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 insistiraju da bi ovaj izvor energije bez ugljika mogao postati stvarnost u roku od jedne decenije.

Jasno je da nuklearna fuzija može funkcionirati u velikim razmjerima – samo pogledajte zvijezde. Već 70 godina fizičari su sanjali o flaširanju te zvijezde u obliku fuzijskih reaktora koji bi napajali električnu mrežu istim neograničenim reakcijama bez ugljika koje čine da sunce sija. Ovaj sveti gral dugo se reklamirao kao da je udaljen samo 20 ili 30 godina, ali fanovi fuzije odbijaju da se odreknu vjere. I to sa dobrim razlogom. Fuzija (razbijanje atoma vodika u helijum) obećava neograničenu električnu energiju bez ugljika s nultim rizikom od topljenja i gotovo nikakav radioaktivni otpad povezan s postojećim nuklearnim elektranama koje rade na fisiji (cijepanje atoma uranijuma na manje elemente). 

San je inspirisao Ajaya Royana, suosnivača Mithril Capitala (sa milijarderom Peterom Thielom), koji je 2013. godine prvi uložio 2 miliona dolara u Helion Energy sa sjedištem u Redmondu u Washingtonu kako bi mogao izgraditi prototip mašine za „ponavljanje impulsa“. Mithril je od tada ulagao u Helion, uključujući njegovu nedavnu rundu od 500 miliona dolara (u kojoj se kompanija procjenjuje na 3 milijarde dolara) – uz obećanje od 1.7 milijardi dolara više ako sedmi prototip kompanije bude funkcionirao kako se očekivalo. Helionovu rundu je vodio Sam Altman iz Y Combinatora. 

Godina 2021. bila je velika i za finansiranje fuzije i za prognoze, jer su programeri prikupili više od 3 milijarde dolara za finansiranje svoje sljedeće runde mašina - s nekima koji sada obećavaju komercijalno održivu fuziju za samo pet godina. Royan je sretan što vidi kako fuzija dobija 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 laboratorijama, od kojih je Helion izdvojen 2013. Oslobođen federalne R&D birokratije, Helion je od tada gradio nove prototipove jedan za drugim. “Nije lijepo imati startap mentalitet, to je uslov. i ono na šta smo se fokusirali od početka,” kaže Kirtley.

Helion je 2020. godine završio svoj šesti prototip reaktora, nazvan Trenta. Sada gradi sedmi, Polaris, dok već dizajnira osmi, Antares, za koji Kirtley namjerava da bude prva fuziona mašina ikada koja proizvodi više energije nego što uzima. Pored brze iteracije, Helion koristi i lokalnu ekspertizu. Gradi Polaris mašinu u Everettu, Vašington, u blizini najvećih Boeingovih fabrika, gde mogu da koriste ekosistem dobrodošlice inženjera i preciznih proizvođača. Kirtley kaže da jutra provode petljajući, ažurirajući sisteme i napajajući kondenzatore. “Svako popodne u 3 sati počinjemo raditi fuziju.”

Da biste razumjeli Helionov pristup, prvo razmislite o magnetskom odbijanju koje se javlja kada pokušate natjerati pozitivne polove dva magneta sa šipkama zajedno. To je princip koji omogućava “mag-lev” tehnologiju poput poznatih japanskih vlakova metaka, koji koriste magnetno odbijanje da lebde na vazdušnom jastuku. 

Istraživači fuzije decenijama pokušavaju da osmisle najjače elektromagnete na svetu, pomoću kojih konstruišu reakcione komore sa toliko jakim magnetnim poljima da mogu sadržati i komprimovati ubrizgani tok pozitivno naelektrisanih protona u kuglu plazme tako vruće da se stapaju u helijum. 

U Helionovom novom sistemu, energija oslobođena u reakcijama fuzije neprekidno se gura prema svom magnetnom zaštitnom polju, koje se gura nazad – uzrokujući oscilacije („poput klipa“, kaže Kirtley) koje stvaraju električnu struju, koju Helion hvata direktno iz reaktora. . (Za više, pročitajte Faradejev zakon indukcije.) 

Royan od Mithril kaže da je možda najveća atrakcija Helionove metode direktne proizvodnje električne energije njena jednostavnost. Drugi pristupi fuziji imaju za cilj generiranje topline, kako bi se ključala voda i pokretale 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. Započeo je svoju karijeru u polju fuzije, inspirisan naučnicima u nacionalnim laboratorijama 1960-ih koji su napravili veliki napredak u magnetnom zadržavanju (natječući se sa ruskim naučnicima da osmisle reaktore u obliku krafne zvane tokamaks) čak i pre pronalaska 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 mlazove kontrolirane elektromagnetima. Vratio se na teren 2008. kako bi pomogao u komercijalizaciji Helionove tehnologije. 

S vremenom on predviđa proizvodnju fuzijskih generatora u fabrici. Sistem skale od 50 mw, spakovan 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 trku sa 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 je podstaknut uspješnim ljetnim testom Commonwealtha novih elektromagneta konstruiranih sa supravodnicima napravljenim od rijetke zemlje barijum-bakrenog oksida. 

Mumgaard kaže da će ovi magneti sa super pogonom omogućiti Commonwealthu da usavrši svoj nešto tradicionalniji pristup fuziji izgradnje reaktora u obliku krofne "tokamak", koji Mumgaard naziva "velika magnetna boca" u kojoj moćna magnetna polja kontroliraju kugle od 100 miliona stepeni plazme - " zvjezdane stvari.” 

Postoji otprilike 150 tokamaka širom svijeta; najveći je u izgradnji u Francuskoj za 30 milijardi dolara od strane međunarodnog konzorcijuma pod nazivom ITER. Mašina od 20,000 tona, veličine košarkaške arene, trebalo bi da bude završena do 2035. godine. 

Ali Mumgaard namjerava da Commonwealth Fusion učini ITER zastarjelim prije nego što uopće bude završen. Njegova prednost je u primjeni supravodiča "visoke temperature" napravljenih od rijetkih zemnih barij bakar oksida (aka ReBCO). 

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

Dok će primarni magneti ITER-a (zvani solenoidi) težiti oko 400 tona i postići polja jačina od 12 tesla, Commonwealth razmatra magnete od 15 tona, od kojih svaki koristi 300 km ReBCO tankoslojne trake, koja će generirati 20 tesla (za poređenje, mašina za magnetnu rezonancu ima 1.5 tesla). 

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

CES je spreman da izgradi svoju mašinu za fuziju na lokaciji od 47 hektara u Massachusettsu i već radi na nabavci hiljada kilometara ReBCO trake. Može li dostupnost rijetke zemlje postati ograničavajući faktor u razvoju fuzije? Ne kaže Mumgaard. “Fuzijsko postrojenje će imati manje rijetkih zemalja nego vjetroturbina. Fusion se ne odnosi na resurse koje trebate kopati ili pumpati. Radi se o tehnologiji.” 

Trebalo bi biti mjesta za više od jednog pobjednika fuzije. Među ostalim liderima je General Fusion, sa sjedištem u Kanadi i podržan od Jeffa Bezosa, koji je ove godine prikupio 130 miliona dolara. Drugi značajni milijarderi u igri fuzije su Neal i Linden Blue, koji posjeduju General Atomics sa sjedištem u San Diegu, koji je desetljećima upravljao istraživačkim tokamakom u ime DOE, i koji je ove godine isporučio ITER-u crijeva svojih tokamak elektromagneta - centralni solenoid od 1,000 tona. A tu je i TAE Energy iz Kalifornije, koja je eksperimentisala sa milijardom dolara u protekloj deceniji i prikupila 1 miliona dolara tokom pandemije.

Tehnologija fuzije je možda počela u laboratorijama koje finansira vlada, ali će se njeno ostvarenje morati oslanjati na privatno finansiranje. Amy Roma, partner u Hogan Lovellsu u Washingtonu, DC, kaže da bi sada u neizvjesnosti račun Build Back Better uključivao 875 miliona dolara za naprednu nuklearnu energiju, ali za sada će se industrija morati zadovoljiti novom kancelarijom za demonstraciju naprednih reaktora u okviru Ministarstvo energetike, finansirano nedavno usvojenim Zakonom o infrastrukturi. Nuklearna nuklearna energija bi također imala koristi od nedavne izvršne naredbe predsjednika Bidena koja poziva da nabavka energije od strane savezne vlade bude "neto-nula" do 2030. godine. 

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

Royan iz Mithril-a 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 đubriva. To u osnovi mijenja ekonomiju vode preko noći, a time i ekonomiju poljoprivrede.” Sve je to dio puta čovječanstva, kaže on, “da se nastavi dokazivati ​​da je Malthus bio idiot”. 

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