Jadrová fúzia, poháňaná miliardárskymi dolármi, vstupuje do nového veku

Po získaní viac ako 3 miliárd dolárov v roku 2021 od Billa Gatesa a Jeffa Bezosa vývojári jadrovej syntézy trvajú na tom, že tento zdroj energie s nulovými emisiami uhlíka by sa mohol stať realitou do desiatich rokov.

Je jasné, že jadrová fúzia môže fungovať vo veľkom rozsahu – stačí sa pozrieť na hviezdy. Už 70 rokov fyzici snívali o naplnení tejto hviezdnej energie vo forme fúznych reaktorov, ktoré by poháňali elektrickú sieť rovnakými neobmedzenými reakciami s nulovým obsahom uhlíka, vďaka ktorým svieti slnko. Tento svätý grál bol dlho propagovaný ako vzdialený len 20 alebo 30 rokov, ale fanúšikovia fusion sa odmietli vzdať viery. A z dobrého dôvodu. Fúzia (rozbíjanie atómov vodíka na hélium) sľubuje neobmedzenú elektrickú energiu s nulovým obsahom uhlíka s nulovým rizikom roztavenia a prakticky žiadny rádioaktívny odpad spojený s existujúcimi jadrovými elektrárňami, ktoré fungujú na štiepenie (štiepenie atómov uránu na menšie prvky). 

Sen inšpiroval Ajaya Royana, spoluzakladateľa spoločnosti Mithril Capital (s miliardárom Petrom Thielom), ktorý v roku 2013 prvýkrát investoval 2 milióny dolárov do spoločnosti Helion Energy so sídlom v Redmonde vo Washingtone, aby mohla postaviť prototyp stroja s „repetitive pulse power“. Mithril odvtedy investoval do Helionu, vrátane jeho nedávneho kola v hodnote 500 miliónov dolárov (ohodnotenie spoločnosti na 3 miliardy dolárov) – s prísľubom ďalších 1.7 miliardy dolárov, ak siedmy prototyp spoločnosti bude fungovať podľa očakávania. Helionovo kolo viedol Sam Altman z Y Combinator. 

Rok 2021 bol veľkým rokom pre financovanie fúzie aj prognózy, pretože vývojári získali viac ako 3 miliardy dolárov na financovanie ďalšieho kola strojov – pričom niektoré z nich teraz sľubujú komerčne životaschopnú fúziu už za päť rokov. Royan je rád, že sa fúzii dostáva viac pozornosti; „Samozrejme, že rok 2021 môže byť podľa analytikov Google prelomový pre fúziu, ale skutočný zlom nastal pred desiatimi rokmi, keď výkonová elektronika prekročila prah.“ 

Generálny riaditeľ David Kirtley vysvetľuje, že počiatočná výskumná a vývojová práca za Helionom bola vykonaná vo federálnych laboratóriách, z ktorých Helion vznikol v roku 2013. Oslobodený od federálnej byrokracie v oblasti výskumu a vývoja, Helion odvtedy vyrába nové prototypy jeden za druhým. „Startupová mentalita nie je príjemná, je to požiadavka. a na čo sme sa od začiatku zamerali,“ hovorí Kirtley.

V roku 2020 Helion dokončil svoj šiesty prototyp reaktora s názvom Trenta. Teraz stavia siedmy, Polaris, pričom už navrhuje ôsmy, Antares, ktorý Kirtley zamýšľa byť vôbec prvým fúznym strojom, ktorý vydá viac energie, než spotrebuje. Okrem rýchlej iterácie Helion ťaží z miestnych odborných znalostí. Vyrába stroj Polaris v Everette, Washington, neďaleko najväčších tovární Boeingu, kde môžu využiť prívetivý ekosystém zmluvných inžinierov a presných výrobcov. Kirtley hovorí, že trávia dopoludnia majstrovaním, aktualizáciou systémov a zapínaním kondenzátorov. "Každé popoludnie o 3:XNUMX začíname robiť fúziu."

Aby ste pochopili Helionov prístup, najprv zvážte magnetické odpudzovanie, ku ktorému dochádza, keď sa pokúšate spojiť kladné póly dvoch tyčových magnetov. Je to princíp, ktorý umožňuje technológiu „mag-lev“, ako sú známe japonské guľové vlaky, ktoré využívajú magnetické odpudzovanie, aby sa vznášali na vzduchovom vankúši. 

Výskumníci v oblasti fúzie sa už desaťročia snažia navrhnúť najsilnejšie elektromagnety na svete, pomocou ktorých skonštruujú reakčné komory s tak silnými magnetickými poľami, že dokážu obsiahnuť a stlačiť prúd pozitívne nabitých protónov do gule plazmy tak horúcej, že sa spoja do hélium. 

V novom systéme Helion sa energia uvoľnená pri fúznych reakciách nepretržite tlačí proti svojmu magnetickému poľu, ktoré sa tlačí späť - spôsobuje oscilácie ("ako piest," hovorí Kirtley), ktoré generujú elektrický prúd, ktorý Helion zachytáva priamo z reaktora. . (Pre viac informácií si prečítajte Faradayov indukčný zákon.) 

Royan of Mithril hovorí, že možno najväčším lákadlom Helionovej metódy priamej výroby elektriny je jej jednoduchosť. Iné fúzne prístupy sú zamerané na výrobu tepla na varenie vody a na poháňanie parných turbín, ktoré vyrábajú elektrinu – ako v tradičných jadrových elektrárňach. „Dokážeme to urobiť bez parných turbín alebo chladiacich veží. Zbavíme sa elektrárne." 

Je isté, že Kirtley chápe fúzny skepticizmus, najmä pokiaľ ide o jeho agresívny časový plán. Svoju kariéru začal v oblasti fúzie, inšpirovaný vedcami z národných laboratórií v 1960. rokoch minulého storočia, ktorí urobili veľké pokroky v oblasti magnetického zadržiavania (súperili s ruskými vedcami pri navrhovaní reaktorov v tvare šišky nazývaných tokamaky) ešte pred vynálezom tranzistorov. Ale Kirtley stratil vieru po tom, čo určil skoré prístupy, jednoducho sa nedokázal vyvinúť dostatočne rýchlo na to, aby priniesol komerčné riešenie - a tak začal pracovať na pokročilom pohone vesmírnej lode pomocou plazmových trysiek ovládaných elektromagnetmi. Do poľa sa vrátil v roku 2008, aby pomohol komercializovať technológiu spoločnosti Helion. 

Časom si predstavuje výrobu fúznych generátorov v továrni. Systém váhy s výkonom 50 mw zabalený do troch jednotiek veľkosti prepravného kontajnera by napájal 40,000 10 domácností. "O XNUMX rokov budeme mať určite komerčnú elektrinu na predaj." 

To stavia Helion do súperenia s Bostonskou spoločnosťou Commonwealth Fusion Systems, spinoff MIT, ktorá získala 1.8 miliardy dolárov od investorov vrátane Billa Gatesa a Georgea Sorosa. Generálny riaditeľ Bob Mumgaard hovorí, že o 6 rokov budú mať funkčný reaktor. Jeho optimizmus povzbudzuje úspešný letný test nových elektromagnetov skonštruovaných so supravodičmi vyrobenými zo vzácnych zemín z oxidu meďnatého bária, ktoré uskutočnilo Commonwealth. 

Mumgaard hovorí, že tieto super napájané magnety umožnia Commonwealthu zdokonaliť ich trochu tradičnejší fúzny prístup k vybudovaniu reaktora „tokamaku“ v tvare šišky, ktorý Mumgaard nazýva „veľká magnetická fľaša“, kde silné magnetické polia ovládajú gule plazmy s teplotou 100 miliónov stupňov –“ hviezdne veci.” 

Na svete je zhruba 150 tokamakov; najväčší z nich je vo výstavbe vo Francúzsku za 30 miliárd dolárov medzinárodným konzorciom s názvom ITER. 20,000 2035-tonový stroj o veľkosti basketbalovej arény má byť dokončený do roku XNUMX. 

Mumgaard má však v úmysle pre Commonwealth Fusion urobiť ITER zastaraným ešte pred jeho dokončením. Jeho prednosťou je použitie „vysokoteplotných“ supravodičov vyrobených z oxidu bária vzácneho zeminy (aka ReBCO). 

Supravodiče pohybujú elektrickým prúdom prakticky s nulovými stratami (oveľa efektívnejšie ako napríklad meď). A sú kľúčom k výrobe výkonných elektromagnetov. Commonwealth zistil, že vytvorením svojich magnetov pomocou špeciálnej pásky z oxidu bárnatého medi (ako je páska nachádzajúca sa na kazete VHS), môže dosiahnuť silnejšie magnetické polia ako tie, ktoré sa očakávali v ITER, ale v 1/20 mierky. 

Zatiaľ čo primárne magnety ITERu (nazývané solenoidy) budú vážiť asi 400 ton a dosahujú silnejšie polia ako 12 tesla, Commonwealth hľadá 15-tonové magnety, z ktorých každý používa 300 km tenkovrstvovej pásky ReBCO, ktoré vygenerujú 20 tesla (pre porovnanie, magnetická rezonancia má výkon 1.5 tesla). 

"Toto odblokuje fúzny stroj," hovorí Mumgaard. CES testoval magnety minulé leto a vyhlásil to za „dôkaz“, že veda o fúzii je teraz prakticky dokončená a zostáva už len postaviť reaktor. „Dobre rozumieme materiálu a myslíme si, že to dokážeme za tri roky,“ hovorí Mumgaard. "Do roku 2030 uvidíme fúziu na sieti." 

CES je pripravený postaviť svoj fúzny stroj na 47-akrovom pozemku v Massachusetts a už pracuje na získavaní tisícok kilometrov pásky ReBCO. Mohla by sa dostupnosť vzácnych zemín stať limitujúcim faktorom pri zavádzaní fúzie? Nie, hovorí Mumgaard. „Fúzná elektráreň bude mať menej vzácnych zemín ako veterná turbína. Fusion nie je o zdroji, ktorý potrebujete ťažiť alebo pumpovať. Je to o technológii." 

Malo by byť miesto pre viac ako jedného víťaza fúzie. Medzi ďalších lídrov patrí General Fusion so sídlom v Kanade a podporovaný Jeffom Bezosom, ktorý tento rok vyzbieral 130 miliónov dolárov. Ďalšími významnými miliardármi v hre o fúzii sú Neal a Linden Blue, ktorí vlastnia General Atomics so sídlom v San Diegu, ktorá desaťročia prevádzkuje výskumný tokamak v mene DOE a ktorá tento rok dodala ITERu vnútornosti svojich tokamakových elektromagnetov – 1,000-tonový centrálny solenoid. A je tu TAE Energy of California, ktorá za posledné desaťročie experimentovala s 1 miliardou dolárov a počas pandémie získala 130 miliónov dolárov.

Fusion tech možno začala vo vládou financovaných laboratóriách, ale jej realizácia sa bude musieť spoliehať na súkromné ​​financovanie. Amy Roma, partnerka Hogan Lovells vo Washingtone, DC, hovorí, že teraz v limbu Build Back Better Bill by zahŕňal 875 miliónov dolárov na pokročilú jadrovú energiu, ale nateraz sa priemysel bude musieť uspokojiť s novou kanceláriou demonštrácie pokročilého reaktora v rámci Ministerstvo energetiky, financované nedávnym zákonom o infraštruktúre. Jadrová energia s nulovými emisiami uhlíka by tiež profitovala z nedávneho výkonného nariadenia prezidenta Bidena, v ktorom sa požaduje, aby nákupy energie federálnou vládou boli do roku 2030 „nulové“. 

Legendárny technologický investor Steve Jurvetson, podporovateľ Commonwealth Fusion, ktorý pred 25 rokmi vypísal svoj prvý šek na výskum jadrovej syntézy, má takmer závrat, že tento dlho odkladaný sen by sa mohol čoskoro stať realitou. "Je tu veľa odporcov, kým to nebude hotové." Potom hovoria, že je to jasné." 

Royan z Mithrilu hovorí, že už pracuje na úprave svojho rámca, aby zvážil, ako inak bude svet vyzerať, keď bude fúzia skutočná – „Premýšľajte o príležitostiach na odsoľovanie vody a výrobu hnojív. To cez noc zásadne mení hospodárstvo s vodou, a tým aj ekonomiku poľnohospodárstva.“ Je to všetko súčasťou cesty ľudstva, hovorí, "stále dokazovať, že Malthus bol idiot." 

VIAC OD FORBESThe New Nuclear: Ako plánuje jednorožec s fúznou energiou za 600 miliónov dolárov poraziť slnečnú energiuBy Christopher Helman
VIAC OD FORBESTichí miliardári za americkým predátorským dronom, ktorý zabil iránskeho SoleimanihoBy Deniz Çam