Net Zero Needs Fusion. Mida peaksid investorid esinumbritelt küsima?

Termotuumasünteesi kiireloomulisust ei saa üle hinnata. 27. oktoobril ÜRO hoiatas et 1.5 °C ei ole "usaldusväärset teed" ja praegused poliitikad viitavad katastroofilisele 2.8 °C soojenemisele aastaks 2100. Termotuumasüntees võib olla ainus süsinikuvaba energiaallikas, mis suudab pakkuda piiramatut baaskoormuse võimsust ja piisavat lähteainet. kogu puhas vesinik, mis on vajalik raskesti vähenevate tööstuste dekarboniseerimiseks. Võib-olla on see ainus elujõuline tee 2050. aastaks nullheitmete vähendamiseks.

Fusiooniga on aga üks probleem. Ükski labor ega ettevõte ei ole tootnud rohkem energiat, kui nad on termotuumasünteesi reaktsiooniks pannud, rääkimata sellise süsteemi väljatöötamisest, mis võiks töötada kaubanduslikus keskkonnas. Arusaadavalt mõtlevad investorid, kus tuumasünteesi tegelikult seisneb ja millised projektid võiksid pakkuda seda mitme triljoni dollari suurust võimalust Päikese võimsust Maal kopeerida.

Pikaajalise termotuumasünteesi investorina tahan arutada, miks termotuumasünteesi on oluline, milliseid edusamme on see tööstusharu teinud ja milliseid küsimusi arukad investorid peaksid tuumasünteesiettevõtetelt küsima.

Miks fusioon on oluline?

Praegu ei näita ükski energiatehnoloogia peale termotuumasünteesi potentsiaali fossiilkütuste asendamiseks. Näib, et miski muu ei suuda rahuldada maailma kasvavat energianõudlust ja toidet kliimaseadmete, magestamisjaamade, elektrisõidukite, rohelise vesiniku tootmise jne järele sellises mahus, mida vajame energia üleminekuks ja eluks kuumemal ja kuivemal planeedil.

Loomulikult peame tuule- ja päikeseenergiat laiendama, kuid nende maa-, ilmastiku- ja energiasalvestusnõuded tähendavad, et nad ei saa võimaldada täielikku energiaüleminekut. Tuuma lõhustumisjaamad on samuti Net Zero jaoks olulised, kuid tuumajäätmete, õnnetuste ja relvastuse riskid piiravad nende kasutamist.

Mis puudutab vesinikku, siis Bloombergi NEF-i asutaja Michael Liebreich hiljuti illustreeritud et pelgalt väetiste, kemikaalide tootmisel ja nafta rafineerimisel kasutatava räpase vesiniku asendamine rohelise vesinikuga nõuaks praegu 143% maailma paigaldatud päikese- ja tuuleenergia võimsusest. Heidutav avaldus. See ei jätaks rohelist vesinikku millegi muu jaoks kättesaadavaks: ei terase ja alumiiniumi tootmiseks, elektrivõrkude tasakaalustamiseks ega CO₂ püüdmine ja ladustamine, mitte mere- ja raudteetranspordi jaoks. Ilma termotuumasünteesita pole lihtsalt piisavalt rohelist vesinikku lähteainet.

Tööstuse insaiderid usuvad, et 2050. aastaks suudavad termotuumajaamad varustada 18–44% maailma energiast. Fusion on seega üks meie aja kolossaalsemaid investeerimisvõimalusi. Kui termotuumasünteesi saab äriliselt kasutusele võtta, asendab see suurema osa fossiilkütuste tööstusest.

Fusioni esirinnas

Termotuumatööstuse Assotsiatsioon aruanded et termotuumasünteesi eraettevõtted on praeguseks kogunud üle 4.8 miljardi USA dollari rahalisi vahendeid ja rohkem kui kahekordistanud tööstuse kogurahastust eelmisel aastal. Mitmed eesrindlikud on teinud tehnilisi edusamme, et on usutav oletada, et nad toovad 2030. aastatel turule kommertsfusiooni. Nimekirjas on General Fusion (milles ma olen investor), Commonwealth Fusion Systems, Helion, TAE Technologies, Zap Energy, General Atomics ja First Light.

Kõik need termotuumasünteesiettevõtted kavatsevad selle kümnendi teisel poolel avada näidistehase. Need tõestavad, kas nende tehnoloogia suudab mastaapselt töötada ja toota netoelektrit.

Metamärk on Hiina, mis töötab oma termotuumasünteesitehnoloogia kallal. Arusaadavatel põhjustel ei sõltu lääneriikide valitsused selle üliolulise tehnoloogia osas pigem Hiinast. Lõuna-Prantsusmaal on ka ITER, rahvusvaheline riiklikult rahastatav termotuumasünteesiprojekt loodab tuumasünteesienergia tarnimiseks 2045. aastaks.

Küsimused investoritele termotuumasünteesiettevõtetele

Väljakutse on mitte ainult toota netoelektrit, vaid teha seda viisil, mis on äriliselt tasuv. Vesinikuaatomite kokkusulamiseks, et moodustada raskem tuum, mis vabastab energia, on vaja tohutut survet ja soojust. Päikese käes annab gravitatsioon reaktsiooni võimaldamiseks piisavalt jõudu. Maal peavad termotuumasünteesimasinad nende tingimuste kordamiseks saavutama temperatuuri üle 100 miljoni C. Seda on raske säilitada ja varustusele raske.

Eesrindlikud on kas lahendanud või töötavad läbi ülejäänud Maa-põhise termotuumasünteesi takistused. Huvitatud investorid, kes mõtlevad, millist termotuumasünteesiprojekti toetada, peaksid esitama järgmised küsimused:

1. Kui vastupidav masin on? Termotuumasünteesi reaktsioonis tekkivad neutronid tabasid reaktori metallseina, põhjustades villid, keemiline erosioon ja lisandid ning lõpuks muudavad masina töövõimetuks. Seda nimetatakse "esimese seina probleemiks". Üks lahendus on kasutada vedelat metallseina, mis ümbritseb sulamisreaktsiooni ja kaitseb masinat. Teine lähenemisviis on võtta kasutusele kütused, mis toodavad vähem neutroneid. Nende hulka kuuluvad prooton-boorkütus, mis vajab termotuumasünteesi tekitamiseks veelgi kõrgemat temperatuuri, ja deuteerium-heelium-3, mida Maal looduslikult ei esine.

2. Kui palju on kütust? Kahe vesiniku isotoobi, deuteeriumi ja triitiumi segu soodustab enamikku termotuumasünteesi reaktsioonidest. Deuteeriumi on lihtne saada mereveest. Triitiumi seevastu tuleb toota. Mõnel vastumeelsel on hoiatas "Tuumasünteesi seisab juba silmitsi kütusekriisiga." Ei ole. Eesrindlased on selle probleemi lahendanud, integreerides triitiumi tootmise termotuumasünteesi reaktsiooni. Üks võimalus on kasutada vedelat metalli (plii-liitium) seina, mis puutub vahetult kokku termotuumasünteesiga ja toodab termotuumasünteesi jaoks triitiumikütust. Samuti on väljatöötamisel liitiumipõhised meetodid triitiumi aretamiseks väljaspool reaktorit.

3. Kui tõhus on energia muundamine? Mõnes masinas neelab vedel metallsein soojust otsese kokkupuute kaudu termotuumasünteesi reaktsiooniga. Vedel metall läbib soojusvahetit, tekitades auru, mis juhib turbiini ja toodab elektrit – nagu enamik traditsioonilisi jõuseadmeid teeb. Teine paljutõotav lähenemisviis on elektrienergia hõivamine otse termotuumasünteesi reaktsioonis tekkivatest elektromagnetväljadest.

4. Millised täiendavad süsteemide keerukused võivad takistada õigeaegset kasutuselevõttu? Mõned termotuumasünteesiettevõtted soovivad kasutada oma süsteemide äärealadel tõestatud tehnoloogiaid, teised aga loodavad läbimurdele täiustatud laserite, materjalide ja ülijuhtidega. Neid käsitletakse mõnes põnevas artiklis eelretsenseeritavates ajakirjades ja see on murekoht. Need on paljutõotavad, kuid tõestamata. Tuletage meelde, et kui Tesla oma esimesi autosid tutvustas, oli praktiliselt kogu tehnoloogia end tõestanud. Termotuumasünteesi investorid peavad eristama teoreetilisi süsteeme nendest, mis kasutavad kriitilisi osi, mida on testitud reaalsetes tingimustes.

5. Kus on demotehas ja kommertsialiseerimisstrateegia? Parimad võistlejad on saavutanud laboris termotuumasünteesi ning tõestanud oma põhitehnoloogiaid ja üksikuid komponente katsetasandites. Nüüd peavad nad tõestama, et kogu süsteem suudab demotehases mastaapselt töötada – seega kapitalimahukus. Juhtivad termotuumasünteesiettevõtted hakkavad oma tuumasünteesilabori spetsialistidest ja doktorikraadidest koosnevat põhimeeskonda täiendama insenerimeeskonnaga, kes teab, kuidas jõujaama ehitada. See üleminek laborilt reaalsele rakendusele pole väike saavutus. Oleme isegi hakanud nägema, et termotuumasünteesiettevõtted palkavad äriarendustöötajaid ja turustavad esimese kaubandusliku tehase õigusi.

6. Milline saab olema suurus? Juhtivad termotuumasünteesiettevõtted töötavad elektrijaamade kallal, mille võimsus on 50 megavatist (MW) kuni 500 MW-ni. Masina suurus on ülioluline, kuna see mõjutab esialgseid investeeringukulusid. Väiksemad, modulaarsed masinad muudavad üksikute kommunaalettevõtete jaoks kaubandusliku tehase investeerimisotsuste tegemise lihtsamaks. Suurus mõjutab ka seda, kas termotuumasünteesiseadmeid saab kasutada sellistes rakendustes nagu ookeanilaevandus ja muud väiksema energiatarbega rakendused.

7. Lõpetuseks, milline on prognoositav MWh (megavatt-tunni) maksumus? Termotuumaettevõtted konkureerivad otseselt söe- ja gaasiküttel töötavate elektrijaamadega, mis pakuvad baaskoormusenergiat kogu maailmas. Seega peab tasandatud energiakulu (LCOE) olema konkurentsivõimeline kivisöega, mis nõuandefirma Lazard sõnul vahemikud alates 65 dollarist/MWh kõige mustemast kuni 152 dollarini/MWh koos integreeritud 90% süsiniku sidumisega. Fusioonmasinad, mis kasutavad kulukaid suure võimsusega lasereid või haruldastest materjalidest ülijuhtivaid magneteid, võivad selle LCOE-ga hädas olla. Tõsi, nende komponentide kulud langevad aja jooksul. Mehhaanilist survet (sarnaselt diiselmootori kolbidele) või kineetilisi kiirendeid (põhimõtteliselt gaasijõul töötav püstol) kasutavad termotuumasünteesimasinad saavad järgmise paarikümne aasta jooksul tõenäoliselt kulueelise.

Aeg muusikaga silmitsi seista

Kuigi need ülejäänud väljakutsed tunduvad ületatavad, küsimus Küsisin aastaid tagasi: kellel on julgust rahastada näidistehaseid ja lükata termotuumasünteesi turule?

Nüüd kolivatel investoritel on võimalus teenida suuremat tulu. Mõned ülalmainitud termotuumasünteesi ettevõtted on endiselt tagasihoidliku hinnaga. Muidugi võivad mõned investorid vaeva näha termotuumasünteesi võimaliku mõjuga oma olemasolevatele energiaportfellidele, eriti kui need hõlmavad fossiilkütuseid, tuule- ja päikeseenergiat.

Ma ütlen, et on aeg lõpuks muusikaga silmitsi seista. Arvestades kliimamuutuste ohtu ja kasvavat nõudlust energia järele, on termotuumasünteesil 2050. aastaks netotull kriitilise tähtsusega. Ükski teine ​​tehnoloogia ei suuda fossiilkütuseid konkureerida, CO-le suuremat mõlki teha.₂ heitkoguseid või teha selleks rohkem kaotada energiasõltuvus vaenulikest režiimidest, nagu Putini Venemaa. Fusioon on mängumuutja, mis võib muuta energia tõeliselt lokaalseks, turvaliseks ja rikkalikuks. See tähistab üleminekut tsentraliseeritud, autokraatlikult energiatööstuselt lokaliseeritud, demokraatlikule energiavarustusele.

Ja fusioon pole enam 20 aasta kaugusel. Kui esimene termotuumasünteesijaam on mõistlike kuludega kaubanduslikult tööle hakanud, võib üleminek olla kiire. Pidage meeles, et autode tehnoloogiate arendamiseks kulus sajandeid, kuid Londonis ja New Yorgis kulus hobuste asendamiseks autodel vaid kümmekond aastat. Niipea, kui on parem ja odavam uuendus, võidab see paratamatult.

Karm tõde on see, et ilma järkjärgulise innovatsioonita energeetikas lähme sel sajandil üle 1.5 °C. Loodame, et termotuumasünteesi turustamine liigub kiiremini kui temperatuurid.