Net Zero Needs Fusion. Mit kell kérdezniük a befektetőknek az éllovasoktól?

A fúziós energia sürgősségét nem lehet túlbecsülni. Október 27-én az ENSZ figyelmeztetett hogy „nincs hiteles út 1.5 °C-hoz”, és a jelenlegi politikák katasztrofális, 2.8 °C-os felmelegedést mutatnak 2100-ra. A fúzió lehet az egyetlen nulla szén-dioxid-kibocsátású energiaforrás, amely korlátlan alapterhelést és elegendő alapanyagot tud biztosítani az összes tiszta hidrogén, amely a nehezen levezethető iparágak szén-dioxid-mentesítéséhez szükséges. Talán ez az egyetlen járható út a nettó nulla kibocsátás felé 2050-re.

A fúzióval azonban van egy probléma. Egyetlen laboratórium vagy vállalat sem termelt több energiát, mint amennyit a fúziós reakcióba fordított, nem beszélve arról, hogy olyan rendszert fejlesztettek ki, amely kereskedelmi környezetben is működhetne. Érthető, hogy a befektetők azon tűnődnek, hol áll valójában a fúzió, és mely projektek biztosíthatják ezt a több billió dolláros lehetőséget, hogy megismételjék a Nap erejét a Földön.

Régóta fúziós befektetőként szeretném megvitatni, hogy miért számít a fúzió, milyen előrelépést tett ez az iparág, és milyen kérdéseket kell feltenniük a hozzáértő befektetőknek a fúziós társaságokkal szemben.

Miért számít a fúzió?

Jelenleg a fúzión kívül egyetlen energiatechnológia sem mutat potenciált a fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésére. Úgy tűnik, semmi más nem képes kielégíteni a világ növekvő energiaigényét, valamint a klímaberendezések, a sótalanító üzemek, az elektromos járművek, a zöld hidrogén-termelés stb. iránti energiaszükségletét olyan mértékben, amelyre szükségünk van az energiaátmenethez és az élethez egy melegebb és szárazabb bolygón.

Természetesen skáláznunk kell a szél- és a napenergiát, de a földre, az időjárásra és az energiatárolásra vonatkozó követelmények azt jelentik, hogy nem tudják lehetővé tenni a teljes energiaátállást. Az atommaghasadási erőművek szintén fontosak a Net Zero számára, de a nukleáris hulladék, a balesetek és a fegyverkezés kockázata korlátozza a felhasználásukat.

Ami a hidrogént illeti, Michael Liebreich, a Bloomberg NEF alapítója nemrég illusztrált hogy a műtrágyák, vegyszerek és olajfinomítás során használt piszkos hidrogén pusztán zöld hidrogénnel történő helyettesítéséhez jelenleg a világ beépített nap- és szélenergia-kapacitásának 143%-ára lenne szükség. Elrettentő kijelentés. Nem hagyna zöld hidrogént semmi másra: nem acél- és alumíniumgyártásra, sem energiahálózatok kiegyenlítésére, sem CO-ra.₂ befogás és tárolás, nem tengeri és vasúti szállításhoz. Egyszerűen nem lesz elegendő zöld hidrogén alapanyag fúzió nélkül.

Iparági bennfentesek úgy vélik, hogy 2050-re a fúziós erőművek a világ energiájának 18-44%-át biztosíthatják. A fúzió tehát korunk egyik legkolosszálisabb befektetési lehetősége. Amint kereskedelmi forgalomba kerül, a fúzió a fosszilis tüzelőanyag-ipar nagy részét felváltja.

A Fusion éllovasai

A Fúziósipari Szövetség jelentések hogy a fúziós magáncégek eddig több mint 4.8 milliárd USD finanszírozást gyűjtöttek össze, és több mint kétszeresére növelték az iparág tavalyi teljes finanszírozását. Számos éllovas olyan technikai fejlődést ért el, hogy hihetően feltételezhető, hogy a 2030-as években piacra dobják a kereskedelmi fúziót. A listán szerepel a General Fusion (amelyben befektető vagyok), a Commonwealth Fusion Systems, a Helion, a TAE Technologies, a Zap Energy, a General Atomics és a First Light.

Ezen fúziós társaságok mindegyike demonstrációs üzemet kíván nyitni az évtized második felére. Ezek bizonyítják, hogy technológiájuk képes-e nagy léptékben működni, és nettó villamos energiát termelni.

A helyettesítő karakter Kína, amely saját fúziós technológiáján dolgozik. Nyilvánvaló okokból a nyugati kormányok inkább nem függenek Kínától ebben a kulcsfontosságú technológiában. Dél-Franciaországban is működik az ITER, a nemzetközi, államilag finanszírozott fúziós projekt reméli, 2045-ig fúziós energiát szállítani.

Kérdések a befektetőknek a fúziós vállalatok számára

A kihívás az, hogy ne csak nettó villamos energiát állítsunk elő, hanem ezt kereskedelmileg életképes módon tegyük. Hatalmas nyomásra és hőre van szükség ahhoz, hogy a hidrogénatomokat összeolvasztsák, hogy nehezebb atommagot képezzenek, és energia szabadul fel. A napon a gravitáció elegendő erőt biztosít a reakcióhoz. A Földön a fúziós gépeknek 100 millió C-nál magasabb hőmérsékletet kell elérniük, hogy megismételjék ezeket a feltételeket. Ezt nehéz fenntartani, és nehéz a berendezésen.

Az éllovasok vagy megoldották, vagy átdolgozzák a Föld-alapú fúzió fennmaradó akadályait. Az érdeklődő befektetők, akik arra kíváncsiak, hogy melyik fúziós projektet támogatják, tegye fel a következő kérdéseket:

1. Mennyire tartós a gép? A fúziós reakció során keletkező neutronok a reaktor fémfalát érik, okozó hólyagosodás, kémiai erózió és szennyeződések, és végül a gép működésképtelenné válása. Ezt hívják „első fal problémának”. Az egyik megoldás egy folyékony fémfal alkalmazása, amely körülveszi a fúziós reakciót és védi a gépet. Egy másik megközelítés az olyan üzemanyagok bevezetése, amelyek kevesebb neutront termelnek. Ide tartozik a proton-bór üzemanyag, amely még magasabb hőmérsékletet igényel a fúzió létrejöttéhez, és a deutérium-hélium-3, amely a Földön természetesen nem fordul elő.

2. Mennyire bőséges az üzemanyag? Két hidrogénizotóp, a deutérium és a trícium keveréke táplálja a legtöbb fúziós reakciót. A deutérium könnyen előállítható a tengervízből. A tríciumot viszont elő kell állítani. Néhány ellenzőnek megvan figyelmeztetett hogy „A nukleáris fúzió már tüzelőanyag-válsággal néz szembe”. Nem az. Az élenjárók ezt a problémát úgy oldották meg, hogy a tríciumtermelést integrálták a fúziós reakcióba. Az egyik módja egy folyékony fém (ólom-lítium) fal használata, amely közvetlenül érintkezik a fúziós plazmával, és előállítja a trícium üzemanyagot a fúziós gép számára. A trícium reaktoron kívüli tenyésztésére szolgáló lítium alapú módszerek is fejlesztés alatt állnak.

3. Mennyire hatékony az energiaátalakítás? Egyes gépekben a folyékony fémfal a fúziós reakcióval való közvetlen érintkezés útján nyeli el a hőt. A folyékony fém egy hőcserélőn halad át, gőzt termelve, amely meghajt egy turbinát és villamos energiát termel – ahogy a legtöbb hagyományos erőmű teszi. Egy másik ígéretes megközelítés az elektromos áram közvetlenül a fúziós reakció során keletkező elektromágneses mezőkből való rögzítése.

4. Milyen további rendszerbonyolultságok akadályozhatják meg az időben történő bevezetést? Egyes fúziós társaságok célja, hogy bevált technológiákat alkalmazzanak rendszereik perifériáján, míg mások a fejlett lézerek, anyagok és szupravezetők révén számítanak áttörésekre. Ezeket néhány lenyűgöző cikk tárgyalja lektorált folyóiratokban, és ez a gond. Ígéretesek, de nem bizonyítottak. Emlékezzünk vissza, hogy amikor a Tesla bemutatta első autóit, gyakorlatilag minden technológia bevált. A fúziós befektetőknek különbséget kell tenniük az elméleti rendszerek és a valós körülmények között tesztelt kritikus alkatrészeket használó rendszerek között.

5. Hol tart a bemutató üzem és az értékesítési stratégia? A legjobb versenyzők laboratóriumi fúziót értek el, és tesztágyakon bizonyították alapvető technológiájukat és egyedi komponenseiket. Most be kell bizonyítaniuk, hogy a teljes rendszer képes működni egy demóüzemben nagy méretekben – tehát a tőkeintenzitás. A vezető fúziós vállalkozások kezdik kibővíteni a fúziós laboratórium szakembereiből és PhD-kből álló törzscsapatukat egy olyan mérnöki csapattal, amely tudja, hogyan kell erőművet építeni. Ez az átmenet a laborból a valós alkalmazásba nem kis teljesítmény. Még azt is kezdjük látni, hogy a fúziós társaságok üzletfejlesztési személyzetet vesznek fel, és piacra dobják az első kereskedelmi üzem jogait.

6. Mekkora lesz a mérete? A vezető fúziós cégek 50 megawatttól (MW) 500 MW-ig terjedő méretű erőműveken dolgoznak. A gép mérete kulcsfontosságú, mert befolyásolja az előzetes beruházási költségeket. A kisebb, moduláris gépek megkönnyítik az egyes közművek számára a beruházási döntések meghozatalát egy kereskedelmi üzemben. A méret azt is befolyásolja, hogy a fúziós egységek használhatók-e olyan alkalmazásokhoz, mint az óceáni hajózás és más alacsonyabb energiaigényű alkalmazások.

7. Végül, de nem utolsósorban, mennyi az egy MWh (megawattóra) előrejelzett költség? A fúziós vállalatok közvetlenül versenyeznek a szén- és gáztüzelésű erőművekkel, amelyek alapterhelést biztosítanak az egész világon. Így a kiegyenlített energiaköltségnek (LCOE) versenyképesnek kell lennie a szénnel, amely a Lazard tanácsadó cég szerint tartományok a legszennyezettebb 65 USD/MWh-ról 152 USD/MWh-ra 90%-os szén-dioxid-leválasztással. A költséges, nagy teljesítményű lézereket vagy ritka anyagokból készült szupravezető mágneseket használó fúziós gépek küzdhetnek ezzel az LCOE-vel. Igaz, ezeknek az alkatrészeknek a költségei idővel csökkenni fognak. Azok a fúziós gépek, amelyek mechanikus kompressziót (hasonlóan a dízelmotorok dugattyúihoz) vagy kinetikus gyorsítókat (alapvetően egy gázüzemű fegyvert) használnak, valószínűleg költségelőnyösek lesznek a következő néhány évtizedben.

Ideje szembenézni a zenével

Bár ezek a fennmaradó kihívások leküzdhetőnek tűnnek, a kérdés Évekkel ezelőtt megkérdeztem, marad: kinek van mersze finanszírozni a demonstrációs erőműveket és piacra dobni a fúziót?

Azok a befektetők, akik most elköltöznek, nagyobb hozamra tehetnek szert. A fent említett fúziós társaságok némelyike ​​még mindig szerény árfekvésű. Természetesen egyes befektetők küzdhetnek a fúzió potenciális hatásával meglévő energiaportfóliójukra, különösen, ha ezek közé tartoznak a fosszilis tüzelőanyagok, a szél és a napenergia.

Azt mondom, ideje végre szembenézni a zenével. Tekintettel az éghajlatváltozás fenyegetésére és a növekvő energiaigényre, a fúzió kritikus fontosságú a nettó nulla 2050-re történő eléréséhez. Semmilyen más technológia nem tudja felülmúlni a fosszilis tüzelőanyagokat, és nagyobb mértékben csökkenti a CO-t₂ kibocsátást, vagy tegyen többet az ellenséges rezsimektől való energiafüggőség megszüntetése, mint Putyin Oroszországa. A fúzió az a játékmód, amely valóban lokálissá, biztonságossá és bőségessé teheti az energiát. A központosított, autokratikus energiaiparról a lokalizált, demokratikus energiaellátásra való elmozdulást jelzi.

És a fúzió már nincs 20 év múlva. Amint az első fúziós erőmű ésszerű költségek mellett kereskedelmi forgalomba kerül, az átállás gyors lehet. Ne feledje, évszázadokig tartott az autók mögött meghúzódó technológiák kifejlesztése, de Londonban és New Yorkban csak körülbelül egy évtizedre volt szükség az autóknak, hogy lecseréljék a lovakat. Amint van jobb és olcsóbb innováció, az elkerülhetetlenül nyer.

A kemény igazság az, hogy az energetikai innováció fokozatos változása nélkül ebben az évszázadban 1.5°C fölé fogunk fújni. Reméljük, a fúziós kereskedelmi forgalomba hozatal gyorsabban halad, mint a hőmérséklet.