Laboratorul național deblochează fuziunea nucleară – adevărată descoperire, noutate act sau ambele?

Nfuziunea uclear a fost mult timp Sfântul Graal al energiei cu adevărat curate. Strângerea atomilor de hidrogen promite electricitate nelimitată, cu zero emisii de carbon, un minim de deșeuri radioactive și zero șanse de topire catastrofală. Dar timp de o jumătate de secol, oamenii de știință din fuziune au fost limitați de puterea laserelor lor și de puterea câmpurilor lor magnetice - niciodată înainte de a-și fi dat seama cum să extragă mai multă energie din distrugerea atomului lor decât au introdus. Până acum.

Astăzi oamenii de știință de la Instalația Națională de Aprindere de la Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL) din California va dezvălui că la începutul lunii decembrie, pentru prima dată, au reușit să obțină un câștig de energie mai mare de 1 - adică, a fost emisă mai multă energie din reacțiile din interiorul capsulei lor de combustibil deuteriu-tritiu (2,000 de megajouli) decât era cuprins în 192 lasere cu care l-au blamat.

Este o afacere mare, care merită sărbătorită, dar oarecum o concluzie dinainte, spune Debra Callahan, un fizician al plasmei care a părăsit recent echipa de fuziune LLNL pentru a deveni director științific la startup. Energie focalizată, care lucrează deja la comercializarea abordării.

Callahan știa că LLNL va obține un câștig net de energie după ce anul trecut a atins o producție de energie de 72% din intrările lor de energie laser. „Nu este o surpriză pentru mine. Avand in vedere calea rezultatelor pe care le-am văzut, avea să se întâmple”, spune ea. Aveau nevoie doar de puțin mai multă putere laser. Deci cum funcționează? Imaginează-ți un mic cilindru gol din aur care se potrivește în palma mâinii tale. Asta se numește hohlraum. În interiorul hohlraum se află o capsulă minusculă de combustibil în interiorul căreia se află atomi de deuteriu și tritiu.

Ei folosesc aurul deoarece reține razele X care sunt produse atunci când explodează fiecare capăt al hohlraum cu 173 dintre cele mai puternice lasere din lume. Callahan spune: „Este ca un cuptor cu raze X”, care comprimă combustibilul atât de mult încât explodează și aprinde fuziunea dintre atomii din centrul capsulei. Fuziunea se propagă apoi într-un val din centru, emițând căldură prodigioasă. Toate acestea se întâmplă într-o miliardime de secundă.

De ce a părăsit Callahan LLNL când erau în pragul succesului? Pentru că, spune ea, Instalația Națională de Aprindere nu este o mașină de fuziune. Hohlraum-ul este grozav pentru demonstrarea aprinderii, dar nu este neapărat suficient de eficient pentru proiectarea fuziunii pulsate continue, deoarece atât de multă energie laser reziduală se pierde în încălzirea aurului, mai degrabă decât a combustibilului cu hidrogen. Deci, la Focused Energy (susținut de Laboratorul Prime Movers și Asociații de întreprindere noi) planul lor este să arunce hohlraum și să folosească în schimb o abordare „directă” - aruncând laserele direct pe o capsulă de combustibil (vezi schema).

Încă nu au demonstrat că funcționează, dar Callahan este încrezător că în câțiva ani proiectul lor pilot va obține un câștig de energie de 10 ori. Aceasta va fi urmată de o a doua fabrică care va atinge un câștig de 30 de ori, urmată de ceea ce la sfârșitul anilor 2030 ar fi primul lor generator comercial, sperăm că obținând un câștig de energie de 100 de ori și explodând 10 capsule de combustibil în fiecare secundă.

Dar aici se afla o provocare deosebită. La 10 pe secundă, aparatul lor ar folosi aproape 900,000 de capsule pe zi. Asta nu este ca și cum ai aruncat cărbunele într-un cuptor; fiecare capsulă ar trebui să fie fabricată la standarde stricte și să fie introdusă în mașină cu sincronizare perfectă.

***

Este realist? Unii concurenți de fuziune nu cred așa. General Fusion este o companie de fuziune cu sediul în Vancouver, Canada, care și-a anunțat ieri propria etapă. Abordarea sa se numește fuziune țintă magnetizată și implică o mașină în care injectează o minge de plasmă de hidrogen în mașină și folosesc magneți puternici pentru a o ține în timp ce comprimă cu pistoane mecanice, mai degrabă decât cu lasere. CEO-ul Greg Twinney se așteaptă ca fabrica pilot pe care General Fusion o construiește în Marea Britanie să demonstreze fuziunea în 2027, cu designul comercial gata la începutul anilor 2030. „Când vedem știri ca aceasta, nu suntem surprinși”, spune el. Dar abordarea LLNL nu poate fi extrapolată într-o fabrică de fuziune funcțională, ceea ce este ceea ce General Fusion (susținut de 300 de milioane de dolari de la Jeff Bezos, ShopifySHOP
CEO-ul Tobias Lutke și Temasek, printre alții) și-au propus să facă de la început. „Tot ceea ce facem se concentrează pe o centrală electrică comercială”, spune el. „Dacă funcționează într-un experiment științific, dar nu este comercial, nu ne interesează asta.”

Știrile LLNL au generat un răspuns similar din partea CEO-ului David Kirtley al startup-ului de fuziune din Seattle heliu, susținut de 600 de milioane de dolari de la magnații tehnologiei Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman și Jeff Skoll. „Suntem încântați că și-au atins reperele științifice pentru mașina lor”, spune Kirtley. Dar el nu se simte amenințat de „un dispozitiv de cercetare care nu este conceput pentru a produce electricitate”. În schimb, funcționarea mașinii de fuziune de 60 de picioare a lui Helion implică injectarea de bile de plasmă la fiecare capăt, zdrobindu-le într-o reacție de 100 de milioane de grade controlată de câmpuri magnetice intense. În noul sistem al lui Helion, energia eliberată în reacțiile de fuziune se împinge în mod continuu împotriva câmpului său magnetic de reținere, care se împinge înapoi – provocând oscilații „ca un piston”, spune Kirtley, care generează un curent electric, pe care Helion îl captează direct din reactor. (Pentru mai multe, citiți mai departe Legea inducției lui Faraday.)

Helion își construiește al șaptelea prototip și îl proiectează pe al optulea, despre care Kirtley speră să fie primul generator comercial de fuziune – posibil conectat la rețeaua electrică până la sfârșitul acestui deceniu, dacă totul merge bine. El spune că autoritățile federale de reglementare nucleare par pregătite să își supună mașina la aceleași reguli ca acceleratoarele de particule și tipul de aparate de imagistică utilizate în spitale.

Și există o mulțime de alte companii care urmăresc cea mai consacrată abordare a fuziunii - the Tokamak concept, în care bile de plasmă sunt injectate într-o cameră a reactorului în formă de gogoașă goală, controlată de câmpuri magnetice puternice. Commonwealth Fusion, un spin-off MIT, încearcă să perfecționeze tokamak-ul folosind materiale supraconductoare la temperaturi ultra-înalte despre care CEO-ul Bob Mumgaard crede că le va permite să aibă un dispozitiv de fuziune funcțional până la sfârșitul deceniului. Același lucru este valabil și pentru General Atomics din San Diego (cel mai cunoscut pentru inventarea dronei Predator), care operează de zeci de ani un tokamak pentru Departamentul de Energie și proiectează o nouă mașină. GA a construit, de asemenea, probabil cel mai puternic magnet din lume, numit solenoid central, pentru cel mai mare proiect de fuziune din lume, 30 de miliarde de dolari ITER în construcție în Franța. Dacă celelalte startup-uri de fuziune își reușesc, ITER va fi învechit chiar înainte de a fi finalizat cândva deceniul următor. Răspândindu-și pariurile, GA (deținută de miliardarul Neal Blue) are un parteneriat cu Savannah River National Lab pentru a produce pelete de combustibil pentru mașinile de fuziune bazate pe laser precum LLNR și Focused Energy.

Oricine ai vorbi în domeniul fuziunii, criticile lor la adresa reactoarelor nucleare de fisiune de multă vreme sunt aceleași. Reacțiile de fisiune (în care atomi mari de uraniu îmbogățit sunt sparți) produc deșeuri radioactive, inclusiv plutoniu și actinide periculoase care pot fi transformate în arme. Spre deosebire de fuziune, care este greu de început și ușor de oprit, reacțiile de fisiune sunt ușor de început și greu de oprit, introducând riscul de topiri catastrofale. Modele mai noi, cum ar fi Westinghouse AP1000 reactorul de fisiune, aflat în construcție atât în ​​SUA, cât și în China, dispune de măsuri de siguranță pasivă și sunt practic rezistente la topire.

***

Unii antreprenori atomici cred că fisiunea este suficientă. Bret Kugelmass, fondator și CEO al Ultima Energie, și-a propus acum cinci ani să conceapă cel mai eficient și mai economic reactor nuclear din lume. Înainte de a decide abordarea sa, Kugelmass, acum în vârstă de 36 de ani, a intervievat sute de experți în industria nucleară (și a pus discuțiile asupra lui Podcast Titans of Nuclear) pentru a culege înțelepciunea colectivă a industriei. Deși are încredere în viitorul pe termen lung al fuziunii, Kugelmass a stabilit că cel mai bun pariu din lume pentru tranziția de la combustibilii fosili constă în construirea de reactoare de fisiune modulare în cel mai simplu, mai ieftin și mai sigur mod posibil. La fabrica sa de lângă Houston, Last Energy produce acum primele sale reactoare de apă sub presiune mici, modulare, care utilizează componente disponibile, provenite din lanțurile de aprovizionare nucleare existente, cu tehnologie care a fost perfecționată de-a lungul deceniilor și este folosită în mai multe peste 300 de reactoare în întreaga lume.

Last Energy a vândut deja 10 dintre unitățile sale de 20 de megawați unui client din Polonia, încă două pentru România și o mână pentru Marea Britanie. Kugelmass spune că proprietatea sa intelectuală nu se află în componentele dovedite, ci în modul de a le pune pe toate împreună. Până acum a strâns 24 de milioane de dolari condus de Gigafund, și se așteaptă ca primele reactoare din Polonia să funcționeze în 2025. Pentru a finanța mașinile, Last Energy încheie contracte de cumpărare de energie pe termen lung, promițând clienților zeci de ani de energie nucleară cu zero emisii de carbon la prețuri sub piață. „Am reușit să ne creăm o nișă de dorit pe care nimeni nu o urmărea”, spune Kugelmass. „Am pus în cutie neagră întreaga operațiune.”

Oricât de atrăgătoare ar fi promisiunea de fuziune, dacă Kugelmass își va descurca, realitățile competitive ale fisiunii consacrate și de încredere ar putea totuși să-și releve noul verișor la gunoiul eroicelor eșecuri tehnologice - vă amintiți Betamax, Google Glass și New Coke?

MAI MULTE DIN FORBEAlimentată de dolari miliardari, fuziunea nucleară intră într-o nouă erăBy Christopher HelmanMAI MULTE DIN FORBENoul nuclear: cum un unicorn cu energie de fuziune de 600 de milioane de dolari plănuiește să bată solarulBy Christopher HelmanMAI MULTE DIN FORBEMiliardarii liniștiți din spatele dronei Predator a Americii care l-a ucis pe Soleimani din IranBy Deniz Çam