Fuziunea nucleară: de la science fiction la „când, nu dacă”

Când Zoltan Tompa a prezentat pentru prima dată o companie de fuziune nucleară comitetului de investiții al fondului său de dezvoltare guvernamental canadian, el a văzut tehnologia ca pe o „lună” cu „o șansă exterioară” de succes.

Cincisprezece ani mai târziu, el spune că este o chestiune de „când, nu dacă” puterea de fuziune este conectată la rețea.

„Credem că are o șansă reală de a aduce online o putere comercială în aproximativ un deceniu de acum înainte”, a spus Tompa de la General Fusion din Canada, unde acum face parte din consiliu.

General Fusion este una dintre cele aproximativ 35 de companii private din întreaga lume care caută să se bazeze pe zeci de ani de cercetare experimentală a fuziunii și să respecte promisiunea unei energie aproape nelimitată, cu zero carbon.

În această săptămână, acest obiectiv s-a apropiat puțin, cu confirmarea că oamenii de știință de la Laboratorul Național Lawrence Livermore au obținut un câștig de energie într-o reacție de fuziune pentru prima dată în istorie. Câștigul a avut loc pentru o fracțiune de secundă, iar energia produsă a fost doar mai mare decât cea a laserelor folosite pentru a declanșa reacția, și nu energia electrică totală utilizată pentru a alimenta sistemul.

Vizualizați un instantaneu al unui grafic interactiv. Acest lucru se datorează cel mai probabil faptului că sunteți offline sau JavaScript este dezactivat în browser.

Cu toate acestea, descoperirea, raportată pentru prima dată de Financial Times, a concentrat atenția globală asupra unei tehnologii care în mod obișnuit este luată în derâdere ca fiind la 30 de ani distanță.

„Este o lovitură uriașă pentru braț și cred că este un semnal psihologic pentru societate în general, pentru investitori, pentru politicieni, că fuziunea nu mai este în domeniul science fiction-ului”, a spus Tompa, care conduce investițiile în tehnologie curatate la business. Banca de Dezvoltare a Canadei. „Demonstrați că fuziunea este reală și că timpul pentru fuziune este acum.”

Astronomul britanic Arthur Eddington a teoretizat pentru prima dată în 1920 că Soarele a fost alimentat de o reacție de fuziune care ar putea fi replicată pe Pământ pentru a genera energie nelimitată.

De atunci, laboratoarele finanțate în mare parte din fonduri publice au efectuat sute de experimente, încălzind cu succes izotopii de hidrogen – de obicei deuteriu și tritiu – la temperaturi atât de extreme încât nucleele atomice fuzionează, eliberând heliu și energie sub formă de neutroni. Dar progresul a fost lent, plin de zori false și, de săptămâna trecută, niciun grup nu a atins o creștere a energiei.

Scepticii indică multe provocări rămase. Câștigul de energie din reacția de fuziune trebuie să fie mult crescut de la nivelurile obținute la Laboratorul Național Lawrence Livermore. În plus, acest rezultat a fost obținut printr-o abordare diferită și mai puțin răspândită a fuziunii decât cea a proiectelor mai avansate din sectorul privat.

Multe dintre planurile actuale pentru potențiale centrale electrice de fuziune vor necesita, de asemenea, ca echipele să depășească provocările dificile de inginerie și, în unele cazuri, să producă noi materiale complexe la scară.

„Un salt semnificativ” este încă necesar pentru a atinge puterea comercială, dar acesta este rolul firmelor din sectorul privat – care „lucrează la o viteză mult mai mare” și „inovează mult mai repede” –, a spus el, a declarat Tompa.

„Vedem acest lucru ca pe un moment de trecere a torței”, a spus Andrew Holland, director executiv al Asociației Industriei Fuziunii, care a fost înființată în 2018 pentru a reprezenta industria în curs de dezvoltare. „Aici merge de la laborator la piață”.

Cea mai veche companie privată din industrie, conform celui mai recent raport al asociației, este Princeton Fusion Systems, care a fost fondată în 1992. TAE Technologies, cu sediul în California, a urmat în 1998, urmată de General Fusion în 2002. Dar majoritatea unora dintre companiile private Creșterea sectorului a avut loc în ultimii cinci ani, după ce acordul climatic de la Paris din 2016 a angajat țările să limiteze încălzirea globală la mult sub 2 grade Celsius și un interes sporit pentru potențialele tehnologii curate.

„În urmă cu patru ani, cu cinci ani în urmă, singurii oameni care construiau mașini de fuziune adevărate care puteau face ca fuziunea să funcționeze cu adevărat erau programele publice. . . iar acum următoarea generație de lucruri sunt lucruri care sunt construite de sectorul privat”, a declarat Bob Mumgaard, director general al Commonwealth Fusion Systems.

În semn de entuziasm sporit al sectorului privat pentru fuziune, CFS a strâns anul trecut 1,8 miliarde de dolari de la 30 de investitori, inclusiv Tiger Global Management și Google, într-o rundă care a egalat finanțarea privată raportată de întreaga industrie în acel moment. CFS construiește o fabrică demonstrativă numită Sparc, de aproximativ jumătate de dimensiunea unui teren de tenis, despre care speră că va avea un câștig de energie până în 2025. Apoi intenționează să demonstreze energie viabilă din punct de vedere comercial la începutul anilor 2030.

Mulți oameni de știință din sectorul public sugerează că aceste vremuri sunt prea optimiste. Însă Philippe Larochelle de la Breakthrough Energy Ventures a lui Bill Gates, care a susținut pentru prima dată CFS când a fost înființată în 2018, a spus că investițiile în fuziunea fondului nu mai trebuie privite ca speculative.

„Motivul pentru care am investit în CFS și în celelalte companii ale noastre de fuziune este că le aplicăm același standard pe care îl aplicăm tuturor celorlalte investiții în energie electrică, adică credem că aceasta este o modalitate scalabilă de a obține emisii care pot fi expediate fără emisii de carbon mai mici de 50 USD per fiecare. megawați oră”, a spus el. „Se pare că există o cale foarte plauzibilă aici că aceasta ar putea fi o sursă de energie dominantă pe Pământ, în acest secol, și cred că poate chiar în următorul deceniu sau două.”

Vizualizați un instantaneu al unui grafic interactiv. Acest lucru se datorează cel mai probabil faptului că sunteți offline sau JavaScript este dezactivat în browser.

În total, cel puțin 2,83 miliarde de dolari au fost strânși de companiile private de fuziune în cele 12 luni până în iunie, mai mult decât s-a strâns în istoria industriei și a adus finanțarea totală până în acel moment la 4,9 miliarde de dolari, potrivit Asociației Industriei Fuziunii.

În timp ce principalii finanțatori ai companiilor de fuziune tindeau să fie firme de capital de risc din Silicon Valley și miliardari din tehnologie – Jeff Bezos a susținut General Fusion – universul investitorilor s-a extins.

„O mulțime de noi clase de capital încearcă să devină inteligente în spațiu și sunt gata să facă investiții, cred, mai devreme decât au crezut majoritatea oamenilor”, a spus Larochelle.

TAE Technologies a strâns 250 de milioane de dolari în iulie de la investitori precum Google, Chevron și Sumitomo, aducând finanțarea până în prezent la peste 1,2 miliarde de dolari.

„Pe măsură ce știința și tehnologia se maturizează, la fel se maturizează și tipurile de investitori care investesc”, a spus Greg Twinney, director executiv al General Fusion.

Cu toate acestea, fuziunea a rămas o „fracțiune foarte mică” din investițiile globale în energie de 2,4 trilioane de dolari în 2022 proiectate de Agenția internațională pentru Energie. „Dacă căutăm să accelerăm lucrurile sau să reducem riscul, mai mult capital este modalitatea de a face acest lucru”, a spus el.

Vizualizați un instantaneu al unui grafic interactiv. Acest lucru se datorează cel mai probabil faptului că sunteți offline sau JavaScript este dezactivat în browser.

Mai mult de jumătate dintre companiile private de fuziune, inclusiv CFS, dezvoltă abordări bazate pe izolare magnetică, în care magneții uriași țin combustibilul deuteriu-tritiu în loc, deoarece este încălzit la temperaturi mai calde decât soarele.

Cel puțin opt companii lucrează la abordări de izolare inerțială, similară cu cea folosită la Lawrence Livermore National Laboratory, în care un laser sau un proiectil de mare viteză este folosit pentru a declanșa reacția. Printre acestea se numără First Light Fusion din Marea Britanie și Focused Energy din Germania. Abordarea lui General Fusion, uneori descrisă drept magneto-inerțială, combină aspecte ale ambelor.

Zap Energy, cu sediul în Seattle, susținut și de Breakthrough Energy Ventures, speră să realizeze fuziunea folosind un impuls de curent electric, pe care Larochelle l-a descris ca fiind un „fulger”.

Unele dintre aceste abordări sunt obligate să eșueze. „Orice investitor trebuie să înțeleagă că pentru orice companie de fuziune există încă un risc tehnologic binar”, a spus Tompa.

Cu toate acestea, există o încredere tot mai mare în industrie că mai multe vor avea succes.

„Într-o zi, în următorul deceniu sau doi, vom construi primul reactor comercial de fuziune și apoi oamenii vor petrece următorii 10 milioane de ani construind reactoare de fuziune mai bune, deoarece fuziunea este într-adevăr o sursă uimitoare de energie”, a spus Larochelle. „Combustibilul este infinit, fără carbon și extrem de economic. . . îl puteți construi oriunde și îl puteți scala la infinit.