Nacionalni laboratorij otključava nuklearnu fuziju — pravi pomak, Zakon o novostima ili oboje?

Nnuklearna fuzija dugo je bila sveti gral istinski čiste energije. Spajanje atoma vodika obećava neograničenu električnu energiju s nultom emisijom ugljika, minimalnom količinom radioaktivnog otpada i nultom šansom za katastrofalno topljenje. Ali pola stoljeća fuzije znanstvenici su bili ograničeni snagom svojih lasera i snagom svojih magnetskih polja - nikada prije nisu otkrili kako iz razbijanja atoma izvući više energije nego što su uložili. Sve do sada.

Danas znanstvenici na Nacionalno sredstvo za paljenje na Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore (LLNL) u Kaliforniji otkrit će da su početkom prosinca, po prvi put, uspjeli postići energetski dobitak veći od 1 — to jest, više energije je emitirano iz reakcija unutar njihove deuterij-tricijeve kapsule goriva (2,000 megadžula) nego što je bilo sadržano u 192 lasera s kojom su ga raznijeli.

To je velika stvar, vrijedna slavlja, ali donekle gotov zaključak, kaže Debra Callahan, fizičarka plazme koja je nedavno napustila fuzijski tim LLNL-a kako bi postala znanstvena direktorica pri pokretanju Fokusirana energija, koja već radi na komercijalizaciji pristupa.

Callahan je znao da će LLNL postići neto energetski dobitak nakon što su prošle godine dosegnuli izlaznu energiju od 72% uložene energije lasera. “Za mene to nije iznenađenje. S obzirom na put rezultata koje smo vidjeli, trebalo je dogoditi", kaže ona. Trebalo im je samo malo više snage lasera. Dakle, kako to radi? Zamislite mali šuplji cilindar od zlata koji vam stane u dlan. To se zove hohlraum. Unutar hohlrauma nalazi se sićušna kapsula goriva unutar koje se nalaze atomi deuterija i tricija.

Koriste zlato jer ono zadržava rendgenske zrake koje nastaju kada isprše oba kraja hohlrauma sa 173 najmoćnija lasera na svijetu. Callahan kaže: "To je poput rendgenske pećnice," koja komprimira gorivo toliko da implodira i zapali fuziju među atomima u središtu kapsule. Fuzija se zatim širi u valu iz središta, emitirajući nevjerojatnu toplinu. Sve se to događa u milijarditom dijelu sekunde.

Zašto je Callahan napustio LLNL kada su bili na pragu uspjeha? Jer, kaže ona, National Ignition Facility nije fuzijski stroj. Hohlraum je odličan za demonstraciju paljenja, ali nije nužno dovoljno učinkovit za inženjering kontinuirane pulsne fuzije jer se toliko zaostale laserske energije gubi zagrijavanjem zlata, a ne vodikovog goriva. Dakle, u Focused Energy (uz podršku Laboratorij za prve pokrete i Novi poslovni suradnici) njihov plan je odbaciti hohlraum i umjesto toga koristiti pristup "izravnog pogona" - izbacivanje lasera izravno na kapsulu goriva (vidi shemu).

Još nisu dokazali da radi, ali Callahan je uvjeren da će za nekoliko godina njihov pilot projekt postići 10x povećanje energije. Nakon toga će uslijediti drugo postrojenje koje će postići 30x povećanje, nakon čega će uslijediti ono što će krajem 2030-ih biti njihov prvi komercijalni generator, nadajmo se da će postići 100x povećanje energije i eksplodirati 10 kapsula goriva svake sekunde.

Ali tu je ležao poseban izazov. S 10 u sekundi, njihov bi stroj koristio gotovo 900,000 kapsula dnevno. Ovo nije kao bacanje ugljena u peć; svaka bi kapsula trebala biti proizvedena prema strogim standardima i ubačena u stroj u savršenom trenutku.

***

Je li to realno? Neki fuzijski konkurenti ne misle tako. General Fusion je tvrtka za fuziju sa sjedištem u Vancouveru u Kanadi koja je jučer objavila svoju prekretnicu. Njegov se pristup naziva fuzija magnetizirane mete i uključuje stroj u koji ubrizgavaju kuglu vodikove plazme u stroj i koriste snažne magnete da je drže dok komprimira mehaničkim klipovima, a ne laserima. Izvršni direktor Greg Twinney očekuje da će pilot postrojenje koje General Fusion gradi u Ujedinjenom Kraljevstvu pokazati fuziju 2027. godine, s komercijalnim dizajnom spremnim početkom 2030-ih. "Kad vidimo ovakve vijesti, nismo iznenađeni", kaže. Ali pristup LLNL-a ne može se ekstrapolirati u radnu fuzijsku elektranu, što je ono što General Fusion (podržan s 300 milijuna dolara od Jeffa Bezosa, ShopifyjaKUPITE
CEO Tobias Lutke i Temasek, između ostalih) krenuli su od početka. "Sve što radimo fokusirano je na komercijalnu elektranu", kaže on. "Ako radi u znanstvenom eksperimentu, ali nije komercijalan, to nas ne zanima."

Vijest o LLNL-u izazvala je sličan odgovor izvršnog direktora Davida Kirtleya iz pokretanja fuzije sa sjedištem u Seattleu heliju, uz potporu od 600 milijuna dolara tehnoloških tajkuna Petera Thiela, Sama Altmana, Dustina Moskovitza, Reida Hoffmana i Jeffa Skolla. "Uzbuđeni smo što su postigli svoje znanstvene prekretnice za svoj stroj", kaže Kirtley. Ali on se ne osjeća ugroženim zbog “istraživačkog uređaja koji nije dizajniran za proizvodnju struje”. Nasuprot tome, rad Helionovog fuzijskog stroja dugog 60 stopa uključuje ubrizgavanje plazma kuglica na svakom kraju, razbijajući ih zajedno u reakciji od 100 milijuna stupnjeva kontroliranoj intenzivnim magnetskim poljima. U Helionovom novom sustavu, energija oslobođena u fuzijskim reakcijama neprestano se gura prema svom magnetskom polju zadržavanja, koje gura natrag - uzrokujući oscilacije "poput klipa", kaže Kirtley, koje generiraju električnu struju, koju Helion hvata izravno iz reaktora. (Za više, pročitajte dalje Faradayev zakon indukcije.)

Helion gradi svoj sedmi prototip i dizajnira svoj osmi, za koji se Kirtley nada da će biti prvi komercijalni fuzijski generator — koji će možda biti spojen na električnu mrežu do kraja ovog desetljeća, ako sve bude kako treba. On kaže da su federalni nuklearni regulatori izgleda spremni podvrgnuti svoje strojeve istim pravilima kao akceleratore čestica i vrste strojeva za snimanje koji se koriste u bolnicama.

A ima i mnogo drugih tvrtki koje slijede najetabliraniji pristup fuziji - tokamak koncept, u ​​kojem se kuglice plazme ubrizgavaju u komoru reaktora u obliku šuplje krafne, kontrolirane snažnim magnetskim poljima. Commonwealth Fusion, spinoff MIT-a, nastoji usavršiti tokamak koristeći supravodljive materijale ultra visoke temperature za koje izvršni direktor Bob Mumgaard misli da će im omogućiti radni fuzijski uređaj do kraja desetljeća. Isto vrijedi i za General Atomics sa sjedištem u San Diegu (najpoznatiji za izum drona Predator), koja već desetljećima upravlja tokamakom za Ministarstvo energetike i dizajnira novi stroj. GA je također izgradio nedvojbeno najsnažniji magnet na svijetu, nazvan središnji solenoid, za najveći svjetski projekt fuzije od svih, 30 milijardi dolara ITER u izgradnji u Francuskoj. Ako drugi fuzijski startupi budu uspjeli, ITER će biti zastario prije nego što bude dovršen u sljedećem desetljeću. Šireći svoje oklade, GA (u vlasništvu milijardera Neala Bluea) ima partnerstvo s nacionalnim laboratorijem rijeke Savannah za proizvodnju peleta za gorivo za laserske fuzijske strojeve kao što su LLNR i Focused Energy.

S kim god razgovarali u području fuzije, njihove su kritike dugo uspostavljenih reaktora za nuklearnu fisiju iste. Reakcije fisije (u kojima se veliki atomi obogaćenog urana razbijaju) stvaraju radioaktivni otpad, uključujući plutonij i opasne aktinoide koji se mogu koristiti kao oružje. Za razliku od fuzije, koju je teško pokrenuti i lako zaustaviti, reakcije fisije je lako pokrenuti i teško zaustaviti, što predstavlja rizik od katastrofalnih taljenja. Noviji dizajni, poput Westinghouse AP1000 fisijski reaktor, koji se gradi u SAD-u i Kini, ima pasivne sigurnosne mjere i praktički je otporan na topljenje.

***

Neki atomski poduzetnici misle da je fisija dovoljna. Bret Kugelmass, osnivač i izvršni direktor Zadnja energija, krenuo je prije pet godina u osmišljavanje najučinkovitijeg i najekonomičnijeg nuklearnog reaktora na svijetu. Prije nego što se odlučio za svoj pristup, Kugelmass, koji sada ima 36 godina, intervjuirao je stotine stručnjaka za nuklearnu industriju (i usmjerio razgovore na Titans of Nuclear podcast) kako bi prikupili kolektivnu mudrost industrije. Iako vjeruje u dugoročnu budućnost fuzije, Kugelmass je utvrdio da je najbolja svjetska opklada za prelazak s fosilnih goriva izgradnja modularnih fisijskih reaktora na najjednostavniji, najjeftiniji i najsigurniji mogući način. U svojoj tvornici u blizini Houstona, Last Energy sada proizvodi svoje prve male, modularne vodene reaktore pod tlakom, koji koriste gotove komponente, nabavljene preko postojećih nuklearnih opskrbnih lanaca, s tehnologijom koja je usavršavana tijekom desetljeća i koristi se u više više od 300 reaktora diljem svijeta.

Last Energy je već prodao 10 svojih jedinica od 20 megavata kupcu u Poljskoj, još dvije u Rumunjskoj i nekoliko u Britaniji. Kugelmass kaže da njegovo intelektualno vlasništvo nije u dokazanim komponentama, već u tome kako ih sve spojiti. Do sada je prikupio 24 milijuna dolara na čelu s Gigafund, a očekuje se da će prvi reaktori u Poljskoj proraditi 2025. Kako bi financirao strojeve, Last Energy ulazi u dugoročne ugovore o kupnji električne energije obećavajući kupcima desetljeća nuklearne energije bez ugljika po cijenama nižim od tržišnih. "Uspjeli smo odvojiti željenu nišu koju nitko nije želio", kaže Kugelmass. “Cijelu smo operaciju stavili u crnu kutiju.”

Koliko god primamljivo obećanje fuzije moglo biti, ako Kugelmass bude imao svoj put, konkurentska stvarnost uspostavljene, pouzdane fisije bi ipak mogla potisnuti svog novog rođaka na smetlište herojskih tehnoloških promašaja - sjećate se Betamaxa, Google Glassa i New Coca-Cole?

VIŠE OD FORBESAPotaknuta dolarima milijardera, nuklearna fuzija ulazi u novo dobaBy Christopher HelmanVIŠE OD FORBESANova nuklearna energija: Kako Unicorn vrijedan 600 milijuna dolara fuzijske energije planira pobijediti solarnuBy Christopher HelmanVIŠE OD FORBESATihi milijarderi iza američkog drona Predator koji je ubio iranskog SoleimanijaBy Deniz Çam