Vierailu Helion Energyssä, kun Seattlen alue oli savun peitossa

Torstaina 20. lokakuuta tein raportointimatkan Everettiin, Washingtoniin vieraillakseni Helion Energy, fuusio-startup, joka on kerännyt lähes 600 miljoonaa dollaria useilta suhteellisen tunnetuilta Piilaakson sijoittajilta, mukaan lukien Peter Thiel ja Sam Altman. Sillä on vielä 1.7 miljardia dollaria sitoumuksia, jos se saavuttaa tietyt suorituskykytavoitteet.

Koska ydinfuusio voi tuottaa rajattomasti puhdasta energiaa ilman pitkäkestoista ydinjätettä, sitä kutsutaan usein puhtaan energian "pyhäksi maljaksi". Graalin malja on kuitenkin edelleen vaikeasti saavutettavissa, koska fuusion uudelleenluominen maan päällä tavalla, joka tuottaa enemmän energiaa, joka tarvitaan reaktion sytyttämiseen ja jota voidaan ylläpitää pidemmän aikaa, on toistaiseksi jäänyt saavuttamatta. Jos vain onnistuisimme kaupallistamaan fuusiota täällä maan päällä ja suuressa mittakaavassa, kaikki energiaongelmamme ratkeaisivat, fuusion kannattajat sanovat. 

Fuusio on myös ollut horisontissa vuosikymmeniä, aivan ulottumattomissa, näennäisesti lujasti juurtunut teknoutopiaan, joka on olemassa vain tieteisfantasiaromaaneissa.

Mutta vierailu Helion Energyn valtavassa työtilassa ja laboratoriossa veti ajatuksen fuusiosta kokonaan fantastisesta potentiaalisesti todelliseen minulle. "Mahdollisesti todellinen" ei tietenkään tarkoita, että fuusio olisi kaupallisesti kannattava energialähde kotiisi ja tietokoneelleni ensi vuonna. Mutta se ei enää tunnu avaruusaluksella lentämisestä Plutoon.

Kun kävelin Everettin massiivisten Helion Energy -rakennusten läpi, joista yksi oli täysin toiminnassa ja toinen vielä rakenteilla, hämmästyin siitä, kuinka työläs kaikki näytti. Rakennuslaitteita, koneita, virtajohtoja, työpenkkejä ja lukemattomia avaruusaluksen näköisiä komponentteja on kaikkialla. Suunnitelmia toteutetaan. Villin ulkomaisen näköisiä koneita rakennetaan ja testataan.

Helion Energyn työntekijöille fuusiolaitteen rakentaminen on heidän tehtävänsä. Toimistossa käyminen joka päivä tarkoittaa osan A laittamista osaan B ja osaan C, noiden osien näpertelyä, niiden testaamista ja sitten lisää osien lisäämistä, niiden testaamista, osien purkamista, ehkä jos jokin ei toimi oikein. ja laita se sitten takaisin yhteen, kunnes se tekee. Ja sitten siirrytään osaan D ja osaan E.

Vierailuni päivämäärä liittyy myös tähän tarinaan, koska se lisäsi raportointimatkalleni toisen kerroksen outoa-tulee-todellisuutta. 

20. lokakuuta Seattle Everettin alue peittyi vaaralliseen metsäpalojen savuun. Everettin ilmanlaatuindeksi oli 254, joten se oli tuolloin maailman huonoin ilmanlaatu. IQAir.

”Useita pohjoisessa kaskadeissa syttäviä metsäpaloja sytyttivät lämpimät, kuivat ja tuuliset sääolosuhteet. Itätuulet sytyttivät tulipaloja ja ajoivat savun länteen kohti Everettiä ja Seattlen aluetta. Christi Chester Schroeder, IQAirin Pohjois-Amerikan ilmanlaadun tiedepäällikkö kertoi minulle.

Ilmaston lämpeneminen auttaa sytyttämään näitä tulipaloja, Denise L. Mauzerall, Princetonin ympäristötekniikan ja kansainvälisten asioiden professori, kertoi minulle.

"Ilmastonmuutos on vaikuttanut korkeisiin lämpötiloihin ja kuiviin olosuhteisiin, jotka ovat vallinneet Tyynenmeren luoteisosassa tänä vuonna", Mauzerall sanoi. "Nämä ilmastonmuutoksen pahentamat sääolosuhteet ovat lisänneet tulipalojen todennäköisyyttä ja vakavuutta, mikä on syynä erittäin huonoon ilmanlaatuun."

Se oli niin paha, että Helion oli käskenyt kaikkia työntekijöitään jäämään kotiin ensimmäistä kertaa. Johto piti liian vaarallisena pyytää heitä poistumaan kodistaan.

Vierailuni olosuhteet saivat aikaan epämukavan taistelun. Toisaalta minulla oli uusi toivon tunne fuusioenergian mahdollisuudesta. Samaan aikaan painin sisäisesti syvän pelon tunteen kanssa maailman tilasta.

En ollut yksin tunteessani hetken painon. "Se on hyvin epätavallista" Chris Pihl, yksi Helionin perustajista ja teknologiajohtaja, sanoi savusta.

Pihl on työskennellyt fuusion parissa nyt lähes kaksi vuosikymmentä. Hän on nähnyt sen kehittyvän fyysikkojen akateemikoista alaksi, jota toimittajat seuraavat tarkasti ja keräävät miljardeja sijoituksia. Fuusion parissa työskentelevistä ihmisistä on tullut siistejä lapsia, altavastaavia sankareita. Kun räjähdämme yhdessä yli realistisen toivon pysyä tavoiteltavan 1.5 asteen lämpenemisen sisällä ja kun maailmanlaajuinen energian kysyntä kasvaa jatkuvasti, fuusio on kotikäyttö, joka joskus tuntuu ainoalta ratkaisulta.

"Se on vähemmän akateemista harjoittelua, altruistista pyrkimystä, ja se on tässä vaiheessa muuttumassa enemmän selviytymispeliksi, kun asiat etenevät", Pihl kertoi minulle istuessamme tyhjissä Helionin toimistoissa katsellen harmaa savumuuri. "Joten se on välttämätöntä. Ja olen iloinen, että se saa huomiota."

Toimitusjohtaja ja perustaja David Kirtley käveli minut ympäri valtavaa laboratoriotilaa, jossa Helion työskentelee rakentaakseen komponentteja seitsemännen sukupolven Polaris-järjestelmälleen. Jokainen sukupolvi on osoittanut jonkinlaisen fysiikan ja tekniikan yhdistelmän, jota tarvitaan, jotta Helionin erityinen lähestymistapa fuusioon toteutuisi. Kuudennen sukupolven prototyyppi, Trenta, valmistui vuonna 2020, ja se onnistui saavuttamaan 100 miljoonaa celsiusastetta, mikä on tärkeä virstanpylväs Helionin lähestymistavan todistamisessa.

Polariksen on tarkoitus todistaa muun muassa, että se voi saavuttaa nettosähköä – eli tuottaa enemmän kuin kuluttaa – ja se on jo alkanut suunnitella kahdeksannen sukupolven järjestelmää, josta tulee sen ensimmäinen kaupallinen järjestelmä. Tavoitteena on osoittaa, että Helion pystyy valmistamaan sähköä fuusiosta vuoteen 2024 mennessä ja saamaan sähköä verkkoon vuosikymmenen loppuun mennessä, Kirtley kertoi minulle.

Osa mahdollisuudesta saada fuusioenergiaa Yhdysvaltojen sähköverkkoon riippuu tekijöistä, joita Helion ei voi hallita – sääntelyprosessien luomisesta ydinalan sääntelykomission kanssa ja lisensointiprosesseista tarvittavien verkkojen yhteenliittämislupien saamiseksi, prosessi, jonka Kirtley on tehnyt. kerrottu voi vaihdella muutamasta vuodesta jopa kymmeneen vuoteen. Koska fuusion kytkemiseen verkkoon tarvitaan niin monia lainsäädännöllisiä esteitä, Kirtley sanoi odottavansa, että heidän ensimmäiset maksavat asiakkaat ovat todennäköisesti yksityisiä asiakkaita, kuten esimerkiksi teknologiayrityksiä, joilla on virtaa kaipaavia datakeskuksia. Yhteistyö sähköyhtiöiden kanssa kestää kauemmin.

Yksi osa Polaris-järjestelmää, joka näyttää ehkä toiselta puolelta ei-fuusioasiantuntijalle (kuten minä), Polaris Injector Test, jolla fuusioreaktorin polttoaine pääsee laitteeseen.

Luultavasti tunnetuin fuusiomenetelmä sisältää tokamakin, donitsin muotoisen laitteen, joka käyttää erittäin tehokkaita magneetteja pitämään plasmaa paikassa, jossa fuusioreaktio voi tapahtua. Kansainvälinen fuusioyhteistyöprojekti, ns ITER ("tie" latinaksi) rakentaa massiivista tokamakia Etelä-Ranskaan todistaakseen fuusion elinkelpoisuuden.

Helion ei rakenna tokamakia. Se rakentaa pitkää kapeaa laitetta nimeltä Field Reversed Configuration tai FRC, ja seuraava versio on noin 60 jalkaa pitkä.

Polttoaine ruiskutetaan lyhyinä pieninä purskeina laitteen molempiin päihin ja silmukassa virtaava sähkövirta rajoittaa plasmaa. Magneetit laukaisevat peräkkäin pulsseja lähettäen molemmissa päissä olevat plasmat ampumaan toisiaan kohti nopeudella, joka on yli miljoona mailia tunnissa. Plasmat törmäävät toisiinsa keskeisessä fuusiokammiossa, jossa ne sulautuvat superkuumaksi tiheäksi plasmaksi, joka saavuttaa 100 miljoonaa celsiusastetta. Tässä tapahtuu fuusio, joka tuottaa uutta energiaa. Plasmapuristusta helpottavat magneettikelat ottavat myös talteen syntyvän energian. Osa tästä energiasta kierrätetään ja käytetään lataamaan kondensaattoreita, jotka alun perin antoivat voiman reaktiolle. Lisäenergiana on sähkö, jota voidaan käyttää.  

Kirtley vertaa heidän fuusiokoneensa sykkimistä mäntään.

”Pakkaat polttoainettasi, se palaa erittäin kuumana ja erittäin voimakkaasti, mutta vain hetken. Ja tuossa pienessä pulssissa vapautuva lämpö on enemmän kuin suuri koko ajan palava kokko”, hän kertoi minulle. "Ja koska se on pulssi, koska se on vain yksi pieni korkean intensiteetin pulssi, voit tehdä näistä moottoreista paljon kompaktimpia, paljon pienempiä", mikä on tärkeää kustannusten pitämiseksi kurissa.

Idea ei itse asiassa ole uusi. Se teoretisoitiin 1950- ja 60-luvuilla, Kirtley sanoi. Mutta se ei ollut mahdollista suorittaa ennen kuin modernit transistorit ja puolijohteet kehitettiin. Sekä Pihl että Kirtley tarkastelivat fuusiota aiemmin urallaan eivätkä olleet vakuuttuneita sen taloudellisesta kannattavuudesta ennen kuin päätyivät tähän FRC-malliin. 

Toinen ylitettävä vallihauta: Tämä malli käyttää polttoainetta, joka on erittäin harvinaista. Helionin lähestymistavan polttoaineena on deuterium, vedyn isotooppi, joka on melko helppo löytää, ja helium XNUMX, joka on hyvin harvinainen heliumin tyyppi, jossa on yksi ylimääräinen neutroni.

"Meillä oli tapana sanoa, että sinun piti mennä ulkoavaruuteen saadakseen helium kolmea, koska se oli niin harvinaista", Kritley sanoi. Helion kehittää myös tapaa valmistaa helium kolmea fuusiotekniikalla, jotta fuusiokonetta voidaan laajentaa.

Ei ole epäilystäkään siitä, että Helionilla on paljon vaiheita ja prosesseja sekä sääntelyesteitä, ennen kuin se voi tuoda rajattomasti puhdasta energiaa maailmaan, kuten se pyrkii tekemään. Mutta miltä tuntuu kävellä valtavan laajan laboratorion ympärillä – joidenkin suurimmista koskaan näkemistäni kattotuulettimista – näyttää mahdolliselta tavalla, jota en ollut koskaan tuntenut aiemmin. Kun kävelin takaisin savulle sinä päivänä, olin niin kiitollinen, että sain sen annoksen toivoa.

Mutta useimmat ihmiset eivät olleet kiertueella Helion Energy -laboratoriossa sinä päivänä. Useimmat ihmiset istuivat jumissa sisällä tai asettivat itsensä vaaraan ulkopuolella, eivätkä pystyneet näkemään horisonttia, eivätkä pystyneet näkemään tulevaisuutta, jossa fuusiokoneen rakentaminen on työtä, jota tehdään kuin autotallissa työskentelevä mekaanikko. Kysyin Kirtleyltä kamppailun tunteesta, joka minulla oli epätoivosta savusta ja toivosta koottaessa fuusioosia.

"Kognitiivinen dissonanssi siitä, mitä näemme maailmassa ja mitä saamme rakentaa täällä, on melko äärimmäistä", Kirtley sanoi.

"Kaksikymmentä vuotta sitten olimme vähemmän optimistisia fuusion suhteen." Mutta nyt hänen silmänsä hehkuvat, kun hän kävelee minua laboratoriossa. "Innostun kovasti. Saan hyvin – voit kertoa – olen erittäin energinen.”

Myös muut nuoret tutkijat ovat innoissaan fuusiosta. Viikon alussa, kun vierailin, Kirtley oli American Physics Societyn plasmafysiikan osaston konferenssissa pitämässä puheen.

"Puheeni lopussa kävelin ulos ja mukanani oli 30 tai 40 ihmistä, ja käytävällä puhuimme vain puolitoista tuntia alasta", hän sanoi. ”Jännitys oli valtava. Ja suuri osa tapahtui nuorempien insinöörien ja tiedemiesten kanssa, jotka ovat joko jatko-opiskelijoita tai postdocs-opiskelijoita, tai uransa ensimmäisten 10 vuoden aikana, jotka ovat todella innoissaan siitä, mitä yksityinen teollisuus tekee.