A milliárdos dollárok által fűtött nukleáris fúzió új korszakba lép

Miután 3-ben több mint 2021 milliárd dollárt gyűjtöttek össze Bill Gatestől és Jeff Bezostól, a fúziós fejlesztők ragaszkodnak ahhoz, hogy ez a szén-dioxid-mentes energiaforrás egy évtizeden belül valósággá válhat.

Egyértelmű, hogy a magfúzió nagy léptékben működhet – elég csak nézni a csillagokat. A fizikusok 70 éve arról álmodoztak, hogy ezt a csillagenergiát fúziós reaktorokba palackozzák, amelyek ugyanazokkal a határtalan, nulla szén-dioxid-kibocsátású reakciókkal látják el az elektromos hálózatot, mint a napfény. Ezt a Szent Grált már régóta úgy hirdették, hogy csak 20 vagy 30 év van hátra, de a fúziós rajongók nem hajlandók feladni hitüket. És jó okkal. A fúzió (a hidrogénatomok héliummá zúzása) határtalan szén-dioxid-mentes elektromos energiát ígér, az olvadás kockázata nélkül, és gyakorlatilag nincs radioaktív hulladék a meglévő atomerőművekhez, amelyek hasadással (az uránatomok kisebb elemekre való szétválásával) működnek. 

Az álom ihlette Ajay Royant, a Mithril Capital társalapítóját (Peter Thiellel milliárdossal), aki 2013-ban először fektetett be 2 millió dollárt a redmondi, Wash-i Helion Energy-be, hogy az „ismétlődő impulzusteljesítményű” gép prototípusát építhesse. A Mithril azóta is befektetett a Helionba, beleértve a legutóbbi 500 millió dolláros befektetést (a cég értéke 3 milliárd dollár) – 1.7 milliárd dollárral többet ígérve, ha a cég hetedik prototípusa a remélt módon működik. Helion körét Sam Altman, az Y Combinator vezette. 

A 2021-es év mind a fúziós finanszírozás, mind az előrejelzések szempontjából jelentős volt, mivel a fejlesztők több mint 3 milliárd dollárt gyűjtöttek össze a következő gépi kör finanszírozására – néhányan pedig már öt éven belül üzletileg életképes fúziót ígérnek. Royan örömmel látja, hogy a fúzióra több figyelem irányul; „Persze, 2021 fordulópont lehet a fúzióban a Google elemzése szerint, de az igazi fordulópont egy évtizeddel ezelőtt történt, amikor a teljesítményelektronika átlépett egy küszöböt.” 

David Kirtley vezérigazgató elmagyarázza, hogy a Helion mögötti kezdeti kutatás-fejlesztési munkát szövetségi laboratóriumokban végezték, amelyekből a Heliont 2013-ban különítették el. A szövetségi K+F bürokrácia alól felszabadult Helion azóta is egymás után építi az új prototípusokat. „A startup mentalitás nem szép, ha van, ez követelmény. és amire a kezdetektől fogva összpontosítottunk” – mondja Kirtley.

2020-ban a Helion elkészült a hatodik reaktor prototípusa, a Trenta. Most építi a hetedik Polarist, miközben már tervezi a nyolcadik Antarest, amely Kirtley szándéka szerint az első fúziós gép lesz, amely több energiát ad le, mint amennyit bevesz. A gyors iteráció mellett a Helion profitál a helyi szakértelemből is. A Polaris gépet a Wash állambeli Everettben építik, a Boeing legnagyobb gyárai közelében, ahol a szerződéses mérnökök és a precíziós gyártók barátságos ökoszisztémáját érinthetik meg. Kirtley azt mondja, hogy a reggeleket bütyköléssel, rendszerfrissítéssel és kondenzátorok bekapcsolásával töltik. „Minden délután 3 órakor elkezdjük a fúziót.”

A Hélion megközelítésének megértéséhez először vegyük figyelembe a mágneses taszítást, amely akkor lép fel, amikor két rúdmágnes pozitív pólusait próbáljuk egymáshoz kényszeríteni. Ez az az elv, amely lehetővé teszi a „mag-lev” technológiát, mint például a híres japán lövedékvonatok, amelyek mágneses taszítást alkalmaznak, hogy lebegjenek a levegőpárnán. 

A fúziós kutatók évtizedek óta törekedtek a világ legerősebb elektromágneseinek kidolgozására, amelyekkel olyan reakciókamrákat alakítanak ki, amelyek mágneses mezője olyan erős, hogy képesek befogadni és összenyomni a pozitív töltésű protonok injektált áramlását egy olyan forró plazmagömbbe, hogy összeolvadjanak hélium. 

A Helion új rendszerében a fúziós reakciók során felszabaduló energia folyamatosan kinyomja a mágneses visszatartó mezőt, ami visszanyomja – oszcillációkat okozva ("mint egy dugattyú", mondja Kirtley), ami elektromos áramot generál, amelyet a Helion közvetlenül a reaktorból vesz fel. . (További információért olvassa el Faraday indukciós törvényét.) 

Royan of Mithril szerint a Helion közvetlen villamosenergia-termelési módszerének talán legnagyobb vonzereje az egyszerűség. Más fúziós megközelítések célja hőtermelés, víz forralása és gőzturbinák működtetése, amelyek villamos energiát termelnek – a hagyományos atomerőművekhez hasonlóan. „Gőzturbinák vagy hűtőtornyok nélkül is meg tudjuk csinálni. Megszabadulunk az erőműtől.” 

Az biztos, hogy Kirtley megérti a fúziós szkepticizmust, különösen agresszív menetrendje kapcsán. Pályafutását a fúziós területen kezdte, az 1960-as években a nemzeti laboratóriumok tudósai inspirálták, akik nagy előrelépést tettek a mágneses elszigetelés terén (orosz tudósokkal versengve a tokamakoknak nevezett fánk alakú reaktorok kidolgozásáért), még a tranzisztorok feltalálása előtt. Kirtley azonban elvesztette a hitét, miután megállapította, hogy a korai megközelítések egyszerűen nem tudtak elég gyorsan fejlődni ahhoz, hogy kereskedelmi megoldást hozzanak létre – ezért az űrhajók elektromágnesekkel vezérelt plazmasugarait használó fejlett meghajtásán kezdett dolgozni. 2008-ban tért vissza a pályára, hogy segítsen a Helion technológiájának kereskedelmi forgalomba hozatalában. 

Idővel fúziós generátorok gyártását képzeli el egy gyárban. Egy 50 mw-os rendszer három szállítókonténer méretű egységbe csomagolva 40,000 10 otthont biztosítana. "XNUMX év múlva biztosan lesz kereskedelmi forgalomban kapható elektromos áram." 

Ezzel versenybe száll a Helion a bostoni székhelyű Commonwealth Fusion Systems-szel, az MIT spinoffjával, amely 1.8 milliárd dollárt gyűjtött be olyan befektetőktől, mint Bill Gates és George Soros. Bob Mumgaard vezérigazgató azt mondta, hogy 6 éven belül működő reaktoruk lesz. Optimizmusát fellendíti a Commonwealth sikeres nyári tesztje a ritkaföldfém bárium-réz-oxidból készült szupravezetőkkel tervezett új elektromágneseken. 

Mumgaard szerint ezek a szupermotoros mágnesek lehetővé teszik a Nemzetközösség számára, hogy tökéletesítsék a hagyományosabb fúziós megközelítésüket, egy fánk alakú „tokamak” reaktor építését, amelyet Mumgaard „nagy mágneses palacknak” nevez, ahol erős mágneses mezők irányítják a 100 millió fokos plazmagolyókat. sztárcuccok.” 

A világon nagyjából 150 tokamakot tartanak számon; a legnagyobbat Franciaországban építi 30 milliárd dollárért az ITER nevű nemzetközi konzorcium. A 20,000 2035 tonnás, egy kosárlabdaaréna méretű gép a tervek szerint XNUMX-re készül el. 

De Mumgaard azt tervezi, hogy a Commonwealth Fusion az ITER-t még azelőtt elavulttá teszi. Éle a ritkaföldfém bárium-réz-oxiddal (más néven ReBCO) készült „magas hőmérsékletű” szupravezetők alkalmazásában van. 

A szupravezetők gyakorlatilag nulla veszteséggel mozgatják az elektromos áramot (például sokkal hatékonyabban, mint a réz). És kulcsfontosságúak az erős elektromágnesek előállításához. A Commonwealth megállapította, hogy mágneseit speciális bárium-réz-oxid szalaggal (mint a VHS-kazettában található szalag) készítve az ITER-nél vártnál erősebb, de a skála 1/20-át érő mágneses mezőt képes elérni. 

Míg az ITER elsődleges mágnesei (úgynevezett szolenoidok) körülbelül 400 tonnát nyomnak majd, és 12 teslánál erősebb mezőt érnek el, a Commonwealth 15 tonnás mágnesekkel néz, amelyek mindegyike 300 km vékonyrétegű ReBCO szalagot használ, amelyek 20 teslát generálnak (összehasonlításképpen egy mágneses rezonancia képalkotó gép 1.5 teslát tesz ki). 

„Ez feloldja a fúziós gépet” – mondja Mumgaard. A CES tavaly nyáron tesztelte a mágneseket, és „bizonyítéknak” nyilvánította, hogy a fúzió tudománya mára gyakorlatilag befejeződött, és már csak a reaktor megépítése van hátra. „Jól értjük az anyagot, és úgy gondoljuk, hogy ezt három év alatt meg tudjuk csinálni” – mondja Mumgaard. „2030-ra fúziót fogunk látni a hálózaton.” 

A CES egy 47 hektáros Massachusetts-i területen építi fel fúziós gépét, és már dolgozik azon, hogy több ezer kilométernyi ReBCO szalagot szerezzen be. A ritkaföldfémek elérhetősége korlátozó tényezővé válhat a fúziós technológia bevezetésében? Nem, mondja Mumgaard. „Egy fúziós erőműben kevesebb ritkaföldfém lesz, mint egy szélturbinában. A fúzió nem egy olyan erőforrásról szól, amelyet ki kell bányásznod vagy szivattyúznod kell. Ez egy technológiáról szól." 

Egynél több fúziós győztesnek kell helynek lennie. További vezetők közé tartozik a kanadai székhelyű, Jeff Bezos által támogatott General Fusion, amely idén 130 millió dollárt gyűjtött össze. A fúziós játék további jelentős milliárdosai Neal és Linden Blue, akik a San Diego-i székhelyű General Atomics tulajdonosai, amely évtizedek óta üzemeltet kutatási tokamakot a DOE megbízásából, és amely idén átadta az ITER-nek a tokamak elektromágneseit. egy 1,000 tonnás központi mágnesszelep. És ott van a kaliforniai TAE Energy, amely az elmúlt évtizedben 1 milliárd dollárral kísérletezett, és 130 millió dollárt gyűjtött össze a járvány idején.

Lehet, hogy a fúziós technológia a kormány által finanszírozott laboratóriumokban indult el, de a megvalósításhoz magánfinanszírozásra kell támaszkodni. Amy Roma, a washingtoni Hogan Lovells partnere szerint a most bizonytalanságban lévő Build Back Better törvényjavaslat 875 millió dollárt tartalmazott volna fejlett atomenergiára, de egyelőre az iparágnak meg kell elégednie egy új, fejlett reaktorok bemutató irodájával. Energiaügyi Minisztérium, amelyet a legutóbbi infrastrukturális törvény finanszíroz. A nulla szén-dioxid-kibocsátású atomenergia számára is előnyös lenne Biden elnök legutóbbi végrehajtási rendelete, amely szerint a szövetségi kormány energiavásárlásait 2030-ra nullára kell csökkenteni. 

A legendás technológiai befektető, Steve Jurvetson, a Commonwealth Fusion támogatója, aki 25 évvel ezelőtt írta meg első csekkjét a fúziós kutatással kapcsolatban, szinte szédül, hogy ez a régóta halogatott álom hamarosan valósággá válhat. – Rengeteg ellenző van, amíg elkészül. Aztán azt mondják, hogy ez nyilvánvaló.” 

Mithril Royan elmondása szerint már dolgozik azon, hogy módosítsa a keretrendszert, hogy figyelembe vegye, mennyire másképp fog kinézni a világ, amikor a fúzió valós – „Gondoljunk csak a vízsótalanítás és a műtrágyagyártás lehetőségeire. Ez egyik napról a másikra alapvetően megváltoztatja a vízgazdaságot, és így a mezőgazdaság gazdaságtanát is.” Ez mind része az emberiség útjának, mondja, „hogy folyamatosan bebizonyítsa, Malthus idióta volt”. 

TÖBB FELTÉTELEKAz új atomerőmű: Hogyan tervezi egy 600 millió dolláros fúziós energia egyszarvú legyőzni a napenergiátBy Christopher Helman
TÖBB FELTÉTELEKCsendes milliárdosok az amerikai ragadozó drón mögött, amely megölte az iráni SzulejmanitBy Deniz Çam