Ενέργεια
Ανακοίνωση του Πρώτου Εμπορικού Έργου Πυρηνικής Σύντηξης
Σύντηξη, Η Απόλυτη Πηγή Ενέργειας
Καθώς οι σταθερές, αξιόπιστες, φθηνές και ουδέτερες σε άνθρακα πηγές ενέργειας γίνονται όλο και πιο επείγουσες, όλα τα βλέμματα στρέφονται προς τις πυρηνικές λύσεις.
Αυτό περιλαμβάνει τη πυρηνική σχάση, ή το διαχωρισμό βαρέων ατόμων όπως το ουράνιο, το θόριο ή το πλουτώνιο. Αυτή η τεχνολογία κάνει μια δραματική επιστροφή στο πλαίσιο της φάσης εξάλειψης των ανθρακίων και αερίου σταθμών, παρά την ανάγκη για παραγωγή βασικής ισχύος, καθώς και τις τάσεις ηλεκτροποίησης των μεταφορών, της θέρμανσης και της βιομηχανικής παραγωγής.
Ωστόσο, δεν είναι χωρίς προβλήματα, ακόμη και για τις πιο προηγμένες φυλές 4ης γενιάς πυρηνικών σταθμών. Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι εξακολουθεί να περιλαμβάνει τη διαχείριση εξαιρετικά ραδιενεργών υλικών, κάτι που το κοινό εξακολουθεί να φοβάται και ποτέ δεν θα είναι πλήρως περιβαλλοντικά ουδέτερο.
Γι’ αυτό οι επιστήμονες έχουν κοιτάξει τις υποσχέσεις της πυρηνικής σύντηξης, η οποία συγχωνεύει άτομα όπως το υδρογόνο, το ίδιο φαινόμενο που τροφοδοτεί τον Ήλιο.
Πηγή: Nature
Αυτό θα χρησιμοποιούσε ένα καύσιμο που είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν και θα παρήγαγε μόνο αβλαβές ήλιο ή λίθιο. Θα ήταν επίσης αρκετά ισχυρό ώστε να παρέχει ουσιαστικά άπειρη ενέργεια, χωρίς κανέναν κίνδυνο έκρηξης ή ανεξέλεγκτης αλυσιδωτής αντίδρασης.
Το πρόβλημα είναι ότι η παραγωγή των απαιτούμενων συνθηκών είναι τόσο δύσκολη που κανένας αντιδραστήρας σύντηξης δεν έχει φτάσει ποτέ κοντά στην εμπορευματοποίηση μέχρι σήμερα.
Αυτό μπορεί να αλλάξει σε λιγότερο από μια δεκαετία, τουλάχιστον σύμφωνα με την Commonwealth Fusion Systems (CFS). Η εταιρεία μόλις ανακοίνωσε ότι προχωρά προς την κατασκευή του πρώτου εμπορικού αντιδραστήρα σύντηξης στη Βιρτζίνια.
Έργο Αντιδραστήρα CFS
Η Commonwealth Fusion Systems στοχεύει ο αντιδραστήρας ARC της να παράγει 400 MW για το δίκτυο ενέργειας της Βιρτζίνια, κάτι που αρκεί για την τροφοδοσία 150.000 σπιτιών.
Αυτή είναι μια ριζοσπαστική πρόοδος για τον τομέα της πυρηνικής σύντηξης, καθώς πάντα φαινόταν ότι ο πρώτος αντιδραστήρας κλίμακας θα ήταν 20-30 χρόνια μακριά. Ακόμη και η τεράστια διεθνής προσπάθεια ITER (Διεθνής Πειραματικός Αντιδραστήρας Θερμοπυρηνικής Σύντηξης) δεν αναμένεται να ολοκληρωθεί πριν το 2039.
Σε σύγκριση, ο αντιδραστήρας CFS προγραμματίζεται να κατασκευαστεί σε χώρο που ανήκει στην ενεργειακή εταιρεία Dominion (D ). Τον θεωρούν εφικτό ήδη στις αρχές της δεκαετίας του 2030.
“Οι αυξανόμενες ανάγκες των πελατών μας για αξιόπιστη ενέργεια χωρίς άνθρακα ωφελούνται από όσο πιο διαφοροποιημένο μενού επιλογών παραγωγής ενέργειας είναι δυνατόν, και με αυτό το πνεύμα, είμαστε ευχαριστημένοι που βοηθάμε την CFS στις προσπάθειές της.”
Edward H Baine – Πρόεδρος της Dominion
Commonwealth Fusion Systems
Τεχνολογία CFS
Για να κατανοήσουμε πόσο ρεαλιστικό είναι αυτό το έργο, πρέπει να εξετάσουμε το ιστορικό της CFS. Η εταιρεία ξεκίνησε από το MIT το 2018 και έχει συγκεντρώσει 2 δισεκατομμύρια δολάρια από τότε, κυρίως από τον ιταλικό γιγαντό πετρελαίου Eni. Η CFS αναπτύσσει έναν αντιδραστήρα σύντηξης βασισμένο στον «κλασικό» σχεδιασμό τοκομάκ, ο οποίος δημιουργεί πλάσμα σε ένα τόρο (σχήμα ντόνατ).
Πηγή: DOE
(Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τη πυρηνική σύντηξη και διαφορετικούς σχεδιασμούς αντιδραστήρων στο “Πυρηνική Σύντηξη – Η Απόλυτη Καθαρή Ενεργειακή Λύση στον Ορίζοντα” και στην υπεραγωγιμότητα στο “Πρόοδος στην Υπεραγωγιμότητα που Ανοίγει το Δρόμο για μια Νέα Τεχνολογική Επανάσταση”)
Η CFS χρησιμοποιεί μαγνήτες υπεραγώγιμων υψηλής θερμοκρασίας (HTS) που αναπτύχθηκαν σε συνεργασία με το MIT. Θα ελέγχουν και θα συμπιέσουν το πλάσμα δευτερίου-τρίτιου για να δημιουργήσουν πυρηνική σύντηξη.
Μια υγρή «επίστρωση» συλλαμβάνει αυτή την ενέργεια ως θερμότητα, στη συνέχεια τη μεταφέρει σε νερό που κινεί έναν ατμοστρόβιλο για την παραγωγή ενέργειας. Το δευτέριο είναι διαθέσιμο σχεδόν παντού και μπορεί να φιλτράρεται από το θαλασσινό νερό, ενώ οι επενδύσεις ARC θα παράγουν φυσικά τρίτιο.
Το 2021, ανέπτυξε έναν μαγνήτη HTS 20 tesla, μια βελτίωση κατά 100-1.000 φορές από την προηγούμενη απόδοση των μαγνητών και ο μεγαλύτερος που έχει κατασκευαστεί ποτέ.
Αυτοί οι μαγνήτες είναι τώρα συναρμολογημένοι σε ένα νέο, ρεκόρ-σπαστικό σχεδιασμό που ονομάζεται Κεντρική Σπειροειδής Μοντέλο Πηνίου (CSMC). Το 2024, η εταιρεία δημοσίευσε επίσης την τεχνολογία της για ένα καλώδιο υπεραγωγιμότητας υψηλής πυκνότητας ρεύματος και υψηλής θερμοκρασίας που τροφοδοτεί αυτούς τους μαγνήτες.
Η χρήση καυσίμου θα είναι πολύ συμπαγής, όπως για όλες τις τεχνολογίες πυρηνικής σύντηξης:
“Επειδή απαιτούνται μόνο μικρές ποσότητες, 30 χρόνια καυσίμου ARC μπορούν να παραδοθούν με ένα μόνο φορτηγό όταν ανοίξει ένα νέο εργοστάσιο, χωρίς κίνδυνο αλλαγής τιμών στο μέλλον και χωρίς συνδέσεις με παγκοσμίως προβληματικές αλυσίδες εφοδιασμού.”
Επερχόμενη Σειρά Αντιδραστήρων
Οι μαγνήτες HTS θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή του SPARC, με στόχο να γίνει ο πρώτος αντιδραστήρας σύντηξης με καθαρή ενέργεια, δηλαδή θα παράγει περισσότερη ενέργεια από τη σύντηξη από ό,τι καταναλώνει, ανάβοντας το υδρογόνο πλάσμα.
Το SPARC βρίσκεται ήδη σε κατασκευή στην πανεπιστημιούπολη της CFS στη Μασαχουσέτη, αλλά δεν έχει ακόμη παραγάγει το πρώτο του πλάσμα.
Πηγή: CFS
Αν όλα πάνε καλά με τον επιδεικτικό SPARC, το ARC, που θα κατασκευαστεί στη Βιρτζίνια, είναι το επόμενο βήμα.
Πηγή: CFS
Ενώ το SPARC υπάρχει για να δοκιμάσει την τεχνολογία, το ARC θα υπάρχει για να δοκιμάσει την οικονομική πλευρά του σχεδίου. Κάθε ARC θα είναι περίπου του μεγέθους ενός μεγάλου καταστήματος με περίπου τις ίδιες ανάγκες χώρου.
Πηγή: CFS
Το επόμενο βήμα είναι η μαζική παραγωγή του ARC, με στόχο τη μείωση του κόστους κατασκευής και τη διάσπαση του κόστους Έρευνας & Ανάπτυξης.
Σοβαρές Υποστηρίξεις
Η CFS δεν υποστηρίζεται μόνο από τη Dominion και την Eni, αλλά επίσης από τον Οργανισμό Ατομικής Ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου, με τον οποίο υπέγραψε συμφωνία πενταετούς συνεργασίας το 2022.
Οι ερευνητικές προσπάθειες της CFS χρηματοδοτήθηκαν από βραβεία δύο προγραμμάτων του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, του Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) και του Fusion Energy Sciences (FES).
Οι ειδικοί του MIT είναι επίσης στενά εμπλεκόμενοι με την CFS:
“Όπου η αποστολή του TFMC ήταν να αποδείξει μια σταθερή δύναμη, το CSMC έπρεπε να αποδείξει ταχύτητα.
Εκατοντάδες χέρια έχουν αγγίξει αυτό το πηνίο, από την έναρξή του στο σχέδιο μέχρι το μακρύ και πολύπλοκο πρόγραμμα δοκιμών. Η ευφυΐα, η επιμονή και η καρδιά που έδειξε αυτή η στενά ενωμένη ομάδα ήταν εξίσου εντυπωσιακή με το πηνίο που προέκυψε από τις προσπάθειές τους.
Αξιολόγηση του CFS
Τα επιτεύγματα της Commonwealth Fusion Systems στην τεχνολογία μαγνητών είναι παγκοσμίου κλάσης. Η σταθερή μαγνητική σύμπτυξη, η κεντρική έννοια ενός αντιδραστήρα τοκομάκ, θα μπορούσε να αποδείξει το χαμένο κλειδί για την επίλυση του γρίφου της πυρηνικής σύντηξης.
Σε κάθε περίπτωση, πρόκειται για μια πολύ πολύτιμη τεχνολογία, όχι μόνο για εφαρμογές σύντηξης.
Ωστόσο, είναι λίγο νωρίς για να πούμε πόσο αισιόδοξοι είναι οι στόχοι και το χρονοδιάγραμμα της CFS. Η πυρηνική σύντηξη είναι ένας τομέας γεμάτος υποσχόμενα πρωτότυπα που αποδείχθηκαν λιγότερο σταθερά ή παραγωγικά από ό,τι ελπίζονταν.
Έτσι, δεν είναι σαφές αν η επιπλέον ισχύς των μαγνητών της CFS θα είναι αρκετή για την παραγωγή αξιόπιστου, κερδοφόρου πλάσματος σύντηξης.
Ως παράδειγμα πιθανών αδιευκρίνιστων ζητημάτων, η παραγωγική εσωτερική επένδυση τριτίου μέσα στον αντιδραστήρα μπορεί να μην είναι τόσο παραγωγική ή ανθεκτική όσο αναμενόταν, ακόμη και αν η παραγωγή πλάσματος κυλήσει ομαλά. Η συλλογή της ενέργειας και η μετατροπή της σε ηλεκτρισμό χωρίς ζημιά στον αντιδραστήρα για δεκαετίες λειτουργίας μπορεί επίσης να αποδειχθεί δύσκολη.
Η εμπιστοσύνη που δείχνουν η CFS και η Dominion Energy, ωστόσο, δείχνει ότι η πυρηνική σύντηξη κάνει μεγάλη πρόοδο. Μαζί με Τεχνητή Νοημοσύνη που μπορεί να αναπτύξει νέο υλικό ή να σταθεροποιήσει το πλάσμα σε πραγματικό χρόνο, μπορεί να είμαστε μόλις 1-2 δεκαετίες μακριά από απεριόριστη φθηνή ενέργεια που θα επιτρέψει άμεσα τη μαζική ανάπτυξη αφαλάτωσης, διαστημικής εξερεύνησης, εσωτερικής γεωργίας κ.λπ.
Εταιρείες Σύντηξης
Προς το παρόν, καμία από τις εταιρείες που αφιερώνονται αποκλειστικά στην εμπορική βιωσιμότητα της πυρηνικής σύντηξης δεν είναι εισηγμένη στο χρηματιστήριο. Αυτό περιλαμβάνει τις Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, και τη NEO Fusion.
Μπορείτε να βρείτε μια εκτενή λίστα νεοσύστατων στον χώρο της πυρηνικής σύντηξης στη dedicated σελίδα του Dealroom.
Παρόλα αυτά, μια εισηγμένη εταιρεία είναι ενεργή στον τομέα της σύντηξης, με ανακατεύθυνση της έννοιάς της από την παραγωγή ενέργειας στην προώθηση διαστημικής ώθησης: Lockheed Martin.
Lockheed Martin Corporation
(LMT )
Μία αξιοσημείωτη εξαίρεση στην κυριαρχία των ιδιωτικών νεοσύστατων στον τομέα είναι η εισηγμένη εταιρεία Lockheed Martin Corporation, ένας γίγαντας της αμυντικής βιομηχανίας.
Η Lockheed εργάστηκε από τις αρχές της δεκαετίας του 2010 στο Compact Fusion, έναν αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης που ανέμενε να είναι έτοιμος τη δεκαετία του 2020. Ωστόσο, ανακοινώθηκε ότι η εργασία στο έργο σταμάτησε το 2021.
Η εταιρεία ήταν πολύ διακριτική σχετικά με αυτό το έργο από την αρχική δημόσια ανακοίνωση. Μέχρι σήμερα, δεν είναι σαφές τι θα μπορούσε να προκάλεσε την εταιρεία να εγκαταλείψει την ιδέα.
Ταυτόχρονα, φαίνεται ότι δεν εγκατέλειψε πλήρως την έννοια, ιδιαίτερα με επενδύσεις το 2024 στην Helicity, μια νεοσύστατη εταιρεία που αναπτύσσει κινητήρα σύντηξης.
Η ιδέα είναι να προωθήσει διαστημόπλοια με σύντομες εκρήξεις σύντηξης. Η Helicity σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει ένα όπλο πλάσματος, την ίδια προσέγγιση με τη General Fusion. Πιθανώς, τα εσωτερικά αποτελέσματα της Lockheed έχουν δείξει ότι ο σχεδιασμός της δεν μπορεί να διατηρήσει τη σύντηξη με τρόπο συμβατό με την παραγωγή ενέργειας.
Αλλά ίσως, ταυτόχρονα, οι σύντομες εκρήξεις είναι αρκετές για την ανάγκη προώθησης στο διάστημα και πολύ πιο κοντά στο να γίνουν πραγματικό προϊόν; Θα ήταν επίσης πιο συμβατό με το συνολικό προφίλ της εταιρείας, που εστιάζει στην αεροδιαστημική και την άμυνα.
