Potaknuta dolarima milijardera, nuklearna fuzija ulazi u novo doba

Nakon što su 3. prikupili više od 2021 milijarde dolara od Billa Gatesa i Jeffa Bezosa, programeri fuzije inzistiraju da bi ovaj izvor energije bez ugljika mogao postati stvarnost u roku od jednog desetljeća.

Jasno je da nuklearna fuzija može djelovati u velikim razmjerima - samo pogledajte zvijezde. Već 70 godina fizičari su sanjali o flaširanju te zvjezdane snage u obliku fuzijskih reaktora koji bi napajali električnu mrežu s istim neograničenim reakcijama bez ugljika zbog kojih sunce sja. Ovaj Sveti gral dugo se reklamirao kao da je udaljen samo 20 ili 30 godina, ali obožavatelji fuzije odbili su se odreći vjere. I to s dobrim razlogom. Fuzija (razbijanje atoma vodika u helij) obećava neograničenu električnu energiju bez ugljika s nultim rizikom od taljenja i praktički nikakav radioaktivni otpad povezan s postojećim nuklearnim elektranama koje rade na fisiji (cijepanje atoma urana na manje elemente). 

San je inspirirao Ajaya Royana, suosnivača Mithril Capitala (s milijarderom Peterom Thielom), koji je 2013. prvi uložio 2 milijuna dolara u Helion Energy sa sjedištem u Redmondu, Wash., kako bi mogao izgraditi prototip stroja s "ponavljajućim impulsima". Mithril je od tada ulagao u Helion, uključujući njegovu nedavnu rundu od 500 milijuna dolara (u kojoj se tvrtka procjenjuje na 3 milijarde dolara) - uz obećanje od 1.7 milijardi dolara više ako sedmi prototip tvrtke bude funkcionirao kako se očekivalo. Helionovu rundu vodio je Sam Altman iz Y Combinatora. 

Godina 2021. bila je velika i za financiranje fuzije i za predviđanja, jer su programeri prikupili više od 3 milijarde dolara za financiranje svoje sljedeće runde strojeva - s nekima koji sada obećavaju komercijalno održivu fuziju za samo pet godina. Royan je sretan što vidi kako fuzija dobiva više pažnje; “Svakako, 2021. može biti prekretnica za fuziju prema Google analitici, ali prava prekretnica dogodila se prije deset godina kada je energetska elektronika prešla prag.” 

Izvršni direktor David Kirtley objašnjava da je početni R&D rad iza Heliona obavljen u saveznim laboratorijima, od kojih je Helion izdvojen 2013. Oslobođen federalne birokracije za istraživanje i razvoj, Helion od tada gradi nove prototipove jedan za drugim. “Startup mentalitet nije lijepo imati, to je uvjet. i ono na što smo se usredotočili od početka”, kaže Kirtley.

Helion je 2020. dovršio svoj šesti prototip reaktora, nazvan Trenta. Sada gradi sedmi, Polaris, dok već dizajnira osmi, Antares, za koji Kirtley namjerava biti prvi fuzijski stroj ikad koji proizvodi više energije nego što uzima. Uz brzu iteraciju, Helion koristi i lokalnu stručnost. Gradi Polaris stroj u Everettu, Wash., u blizini najvećih Boeingovih tvornica, gdje mogu koristiti ekosustav dobrodošlice inženjera i proizvođača preciznih proizvoda. Kirtley kaže da jutra provode petljajući, ažurirajući sustave i napajajući kondenzatore. “Svako poslijepodne u 3 sati počinjemo raditi fuziju.”

Da biste razumjeli Helionov pristup, prvo razmislite o magnetskom odbijanju do kojeg dolazi kada pokušate natjerati pozitivne polove dvaju šipkastih magneta zajedno. To je princip koji omogućuje tehnologiju "mag-lev" poput poznatih japanskih vlakova metaka, koji koriste magnetsko odbijanje da lebde na zračnom jastuku. 

Istraživači fuzije desetljećima pokušavaju osmisliti najjače elektromagnete na svijetu, pomoću kojih konstruiraju reakcijske komore s toliko jakim magnetskim poljima da mogu sadržavati i komprimirati ubrizgani tok pozitivno nabijenih protona u kuglu plazme tako vruće da se stapaju u helij. 

U Helionovom novom sustavu, energija oslobođena u fuzijskim reakcijama kontinuirano se gura prema svom magnetskom zaštitnom polju, koje se gura natrag - uzrokujući oscilacije ("poput klipa", kaže Kirtley) koje stvaraju električnu struju, koju Helion hvata izravno iz reaktora. . (Za više, pročitajte Faradayev zakon indukcije.) 

Royan iz Mithril kaže da je možda najveća atrakcija Helionove metode izravne proizvodnje električne energije njezina jednostavnost. Drugi pristupi fuziji imaju za cilj generiranje topline, kako bi se zakuhala voda i pokrenule parne turbine, koje proizvode električnu energiju - kao u tradicionalnim nuklearnim elektranama. “Možemo to učiniti bez parnih turbina ili rashladnih tornjeva. Riješimo se elektrane.” 

Naravno, Kirtley razumije fuzijski skepticizam, posebno oko njegovog agresivnog rasporeda. Svoju je karijeru započeo u području fuzije, inspiriran znanstvenicima u nacionalnim laboratorijima 1960-ih koji su napravili veliki napredak u magnetskom zadržavanju (natječući se s ruskim znanstvenicima u osmišljavanju reaktora u obliku krafne zvanih tokamaks) čak i prije izuma tranzistora. Ali Kirtley je izgubio vjeru nakon što je odredio rane pristupe jednostavno nije mogao evoluirati dovoljno brzo da donese komercijalno rješenje - pa je počeo raditi na naprednom pogonu svemirskog broda koristeći plazma mlaznice kontrolirane elektromagnetima. Vratio se na teren 2008. kako bi pomogao u komercijalizaciji Helionove tehnologije. 

S vremenom zamišlja proizvodnju fuzijskih generatora u tvornici. Sustav skale od 50 mw, pakiran u tri jedinice veličine brodskog kontejnera, napajao bi 40,000 domova. “Za 10 godina imat ćemo komercijalnu struju za prodaju, sigurno.” 

To stavlja Helion u utrku s Commonwealth Fusion Systems sa sjedištem u Bostonu, spinoffom MIT-a, koji je prikupio 1.8 milijardi dolara od investitora, uključujući Billa Gatesa i Georgea Sorosa. Izvršni direktor Bob Mumgaard kaže da će reaktor koji radi za 6 godina. Njegov optimizam potaknut je uspješnim ljetnim testom Commonwealtha novih elektromagneta konstruiranih sa supravodnicima napravljenim od rijetke zemlje barijevog bakrenog oksida. 

Mumgaard kaže da će ovi superpokrenuti magneti omogućiti Commonwealthu da usavrši svoj nešto tradicionalniji fuzijski pristup izgradnje "tokamak" reaktora u obliku krafne, koji Mumgaard naziva "velikom magnetskom bocom" u kojoj moćna magnetska polja kontroliraju kuglice od 100 milijuna stupnjeva plazme - " zvjezdane stvari.” 

U svijetu postoji otprilike 150 tokamaka; najveći je u izgradnji u Francuskoj za 30 milijardi dolara od strane međunarodnog konzorcija pod nazivom ITER. Stroj od 20,000 tona, veličine košarkaške arene, trebao bi biti gotov do 2035. godine. 

Ali Mumgaard namjerava da Commonwealth Fusion učini ITER zastarjelim prije nego što uopće bude dovršen. Njegova prednost je u primjeni "visokotemperaturnih" supravodiča izrađenih od rijetke zemlje barijevog bakrenog oksida (aka ReBCO). 

Supervodiči pokreću električnu struju s gotovo nultim gubicima (mnogo učinkovitije od bakra, na primjer). I oni su ključni za izradu snažnih elektromagneta. Commonwealth je otkrio da izradom svojih magneta pomoću posebne trake od barij-bakrenog oksida (poput vrpce koja se nalazi u VHS kaseti) može postići magnetska polja snažnija od onih predviđenih na ITER-u, ali na 1/20 skale. 

Dok će primarni magneti ITER-a (nazvani solenoidi) težiti oko 400 tona i postići polja jače od 12 tesla, Commonwealth razmatra magnete od 15 tona, od kojih svaki koristi 300 km ReBCO tankoslojne trake, koja će generirati 20 tesla (za usporedbu, stroj za magnetsku rezonancu radi 1.5 tesla). 

"Ovo otključava fuzijski stroj", kaže Mumgaard. CES je prošlog ljeta testirao magnete i proglasio to “dokazom” da je znanost o fuziji sada gotovo potpuna i da je sve što je preostalo je izgraditi reaktor. “Dobro razumijemo materijal i mislimo da to možemo učiniti za tri godine”, kaže Mumgaard. “Do 2030. vidjet ćemo fuziju na mreži.” 

CES bi trebao izgraditi svoj fuzijski stroj na lokaciji od 47 hektara u Massachusettsu, a već radi na nabavci tisuća kilometara ReBCO trake. Može li dostupnost rijetke zemlje postati ograničavajući čimbenik u uvođenju fuzije? Ne kaže Mumgaard. “Fuzijsko postrojenje imat će manje rijetkih zemalja nego vjetroturbina. Fusion nije o resursu koji trebate kopati ili pumpati. Riječ je o tehnologiji.” 

Trebalo bi biti mjesta za više od jednog pobjednika fuzije. Ostali čelnici uključuju General Fusion, sa sjedištem u Kanadi i uz podršku Jeffa Bezosa, koji je ove godine prikupio 130 milijuna dolara. Drugi značajni milijarderi u igri fuzije su Neal i Linden Blue, koji posjeduju tvrtku General Atomics sa sjedištem u San Diegu, koja je desetljećima upravljala istraživačkim tokamakom u ime DOE, a koja je ove godine isporučila ITER-u utrobu svojih tokamak elektromagneta - središnji solenoid od 1,000 tona. A tu je i TAE Energy iz Kalifornije, koja je eksperimentirala s milijardom dolara u posljednjem desetljeću i prikupila 1 milijuna dolara tijekom pandemije.

Tehnologija fuzije možda je započela u laboratorijima koje financira država, ali njezino ostvarenje morat će se oslanjati na privatno financiranje. Amy Roma, partnerica u Hogan Lovellsu u Washingtonu, DC, kaže da bi sada u neizvjesnosti račun Build Back Better uključivao 875 milijuna dolara za naprednu nuklearnu energiju, ali za sada će se industrija morati zadovoljiti s novim uredom za demonstraciju naprednih reaktora u sklopu Odjel za energetiku, financiran nedavnim Zakonom o infrastrukturi. Nuklearna energija s nultom emisijom ugljika također bi imala koristi od nedavne izvršne naredbe predsjednika Bidena koja poziva da nabavka energije savezne vlade bude "neto-nula" do 2030. godine. 

Legendarni tehnološki investitor Steve Jurvetson, podupiratelj Commonwealtha Fusiona koji je prije 25 godina napisao svoj prvi ček za istraživanje fuzije, gotovo je zbunjen da bi ovaj dugo odgađani san uskoro mogao postati stvarnost. “Postoji mnogo zagovornika dok se to ne završi. Onda kažu da je to očito.” 

Mithrilov Royan kaže da već radi na prilagođavanju svog okvira kako bi razmotrio kako će svijet izgledati drugačije kada fuzija bude stvarna – “Razmislite o mogućnostima za desalinizaciju vode i proizvodnju gnojiva. To iz temelja mijenja ekonomiju vode preko noći, a time i ekonomiju poljoprivrede.” Sve je to dio puta čovječanstva, kaže, "nastaviti dokazivati ​​da je Malthus bio idiot." 

VIŠE OD FORBESANova nuklearna energija: Kako Unicorn vrijedan 600 milijuna dolara fuzijske energije planira pobijediti solarnuBy Christopher Helman
VIŠE OD FORBESATihi milijarderi iza američkog drona Predator koji je ubio iranskog SoleimanijaBy Deniz Çam