Nukleární fúze, poháněná miliardářskými dolary, vstupuje do nového věku

Po získání více než 3 miliard dolarů v roce 2021 od takových, jako jsou Bill Gates a Jeff Bezos, vývojáři jaderné syntézy trvají na tom, že tento bezuhlíkový zdroj energie by mohl být realitou do deseti let.

Je jasné, že jaderná fúze může fungovat v měřítku – stačí se podívat na hvězdy. Již 70 let fyzici snili o plnění této hvězdné energie ve formě fúzních reaktorů, které by poháněly elektrickou síť stejnými neomezenými reakcemi s nulovým obsahem uhlíku, díky nimž svítí slunce. Tento svatý grál byl dlouho inzerován jako vzdálený pouhých 20 nebo 30 let, ale fanoušci fusion se odmítli vzdát víry. A z dobrého důvodu. Fúze (rozbíjení atomů vodíku na helium) slibuje neomezenou elektrickou energii s nulovým obsahem uhlíku s nulovým rizikem roztavení a prakticky žádný radioaktivní odpad spojený se stávajícími jadernými elektrárnami, které fungují na štěpení (rozdělení atomů uranu na menší prvky). 

Sen inspiroval Ajaye Royana, spoluzakladatele Mithril Capital (s miliardářem Peterem Thielem), který v roce 2013 poprvé investoval 2 miliony dolarů do Helion Energy se sídlem v Redmondu ve Washingtonu, aby mohl postavit prototyp stroje s „repetitive pulse power“. Mithril od té doby investoval do Helionu, včetně jeho nedávného kola v hodnotě 500 milionů dolarů (ocenění společnosti na 3 miliardy dolarů) – s příslibem dalších 1.7 miliardy dolarů, pokud bude sedmý prototyp společnosti fungovat podle očekávání. Helionovo kolo vedl Sam Altman z Y Combinator. 

Rok 2021 byl velkým rokem jak pro financování fúze, tak pro prognózy, protože vývojáři získali více než 3 miliardy dolarů na financování dalšího kola strojů – přičemž některé nyní slibují komerčně životaschopnou fúzi za pouhých pět let. Royan je rád, že se fúzi dostává více pozornosti; „Jistě, rok 2021 může být podle analytiků Google zlomem pro fúzi, ale skutečný zlom nastal před deseti lety, kdy výkonová elektronika překročila práh.“ 

Generální ředitel David Kirtley vysvětluje, že počáteční výzkumné a vývojové práce za Helionem byly provedeny ve federálních laboratořích, z nichž byl Helion vytržen v roce 2013. Osvobozen od federální byrokracie výzkumu a vývoje, Helion od té doby staví nové prototypy jeden za druhým. „Startupová mentalita není příjemná, je to požadavek. a na co jsme se od začátku soustředili,“ říká Kirtley.

V roce 2020 Helion dokončil svůj šestý prototyp reaktoru s názvem Trenta. Nyní staví sedmý, Polaris, zatímco již navrhuje osmý, Antares, který Kirtley hodlá být vůbec prvním fúzním strojem, který vydá více energie, než spotřebuje. Kromě rychlé iterace Helion těží z místních odborných znalostí. Staví stroj Polaris v Everettu ve státě Washington, poblíž největších továren Boeingu, kde mohou využít přívětivý ekosystém smluvních inženýrů a přesných výrobců. Kirtley říká, že tráví rána šťoucháním, aktualizací systémů a zapínáním kondenzátorů. "Každé odpoledne v 3:XNUMX začínáme dělat fusion."

Abyste pochopili Helionův přístup, zvažte nejprve magnetické odpuzování, ke kterému dochází, když se pokoušíte přitlačit kladné póly dvou tyčových magnetů k sobě. Je to princip, který umožňuje technologii „mag-lev“, jako jsou slavné japonské kulové vlaky, které využívají magnetické odpuzování, aby se vznášely na vzduchovém polštáři. 

Výzkumníci v oblasti fúze se po desetiletí snažili vyvinout nejsilnější elektromagnety na světě, pomocí kterých konstruují reakční komory s magnetickými poli tak silnými, že mohou pojmout a stlačit vstřikovaný proud kladně nabitých protonů do koule plazmy tak horké, že se spojí do hélium. 

V novém systému Helion se energie uvolněná při fúzních reakcích neustále tlačí ven proti svému magnetickému zadržovacímu poli, které se tlačí zpět – což způsobuje oscilace („jako píst,“ říká Kirtley), které generují elektrický proud, který Helion zachycuje přímo z reaktoru. . (Pro více informací si přečtěte Faradayův indukční zákon.) 

Royan of Mithril říká, že možná největším lákadlem Helionovy metody přímé výroby elektřiny je její jednoduchost. Jiné fúzní přístupy mají za cíl generovat teplo, aby se uvařila voda a poháněly parní turbíny, které vyrábějí elektřinu – jako v tradičních jaderných elektrárnách. „Můžeme to udělat bez parních turbín nebo chladicích věží. Zbavíme se elektrárny." 

Jistě, Kirtley chápe skepticismus ohledně fúze, zejména pokud jde o jeho agresivní časový plán. Svou kariéru zahájil v oblasti fúze, inspirován vědci z národních laboratoří v 1960. letech 2008. století, kteří dosáhli velkých pokroků v magnetickém zadržování (soupeřili s ruskými vědci při navrhování reaktorů ve tvaru koblih nazývaných tokamaky) ještě před vynálezem tranzistorů. Ale Kirtley ztratil víru poté, co určil rané přístupy, prostě se nemohl vyvíjet dostatečně rychle, aby přinesl komerční řešení – a tak se dal do práce na pokročilém pohonu vesmírných lodí pomocí plazmových trysek řízených elektromagnety. Do pole se vrátil v roce XNUMX, aby pomohl komercializovat technologii Helionu. 

Časem si představuje výrobu fúzních generátorů v továrně. Systém vah o výkonu 50 mw zabalený do tří jednotek o velikosti přepravního kontejneru by napájel 40,000 10 domácností. "Za XNUMX let budeme mít komerční elektřinu na prodej, určitě." 

To staví Helion do závodu s bostonským Commonwealth Fusion Systems, spinoff MIT, který získal 1.8 miliardy dolarů od investorů včetně Billa Gatese a George Sorose. Generální ředitel Bob Mumgaard říká, že do 6 let budou mít funkční reaktor. Jeho optimismus povzbuzuje úspěšný letní test nových elektromagnetů konstruovaných se supravodičem vyrobeným ze vzácných zemin z oxidu mědi barnatého, který provedlo Commonwealth. 

Mumgaard říká, že tyto supervýkonné magnety umožní Commonwealthu zdokonalit jejich poněkud tradičnější fúzní přístup, kterým je vybudování koblihového „tokamakového“ reaktoru, který Mumgaard nazývá „velká magnetická láhev“, kde výkonná magnetická pole ovládají koule plazmy o teplotě 100 milionů stupňů –“ hvězdné věci." 

Na světě je zhruba 150 tokamaků; největší z nich je ve výstavbě ve Francii za 30 miliard dolarů mezinárodním konsorciem ITER. 20,000 2035tunový stroj o velikosti basketbalové arény má být dokončen do roku XNUMX. 

Ale Mumgaard má v úmyslu Commonwealth Fusion učinit ITER zastaralým ještě před jeho dokončením. Jeho předností je aplikace „vysokoteplotních“ supravodičů vyrobených z oxidu měďnatého barya vzácných zemin (aka ReBCO). 

Supravodiče pohybují elektrickým proudem prakticky s nulovými ztrátami (mnohem efektivněji než například měď). A jsou klíčem k výrobě výkonných elektromagnetů. Commonwealth zjistil, že vyrobením svých magnetů pomocí speciální pásky z oxidu barya a mědi (jako je páska na kazetě VHS) může dosáhnout magnetických polí silnějších než ta, která se předpokládala v ITER, ale v měřítku 1/20. 

Zatímco primární magnety ITER (nazývané solenoidy) budou vážit asi 400 tun a dosahovat pole silnějších než 12 tesla, Commonwealth hledá 15tunové magnety, z nichž každý používá 300 km tenkovrstvé pásky ReBCO, které vygenerují 20 tesla (pro srovnání magnetická rezonance dělá 1.5 tesla). 

"Toto odblokuje fúzní stroj," říká Mumgaard. CES testoval magnety loni v létě a prohlásil to za „důkaz“, že věda o fúzi je nyní prakticky dokončena a zbývá pouze postavit reaktor. „Dobře rozumíme materiálu a myslíme si, že to dokážeme do tří let,“ říká Mumgaard. "Do roku 2030 uvidíme fúzi na síti." 

CES se chystá postavit svůj fúzní stroj na 47akrovém pozemku v Massachusetts a již pracuje na získání tisíců kilometrů pásky ReBCO. Mohla by se dostupnost vzácné zeminy stát omezujícím faktorem při zavádění fúze? Ne říká Mumgaard. „Fúzní závod bude mít méně vzácných zemin než větrná turbína. Fusion není o zdroji, který potřebujete těžit nebo čerpat. Je to o technologii." 

Mělo by tam být místo pro více než jednoho vítěze fúze. Mezi další lídry patří General Fusion se sídlem v Kanadě a podporovaný Jeffem Bezosem, který letos získal 130 milionů dolarů. Dalšími významnými miliardáři ve hře o fúzi jsou Neal a Linden Blue, kteří vlastní společnost General Atomics se sídlem v San Diegu, která po desetiletí provozuje výzkumný tokamak jménem DOE a která letos dodala ITERu vnitřnosti svých tokamakových elektromagnetů — 1,000tunový centrální solenoid. A je tu TAE Energy of California, která v posledním desetiletí experimentovala s 1 miliardou dolarů a během pandemie získala 130 milionů dolarů.

Fusion tech možná začal ve vládě financovaných laboratořích, ale její uskutečnění bude muset spoléhat na soukromé financování. Amy Roma, partnerka společnosti Hogan Lovells ve Washingtonu, DC, říká, že nyní v limbu účet Build Back Better by zahrnoval 875 milionů dolarů na pokročilou jadernou energii, ale prozatím se bude muset průmysl spokojit s novou kanceláří demonstrace pokročilých reaktorů v rámci Ministerstvo energetiky, financované nedávným zákonem o infrastruktuře. Jaderná energie s nulovými emisemi uhlíku by také těžila z nedávného výkonného nařízení prezidenta Bidena, který požaduje, aby nákupy energie federální vládou byly do roku 2030 „nulové“. 

Legendární technologický investor Steve Jurvetson, podporovatel Commonwealth Fusion, který před 25 lety napsal svůj první šek na výzkum jaderné syntézy, má téměř závratě, že se tento dlouho odkládaný sen mohl brzy stát skutečností. "Je tu spousta odpůrců, dokud to nebude hotové." Pak říkají, že je to jasné." 

Royan ze společnosti Mithril říká, že již pracuje na úpravě svého rámce, aby zvážil, jak odlišně bude svět vypadat, až bude fúze skutečná – „Přemýšlejte o příležitostech pro odsolování vody a výrobu hnojiv. To přes noc zásadně mění ekonomiku vody, a tím i ekonomiku zemědělství.“ Je to všechno součástí cesty lidstva, říká, "neustále dokazovat, že Malthus byl idiot." 

VÍCE Z FORBESThe New Nuclear: Jak jednorožec s fúzní energií za 600 milionů dolarů plánuje porazit solární energiiBy Kryštof Helman
VÍCE Z FORBESTichí miliardáři za americkým predátorským dronem, který zabil íránského SoleimanihoBy Deniz Çam