Miljardööridollarien ruokkimana ydinfuusio astuu uuteen aikakauteen

Kerättyään yli 3 miljardia dollaria vuonna 2021 Bill Gatesin ja Jeff Bezosin kaltaisista fuusiokehittäjistä väittävät, että tämä nollahiilinen energialähde voisi olla todellisuutta vuosikymmenessä.

On selvää, että ydinfuusio voi toimia mittakaavassa – katsokaa vain tähtiä. Fyysikot ovat 70 vuoden ajan haaveilleet tuon tähtivoiman pullottamisesta fuusioreaktoreihin, jotka toimittaisivat sähköverkkoa samoilla rajattomilla, nollahiilireaktioilla, jotka saavat auringon paistamaan. Tämän Graalin on pitkään mainostettu olevan vain 20 tai 30 vuoden päässä, mutta fuusiofanit ovat kieltäytyneet luopumasta uskostaan. Ja hyvästä syystä. Fuusio (vetyatomien hajottaminen heliumiksi) lupaa rajatonta nollahiilisähköä ilman sulamisriskiä ja käytännöllisesti katsoen mitään radioaktiivista jätettä, joka liittyy olemassa oleviin ydinvoimaloihin, jotka toimivat fissiolla (uraaniatomien hajoaminen pienemmiksi alkuaineiksi). 

Unelma inspiroi Ajay Royania, Mithril Capitalin perustajaa (miljardööri Peter Thielin kanssa), joka vuonna 2013 sijoitti ensin 2 miljoonaa dollaria Redmondiin, Washissa sijaitsevaan Helion Energyyn, jotta se voisi rakentaa prototyypin "toistuvan pulssivoiman" koneen. Mithril on investoinut Helioniin siitä lähtien, mukaan lukien sen äskettäinen 500 miljoonan dollarin kierros (yrityksen arvo on 3 miljardia dollaria) - lupauksella 1.7 miljardia dollaria lisää, jos yrityksen seitsemäs prototyyppi toimii toivotulla tavalla. Helionin kierrosta johti Y Combinatorin Sam Altman. 

Vuosi 2021 oli suuri sekä fuusiorahoituksen että ennusteiden kannalta, sillä kehittäjät keräsivät yli 3 miljardia dollaria rahoittaakseen seuraavan koneidensa – ja jotkut lupaavat nyt kaupallisesti kannattavaa fuusiota vain viidessä vuodessa. Royan on iloinen nähdessään fuusio saavan enemmän huomiota; "Tietysti vuosi 2021 voi olla käännekohta fuusion kannalta Googlen analytiikan mukaan, mutta todellinen käännekohta tapahtui kymmenen vuotta sitten, kun tehoelektroniikka ylitti kynnyksen." 

Toimitusjohtaja David Kirtley selittää, että ensimmäinen tutkimus- ja kehitystyö Helionin taustalla tehtiin liittovaltion laboratorioissa, joista Helion irrotettiin vuonna 2013. Liittovaltion T&K-byrokratiasta vapautunut Helion on rakentanut uusia prototyyppejä peräkkäin siitä lähtien. ”Startup-mentaliteetti ei ole kiva olla, se on vaatimus. ja mihin olemme keskittyneet alusta asti”, Kirtley sanoo.

Vuonna 2020 Helion valmistui kuudennen prototyyppireaktorinsa, nimeltään Trenta. Se rakentaa nyt seitsemättä Polarista ja suunnittelee jo kahdeksatta Antaresta, jonka Kirtley aikoo olla ensimmäinen fuusiokone, joka tuottaa enemmän energiaa kuin se ottaa sisään. Nopean iteroinnin lisäksi Helion hyötyy paikallisesta asiantuntemuksesta. Se rakentaa Polaris-konetta Everettissä, Washin osavaltiossa, lähellä Boeingin suurimpia tehtaita, missä he voivat hyödyntää sopimusinsinöörien ja tarkkuusvalmistajien vieraanvaraista ekosysteemiä. Kirtley sanoo, että he viettävät aamut puuhaillen, päivittämällä järjestelmiä ja käynnistämällä kondensaattoreita. "Joka iltapäivä klo 3 aloitamme fuusiotyön."

Ymmärtääksesi Helionin lähestymistapaa, harkitse ensin magneettista repulsiota, joka tapahtuu, kun yrität pakottaa kahden tankomagneetin positiiviset navat yhteen. Se on periaate, joka mahdollistaa "mag-lev"-tekniikan, kuten Japanin kuuluisat luotijunat, jotka hyödyntävät magneettista repulsiota kelluakseen ilmatyynyllä. 

Fuusiotutkijat ovat vuosikymmenten ajan pyrkineet kehittämään maailman vahvimpia sähkömagneetteja, joilla he suunnittelevat reaktiokammioita, joiden magneettikentät ovat niin voimakkaita, että ne voivat sisältää ja puristaa ruiskutetun positiivisesti varautuneiden protonivirran plasmapalloon, joka on niin kuuma, että ne sulautuvat heliumia. 

Helionin uudessa järjestelmässä fuusioreaktioissa vapautuva energia työntyy jatkuvasti ulos sen magneettista suojakenttää vasten, mikä työntää takaisin - aiheuttaen värähtelyjä ("kuin mäntä", Kirtley sanoo), jotka synnyttävät sähkövirran, jonka Helion kaappaa suoraan reaktorista. . (Lue lisää Faradayn induktiolaista.) 

Royan of Mithril sanoo, että Helionin suoran sähköntuotantomenetelmän suurin vetovoima on sen yksinkertaisuus. Muilla fuusiomenetelmillä pyritään tuottamaan lämpöä veden keittämiseksi ja sähköä tuottavien höyryturbiinien tehostamiseksi – kuten perinteisissä ydinvoimalaitoksissa. "Voimme tehdä sen ilman höyryturbiineja tai jäähdytystorneja. Pääsemme eroon voimalaitoksesta." 

On varmaa, että Kirtley ymmärtää fuusioskepsisyyden, etenkin hänen aggressiivisen aikataulunsa suhteen. Hän aloitti uransa fuusioalalla kansallisten laboratorioiden tutkijoiden inspiroimana 1960-luvulla, jotka saavuttivat suuria edistysaskeleita magneettisessa eristämisessä (kilpaili venäläisten tutkijoiden kanssa kehittääkseen donitsimaisia ​​reaktoreita nimeltä tokamaks) jo ennen transistorien keksimistä. Mutta Kirtley menetti uskonsa päätettyään varhaisista lähestymistavoista, jotka eivät yksinkertaisesti kyenneet kehittymään tarpeeksi nopeasti kaupallisen ratkaisun aikaansaamiseksi – joten hän ryhtyi kehittämään kehittynyttä avaruusaluksen propulsiovoimaa käyttämällä plasmasuihkuja, joita ohjattiin sähkömagneeteilla. Hän palasi kentälle vuonna 2008 auttamaan Helionin tekniikan kaupallistamisessa. 

Aikanaan hän suunnittelee valmistavansa fuusiogeneraattoreita tehtaalla. 50 MW:n mittakaavajärjestelmä, joka on pakattu kolmeen konttikokoiseen yksikköön, toimittaisi 40,000 10 kotia. "Kymmenen vuoden kuluttua meillä on kaupallista sähköä myynnissä, varmasti." 

Tämä asettaa Helionin kilpailuun Bostonissa toimivan Commonwealth Fusion Systemsin, MIT:n spinoffin, kanssa, joka keräsi 1.8 miljardia dollaria sijoittajilta, mukaan lukien Bill Gates ja George Soros. Toimitusjohtaja Bob Mumgaard sanoo, että heillä on toimiva reaktori kuudessa vuodessa. Hänen optimismiaan vahvistaa Commonwealthin onnistunut kesätesti uusille sähkömagneeteille, jotka on suunniteltu harvinaisten maametallien bariumkuparioksidista valmistetuilla suprajohtimilla. 

Mumgaard sanoo, että nämä supervoimakkaat magneetit antavat Commonwealthille mahdollisuuden täydentää hieman perinteisempää fuusiotapaansa rakentamalla donitsin muotoinen "tokamak"-reaktori, jota Mumgaard kutsuu "isoksi magneettipulloksi", jossa voimakkaat magneettikentät ohjaavat 100 miljoonan asteen plasmapalloja. tähtiä." 

Maailmassa on noin 150 tokamakia; suurinta rakennetaan Ranskassa 30 miljardilla dollarilla kansainvälisen ITER-nimisen konsortion toimesta. Koripalloareenan kokoisen 20,000 2035 tonnin koneen on määrä valmistua vuoteen XNUMX mennessä. 

Mutta Mumgaard aikoo tehdä Commonwealth Fusionista ITERin vanhentuneen ennen kuin se on valmis. Sen reuna on harvinaisen maametallin bariumkuparioksidilla (alias ReBCO) valmistettujen "korkean lämpötilan" suprajohteiden sovelluksessa. 

Suprajohteet siirtävät sähkövirtaa käytännössä nollahäviöllä (paljon tehokkaammin kuin esimerkiksi kupari). Ja ne ovat avain tehokkaiden sähkömagneettien valmistukseen. Commonwealth on havainnut, että tekemällä magneetit käyttämällä erityistä bariumkuparioksidinauhaa (kuten VHS-kasetista löytyvä nauha), se voi saavuttaa ITERissä odotettua voimakkaampia magneettikenttiä, mutta 1/20 asteikosta. 

Vaikka ITERin ensisijaiset magneetit (kutsutaan solenoideiksi) painavat noin 400 tonnia ja saavuttavat yli 12 teslaa voimakkaat kentät, Commonwealth katselee 15 tonnin magneetteja, joista jokainen käyttää 300 kilometriä ReBCO-ohutkalvoteippiä, jotka tuottavat 20 teslaa (vertailuksi magneettikuvauslaite tekee 1.5 teslaa). 

"Tämä avaa fuusiokoneen lukituksen", Mumgaard sanoo. CES testasi magneetteja viime kesänä ja julisti sen "todisteena", että fuusiotiede oli nyt käytännössä valmis ja jäljellä on vain reaktorin rakentaminen. "Ymmärrämme materiaalin hyvin ja uskomme, että voimme tehdä tämän kolmessa vuodessa", Mumgaard sanoo. "Vuoteen 2030 mennessä näemme fuusioverkoston." 

CES aikoo rakentaa fuusiokoneensa 47 hehtaarin alueelle Massachusettsissa, ja se pyrkii jo hankkimaan tuhansia kilometrejä ReBCO-nauhaa. Voisiko harvinaisten maametallien saatavuudesta tulla rajoittava tekijä fuusion käyttöönottoa? Ei, Mumgaard sanoo. "Fuusiovoimalassa on vähemmän harvinaisia ​​maametallia kuin tuuliturbiinissa. Fuusiossa ei ole kyse resurssista, joita sinun täytyy louhia tai pumpata. Kyse on tekniikasta." 

Tilaa pitäisi olla useammalle kuin yhdelle fuusiovoittajalle. Muita johtajia ovat Kanadassa toimiva ja Jeff Bezosin tukema General Fusion, joka keräsi tänä vuonna 130 miljoonaa dollaria. Muita merkittäviä miljardöörejä fuusiopelissä ovat Neal ja Linden Blue, jotka omistavat San Diegossa sijaitsevan General Atomicin, joka on vuosikymmeniä käyttänyt tutkimustokamakia DOE:n puolesta ja joka tänä vuonna toimitti ITERille tokamak-sähkömagneettinsa sisut. 1,000 tonnin keskussolenoidi. Ja siellä on TAE Energy of California, joka on kokeillut miljardilla dollarilla viimeisen vuosikymmenen ajan ja kerännyt pandemian aikana 1 miljoonaa dollaria.

Fuusioteknologia on saattanut saada alkunsa valtion rahoittamissa laboratorioissa, mutta sen tuloksen on nojattava yksityiseen rahoitukseen. Amy Roma, Washington DC:n Hogan Lovellsin kumppani, sanoo, että tällä hetkellä epäselvässä Build Back Better -laskelmassa olisi sisältynyt 875 miljoonaa dollaria kehittyneeseen ydinvoimaan, mutta toistaiseksi teollisuuden on tyytyttävä uuteen edistyneiden reaktorien esittelytoimistoon. Energiaministeriö, rahoitetaan äskettäin annetusta infrastruktuurilaista. Hiilidioksidipäästötön ydinvoima hyötyisi myös presidentti Bidenin äskettäisestä toimeenpanomääräyksestä, jossa vaaditaan, että liittovaltion energiahankinnat ovat "nettonolla" vuoteen 2030 mennessä. 

Legendaarinen teknologiasijoittaja Steve Jurvetson, Commonwealth Fusionin tukija, joka kirjoitti ensimmäisen shekkinsä fuusiotutkimuksesta 25 vuotta sitten, on melkein ymmällään siitä, että tämä pitkään lykätty unelma voi pian toteutua. "On paljon vastustajia, kunnes se on valmis. Sitten he sanovat, että se on selvää." 

Mithril's Royan sanoo, että hän työskentelee jo muokatakseen puitteitaan pohtimaan, kuinka erilaiselta maailma näyttää, kun fuusio on todellinen - "Ajattele mahdollisuuksia veden suolanpoistoon ja lannoitteiden tuotantoon. Tämä muuttaa perusteellisesti vesitaloutta yhdessä yössä ja siten maatalouden taloutta." Se kaikki on osa ihmiskunnan polkua, hän sanoo, "todistaa jatkuvasti, että Malthus oli idiootti". 

LISÄTIETOJAUusi ydinvoima: kuinka 600 miljoonan dollarin fuusioenergian yksisarvinen aikoo voittaa aurinkoenergianBy Christopher Helman
LISÄTIETOJAHiljaiset miljardöörit Amerikan Predator-droonin takana, joka tappoi Iranin SoleimaninBy Deniz Çam