v ZDA. Imeli smo nekaj odličnih partnerstev z Univerzo Illinois in Princeton Plasma Physics Laboratory, Oak Ridge in drugimi, in to pot želimo nadaljevati,« pravi Kelsall.

»Vlada ZDA je priznala, da je fuzija geostrateškega pomena, in je uvedla javno/zasebni program financiranja na podlagi mejnikov, ki je analog predhodnega programa, ki je na koncu prinesel SpaceX kot NASA-in prednostni dobavitelj platform za orbitalno dostavo. In druga velika pozitivna stvar je očitno zakon o zmanjševanju inflacije, ki je vključeval 280 milijonov dolarjev sredstev, namenjenih ministrstvu za energijo za pospeševanje raziskav in razvoja fuzije.

Na splošno je to vse bolj obetavno naložbeno okolje za tiste, ki se danes ukvarjajo z raziskavami in razvojem fuzijske energije. Izziv za Tokamak Energy in druga ambiciozna fuzijska podjetja je dokazati, da lahko njihove tehnologije in procesi dosežejo obseg neto energetskih dobičkov, zaradi katerih bodo gospodarsko prilagodljivi.

Kot pravi Kelsall, gre za tekmo s časom, ki z vsakim dnem postaja vse nujnejša.