Miljardäride dollarite jõul siseneb tuumasünteesi uude ajastusse

Olles 3. aastal kogunud rohkem kui 2021 miljardit dollarit sellistelt nagu Bill Gates ja Jeff Bezos, väidavad termotuumasünteesi arendajad, et see süsinikuvaba energiaallikas võib kümne aasta jooksul reaalsuseks saada.

On selge, et tuumasünteesi võib mastaapselt töötada – vaadake vaid tähti. Füüsikud on 70 aastat unistanud selle täheenergia villimisest termotuumasünteesireaktoritena, mis toidavad elektrivõrku samade piiramatute süsinikuvabade reaktsioonidega, mis panevad päikese paistma. Seda Püha Graali on pikka aega reklaamitud kui 20 või 30 aasta kaugusel, kuid fusioonifännid on keeldunud usust loobumast. Ja mõjuval põhjusel. Termotuuma (vesinikuaatomite kokkulöömine heeliumiks) tõotab piiramatut süsinikuvaba elektrienergiat ilma sulamisohuta ja praktiliselt mitte ühtegi radioaktiivset jäätmeid, mis on seotud olemasolevate tuumaelektrijaamadega, mis töötavad lõhustumisel (uraaniaatomite tükeldamine väiksemateks elementideks). 

Unistus inspireeris Mithril Capitali kaasasutajat (koos miljardär Peter Thieliga) Ajay Royani, kes 2013. aastal investeeris esmakordselt 2 miljonit dollarit Washingtonis asuvasse Redmondi Helion Energysse, et see saaks ehitada korduva impulsi jõumasina prototüübi. Mithril on sellest ajast saati investeerinud Helioni, kaasa arvatud hiljutine 500 miljoni dollari suurune ring (ettevõtte väärtuseks on 3 miljardit dollarit) – lubades saada 1.7 miljardit dollarit rohkem, kui ettevõtte seitsmes prototüüp töötab ootuspäraselt. Helioni vooru juhtis Sam Altman Y Combinatorist. 

2021. aasta oli suur nii termotuumasünteesi rahastamise kui ka prognooside jaoks, sest arendajad kogusid oma järgmise vooru masinate rahastamiseks rohkem kui 3 miljardit dollarit – mõned tõotavad nüüd äriliselt elujõulist termotuumasünteesi kõigest viie aasta pärast. Royanil on hea meel, et fusioon saab rohkem tähelepanu; "Kindlasti võib 2021. aasta olla pöördepunkt termotuumasünteesis Google'i analüütika järgi, kuid tõeline pöördepunkt toimus kümme aastat tagasi, kui jõuelektroonika ületas künnise." 

Tegevjuht David Kirtley selgitab, et esialgne uurimis- ja arendustöö Helioni taga tehti föderaallaborites, millest Helion 2013. aastal välja lõigati. Föderaalsest teadus- ja arendustegevuse bürokraatiast vabanenud Helion on sellest ajast peale ehitanud järjest uusi prototüüpe. “Startup mentaliteet ei ole ilus omada, see on nõue. ja millele oleme algusest peale keskendunud,” räägib Kirtley.

2020. aastal valmis Helion oma kuuenda reaktori prototüübi, mille nimi on Trenta. Nüüd ehitatakse seitsmendat, Polarist, ja kavandatakse juba kaheksandat, Antarest, millest Kirtley kavatseb olla esimene termotuumasünteesimasin, mis toodab rohkem energiat kui sisse võtab. Lisaks kiirele iteratsioonile saab Helion kasu ka kohalikest teadmistest. See ehitab Polarise masina Everettis, Washingtonis, Boeingi suurimate tehaste lähedal, kus nad saavad kokku puutuda lepinguliste inseneride ja täppistootjate tervitatava ökosüsteemiga. Kirtley sõnul veedavad nad hommikud nokitsedes, süsteeme uuendades ja kondensaatoreid sisse lülitades. "Igal pärastlõunal kell 3 hakkame tuumasünteesi tegema."

Helioni lähenemise mõistmiseks mõelge esmalt magnetilise tõrjumisele, mis tekib siis, kui proovite kahe vardamagneti positiivseid poolusi kokku suruda. See on põhimõte, mis võimaldab "mag-lev" tehnoloogial nagu Jaapani kuulsad kuulirongid, mis kasutavad magnetilist tõukejõudu, et hõljuda õhupadjal. 

Termotuumateadlased on aastakümneid püüdnud välja töötada maailma tugevaimad elektromagnetid, mille abil nad loovad reaktsioonikambreid, mille magnetväljad on nii tugevad, et need suudaksid sisaldada ja suruda kokku positiivselt laetud prootonite süstitud voo nii kuumaks plasmakuuliks, et need sulanduvad heelium. 

Helioni uudses süsteemis surub termotuumasünteesi reaktsioonides vabanev energia pidevalt vastu selle magnetvälja, mis surub tagasi – põhjustades võnkumisi ("nagu kolb," ütleb Kirtley), mis tekitavad elektrivoolu, mille Helion haarab otse reaktorist. . (Lisateavet leiate Faraday induktsiooniseadusest.) 

Royan of Mithril ütleb, et Helioni otsese elektritootmise meetodi suurim atraktsioon on selle lihtsus. Teiste termotuumasünteesi lähenemisviiside eesmärk on toota soojust, et keeta vett ja toita auruturbiine, mis toodavad elektrit – nagu traditsioonilistes tuumaelektrijaamades. "Me saame seda teha ilma auruturbiinide või jahutustornideta. Saame elektrijaamast lahti.» 

Kindlasti mõistab Kirtley termotuumaskepsist, eriti oma agressiivse ajakava suhtes. Ta alustas oma karjääri termotuumasünteesi valdkonnas, inspireerituna 1960. aastatel riiklike laborite teadlastest, kes tegid suuri edusamme magnetilise isolatsiooni vallas (võistlesid Venemaa teadlastega sõõrikukujuliste reaktorite väljatöötamiseks, mida nimetatakse tokamaksiks) juba enne transistoride leiutamist. Kuid Kirtley kaotas usu pärast seda, kui otsustas, et varajased lähenemisviisid lihtsalt ei suutnud areneda piisavalt kiiresti, et anda kommertslahendust – nii et ta asus tööle kosmoselaeva täiustatud tõukejõu kallal, kasutades elektromagnetitega juhitavaid plasmajoasid. Ta tuli valdkonda tagasi 2008. aastal, et aidata Helioni tehnikat kommertsialiseerida. 

Aja jooksul näeb ta ette termotuumasünteesigeneraatorite tootmist tehases. 50 MW mastaabis süsteem, mis on pakendatud kolmeks transpordikonteineri suuruseks seadmeks, annaks toite 40,000 10 kodule. "Kindlasti on XNUMX aasta pärast müüa elektrienergiat." 

See paneb Helioni võistlema Bostonis asuva Commonwealth Fusion Systemsiga, MIT-i spinoffiga, mis kogus investoritelt, sealhulgas Bill Gatesilt ja George Sorost, 1.8 miljardit dollarit. Tegevjuht Bob Mumgaard ütleb, et neil on kuue aasta pärast töötav reaktor. Tema optimismi õhutab Commonwealthi edukas suvine katse uutele elektromagnetitele, mis on konstrueeritud haruldaste muldmetallide baariumvaskoksiidist valmistatud ülijuhtidega. 

Mumgaard ütleb, et need ülivõimsusega magnetid võimaldavad Commonwealthil täiustada oma mõnevõrra traditsioonilisemat termotuumasünteesi lähenemisviisi, mille käigus ehitatakse sõõrikukujuline "tokamaki" reaktor, mida Mumgaard nimetab "suureks magnetpudeliks", kus võimsad magnetväljad juhivad 100 miljoni kraadise plasmapalli. staarivärk." 

Maailmas on ligikaudu 150 tokamaki; suurimat ehitab Prantsusmaal 30 miljardi dollari eest rahvusvaheline konsortsium nimega ITER. 20,000 2035-tonnine masin, mis on korvpalliareeni suurune, peaks valmima XNUMX. aastaks. 

Kuid Mumgaard kavatseb Commonwealth Fusionil muuta ITERi aegunuks enne, kui see on valmis. Selle serv on haruldaste muldmetallide baariumvaskoksiidiga (teise nimega ReBCO) valmistatud kõrge temperatuuriga ülijuhtide rakenduses. 

Ülijuhid liigutavad elektrivoolu praktiliselt nullkaoga (palju tõhusamalt kui näiteks vask). Ja need on võimsate elektromagnetide valmistamise võtmeks. Commonwealth on avastanud, et tehes oma magneteid spetsiaalse baarium-vaskoksiidi lindiga (nagu VHS-kassetis leiduv lint), võib see saavutada ITERis eeldatust võimsamaid magnetvälju, kuid 1/20 skaalast. 

Kui ITERi esmased magnetid (nimetatakse solenoidideks) kaaluvad umbes 400 tonni ja saavutavad väljad, mis on tugevamad kui 12 teslat, siis Commonwealth vaatab 15-tonniseid magneteid, millest igaüks kasutab 300 km ReBCO õhukesekilelinti, mis toodab 20 teslat (võrdluseks magnetresonantstomograafia aparaat teeb 1.5 teslat). 

"See avab termotuumasünteesi, " ütleb Mumgaard. CES katsetas magneteid eelmisel suvel ja kuulutas selle "tõendiks", et termotuumasünteesiteadus on nüüdseks peaaegu valmis ja jääb üle vaid reaktor ehitada. "Mõistame materjali hästi ja arvame, et saame sellega hakkama kolme aastaga," ütleb Mumgaard. "2030. aastaks näeme elektrivõrgus termotuumasünteesi." 

CES kavatseb ehitada oma termotuumasünteesi 47 aakri suurusele alale Massachusettsis ja juba töötab selle nimel, et hankida tuhandeid kilomeetreid ReBCO linti. Kas haruldaste muldmetallide kättesaadavus võib saada termotuumasünteesi kasutuselevõttu piiravaks teguriks? Ei, ütleb Mumgaard. "Tuumasünteesijaamas on vähem haruldasi muldmetallisid kui tuuleturbiinis. Fusion ei ole ressurss, mida peate kaevandama või pumpama. See puudutab tehnoloogiat." 

Ruumi peaks olema rohkem kui ühele fusiooni võitjale. Teiste juhtide hulka kuulub Kanadas asuv ja Jeff Bezose toetatud General Fusion, mis kogus sel aastal 130 miljonit dollarit. Teised tähelepanuväärsed miljardärid termotuumasünteesimängus on Neal ja Linden Blue, kellele kuuluvad San Diegos asuv General Atomics, mis on aastakümneid DOE nimel uurinud tokamaki ja mis sel aastal andis ITERile üle oma tokamak-elektromagnetid. 1,000-tonnine kesksolenoid. Ja seal on California TAE Energy, mis on viimase kümnendi jooksul katsetanud miljardi dollariga ja kogunud pandeemia ajal 1 miljonit dollarit.

Termotuumasünteesitehnoloogia võis alguse saada valitsuse rahastatud laboritest, kuid selle elluviimine peab tuginema erarahastusele. Amy Roma, Washingtonis asuva Hogan Lovellsi partner, ütleb, et praegu hämaruses olev Build Back Better arve sisaldas 875 miljonit dollarit täiustatud tuumaenergia jaoks, kuid praegu peab tööstus leppima uue arenenud reaktorite tutvustamise kontoriga. Energeetikaministeerium, rahastatakse hiljutisest infrastruktuuriseadusest. Süsinikuvaba tuumaenergia saaks kasu ka president Bideni hiljutisest korraldusest, mis nõuab, et föderaalvalitsuse energiaostud oleks 2030. aastaks nullilähedased. 

Legendaarne tehnoloogiainvestor Steve Jurvetson, Commonwealth Fusioni toetaja, kes kirjutas 25 aastat tagasi oma esimese tšeki termotuumasünteesi uurimise kohta, on peaaegu hämmingus, et see kaua edasi lükatud unistus võib peagi tõeks saada. "Seni on palju vastajaid, kuni see pole tehtud. Siis nad ütlevad, et see on ilmselge. 

Mithrili Royan ütleb, et ta juba töötab selle nimel, et kohandada oma raamistikku, et kaaluda, kui teistsugune maailm välja näeb, kui termotuumasünteesi on tõeline – „Mõelge vee magestamise ja väetiste tootmise võimalustele. See muudab üleöö põhjalikult veemajandust ja seega ka põllumajanduse ökonoomikat. Ta ütleb, et see kõik on osa inimkonna teest, et tõestada, et Malthus oli idioot. 

ROHKEM KONKURSIDESTUus tuumaenergia: kuidas 600 miljoni dollari suurune termotuumasünteesi ükssarvik plaanib päikeseenergiat võitaBy Christopher Helman
ROHKEM KONKURSIDESTVaiksed miljardärid Ameerika kiskjadrooni taga, mis tappis Iraani SoleimaniBy Deniz Çam