Izvršni direktor Tokamak Energy vidi dane koji obećavaju nuklearnu fuziju

Sa svim nedavnim vijestima o napretku u nuklearnoj fuziji, uključujući najavu Ministarstva energetike da su znanstvenici Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore postigli fuzijsku reakciju s neto povećanjem energije, prilika koja se nedavno pojavila za intervju s Chrisom Kelsallom, izvršnim direktorom tvrtke Tokamak Energy , činilo se slučajno.

U e-poruci u petak, Kelsall je najavu DOE-a nazvao “impresivnim rezultatom. U utrci smo s vremenom kako bismo postupno ukinuli fosilna goriva i učinili fuziju globalno dostupnim rješenjem za svjetske energetske potrebe. Napredak ove prirode izvrstan je za industriju jer sve više privatnih i javnih ulaganja pritječe u fuzijsku tehnologiju.”

Tijekom našeg intervjua, obavljenog prije objave DOE-a, Kelsall je istaknuo da je marginalni neto dobitak energije poput onoga o kojem je prošlog tjedna izvijestio Livermore (3.15 megajoula izlazne energije iz unosa od 2.05 isporučenih megajoula) ipak djelić veličine neto energetskog dobitka koji se u konačnici mora postići kako bi fuzijska tehnologija bila uistinu skalabilna.

"Ovdje se ne radi samo o dokazivanju neto dobitka energije", rekao mi je. “Znanstvenici to zovu Q veći od jedan. To nije dovoljan uvjet za komercijalnu fuzijsku energiju. Zapravo, moramo doći do barem Q većeg od deset. "Ciljamo na Q od 25 za optimalnu komercijalnu fuziju kako bismo osigurali stalni izvor energije za domove i industriju."

Kelsall kaže da je tvrtka na putu demonstracije čiste energije spremne za mrežu do ranih 2030-ih. “Sferni tokamak ima značajne prednosti u pogledu učinkovitosti na putu prema isplativoj fuzijskoj energiji u kompaktnim elektranama, koje će se postaviti globalno. Naša tehnologija koristi jaka magnetska polja za zadržavanje plazme – fuzijskog goriva – u sfernom tokamaku koji će isporučivati ​​kontinuiranu izlaznu snagu. Sada smo usredotočeni na razvoj ključnog znanja i iskustva za naš napredni prototip ST80-HTS uređaja za fuziju i naše pilot postrojenje, ST-E1, dok radimo na pružanju čiste, sigurne i jeftine fuzije za sve.”

Sa sjedištem u Milton Parku, koji se nalazi južno od Oxforda i zapadno od Londona, Tokamak Energy osnovan je 2009. "To je bio izdvojen iz istraživačkih laboratorija Culham koji su sjeverno od lokacije našeg ureda", kaže Kelsall. “Laboratoriji su povezani sa Sveučilištem Oxford i imaju prilično dug pedigre u istraživanju tehnologije fuzije, koji seže nekoliko desetljeća unatrag. Dakle, imamo oko 13 godina. Do prije nekoliko godina imali smo samo nekoliko desetaka ljudi. Sada nas ima više od 230 ljudi i imamo preko 20 nacionalnosti osoblja, sve različite vrste fizičara, sve različite vrste inženjera.”

Poslovanje tvrtke Tokamak Energy usredotočeno je na dvije ključne tehnologije: jedinstveni sferični sustav zadržavanja tokamaka koji je tvrtka stvorila; i visokotemperaturni supravodljivi magneti (HTS) koji su sastavni dio njegove funkcije. Riječ "tokamak" izvedena je iz ruske kratice za "toroidalnu komoru s magnetskim zavojnicama". Najjednostavnije rečeno, to je uređaj dizajniran za stvaranje i obuzdavanje nuklearne reakcije koja simulira fuziju plazme koja se događa unutar Sunca i svih ostalih zvijezda.

Supervodljivi magneti dizajnirani su da simuliraju Sunčevo masivno gravitacijsko polje i ograniče plazmu. Plazma nastaje pregrijavanjem plinovitog vodikovog goriva sve dok se ne formira električki nabijena plazma, četvrto agregatno stanje, koje nije ni kruto, ni tekuće ni plinovito. Reakcija nuklearne fuzije koja rezultira stvara samo mali radioaktivni potpis koji ne predstavlja dugoročne probleme s otpadom visoke razine ili povezanim odlaganjem uobičajenim za trenutnu tehnologiju nuklearne fisije.

Istraživanje osnovne tehnologije tokamaka prvo je počelo 1960-ih pomoću modula za zadržavanje koji su nalikovali prstenastim krafnama. Tokamak Energy koristi modificiranu verziju koja je sfernog oblika, slična jabuci bez jezgre. Trenutačni cilj tvrtke je da do sredine 500-ih može započeti s uvođenjem flote malih elektrana, svaka sa sposobnošću isporuke 2030 megavata u mrežu.

Kelsall kaže da će mali otisak "veličine ne više od jednog ili dva nogometna igrališta", u kombinaciji s minimalnom radioaktivnošću, problemima oko otpada i odlaganja, omogućiti smještaj postrojenja u ili blizu naseljenih i industrijskih središta, čime se dramatično smanjuju troškovi i vrijeme zaostajanja povezana s potrebom izgradnje velike elektroprijenosne infrastrukture.

Nije iznenađujuće da Kelsall tržišta električne energije vidi kao daleko najveću tržišnu priliku – i potrebu – za fuzijsku energiju. “Znamo da će se svijet morati masovno elektrificirati, kako bismo ispunili svoje klimatske ciljeve”, kaže. “Naše buduće mreže također će morati znatno narasti. Dakle, vidimo da tržišta električne energije predstavljaju približno 60% ukupne adresne tržišne prilike za fuziju.”

Dekarbonizacija industrijskih sektora koje je teško smanjiti, poput čelika, kemikalija, cementa i drugih, druga je najveća potencijalna nagrada fuzije. "Često se zanemaruje, ali je ključno", kaže Kelsall. "To vidimo kao 30% našeg ciljanog globalnog tržišta, zajedno s mogućnostima kombinirane topline i energije."

Ali što je s obnovljivim izvorima energije, vjetrom i sunce? "Naše je mišljenje da su obnovljivi izvori energije još uvijek jako važni, ali izazov koji imamo je da nas sami oni neće dovesti do ciljeva koji su nam potrebni na globalnoj razini", odgovara Kelsall. “Ovdje se ne radi samo o klimi. Ovdje se također radi o energetskoj sigurnosti.

„Trenutna situacija u Ukrajini podsjetila nas je da se ne radi samo o smanjenju troškova sustava, pri čemu fuzija djeluje kao dopuna obnovljivim izvorima energije. Ovdje se također radi o pružanju otpornosti, agilnosti i diversifikacije u globalnoj opskrbi energijom, tako da ako jedan izvor energije prestane, nismo potpuno u krizi. Danas je svijet u kojem nas podsjećaju da je energetska sigurnost nacionalna sigurnost, i mislim da su brojne vlade podsjetile na to na teži način. Europa je bila vrlo izložena. Dakle, pitanje je rješavanja klimatskih ciljeva fuzijom koja predstavlja ključnu nadopunu obnovljivim izvorima energije. Riječ je o energetskoj sigurnosti. Radi se o manjim troškovima. Dakle, to je trilema – također mora biti pristupačan.”

U dvije godine otkako je preuzeo ulogu izvršnog direktora u Tokamak Energy, Kelsall kaže da je vidio dramatičan porast interesa ulagača u sektoru nuklearne fuzije. "Došlo je do vrlo značajnog, mislim opipljivog zaokreta u apetitu ulagača i interesu za prostor fuzije u posljednjih 12 mjeseci", kaže on. "Posljednjih godina ovaj sektor imao je više od 5 milijardi dolara kapitalnih ulaganja koja dolaze od vrhunskih institucija, državnog bogatstva i strateških imena, kao i ultravisokih utjecajnih osoba i energetskih kompanija - često kroz njihove venture jedinice."

On također smatra vrlo ohrabrujućim inicijative vlada u Europi, a odnedavno iu Sjedinjenim Državama, da daju prioritet financiranju istraživanja i razvoja vezanih uz fuziju. “Zaista poštujemo i divimo se ekosustavu koji se gradi u SAD-u. Imali smo sjajna partnerstva sa Sveučilištem Illinois i Laboratorijem za fiziku plazme Princeton, Oak Ridge i drugima, i želimo nastaviti to putovanje,” kaže Kelsall.

“Vlada SAD-a prepoznala je da je fuzija od geostrateške važnosti i pokrenula je javno/privatni program financiranja temeljen na prekretnici koji je analogan prethodnom programu koji je na kraju doveo do toga da SpaceX postane NASA-in preferirani dobavljač orbitalnih platformi za dostavu. A druga velika pozitiva je očito Zakon o smanjenju inflacije, koji uključuje 280 milijuna dolara u financiranju dodijeljenom Ministarstvu energetike za unaprjeđenje istraživanja i razvoja fuzije.”

Sve u svemu, to je investicijsko okruženje koje sve više obećava za one koji se danas bave istraživanjem i razvojem fuzijske energije. Izazov za Tokamak Energy i druge ambiciozne fuzijske tvrtke je pokazati da njihove tehnologije i procesi mogu postići veličine u neto energetskim dobicima koji će ih učiniti ekonomično skalabilnim.

Kao što Kelsall kaže, to je utrka s vremenom, utrka koja svakim danom postaje sve hitnija.