Ensimmäinen kaupallinen ydinfuusioprojekti julkistettiin

Fuusio, lopullinen energialähde

Kun vakaasta, luotettavasta, halvasta ja hiilineutraalista energiasta tulee yhä kiireellisempi kysymys, kaikki katseet on kiinnitetty ydinratkaisuihin.

Tämä sisältää ydinfission tai raskaiden atomien, kuten uraanin, toriumin tai plutoniumin, halkeamisen. Tämä tekniikka tekee dramaattisen paluun Hiili- ja kaasuvoimaloiden asteittaisen lopettamisen taustalla huolimatta perusvoimantuotannon tarpeesta sekä liikenteen, lämmityksen ja teollisuustuotannon sähköistystrendeistä.

Se ei kuitenkaan ole ongelmatonta, jopa kehittyneemmille neljännen sukupolven ydinvoimalaitoksille. Erityisesti siihen liittyy edelleen erittäin radioaktiivisten materiaalien käsittelyä, jota yleisö on edelleen varovainen eikä koskaan ole täysin ympäristöneutraalia.

Tästä syystä tutkijat ovat tarkastelleet ydinfuusion lupauksia, jotka yhdistävät atomeja, kuten vety, sama ilmiö, joka antaa voiman Auringolle.

Lähde: luonto

Tämä käyttäisi polttoainetta, joka on maailmankaikkeuden runsain alkuaine ja tuottaa vain vaaratonta heliumia tai litiumia. Se olisi myös riittävän tehokas tarjoamaan saataville olennaisesti ääretöntä energiaa ilman räjähdyksen tai karkaavan ketjureaktion riskiä.

Ongelmana on, että vaadittujen olosuhteiden tuottaminen on niin vaikeaa, ettei yksikään fuusioreaktori ole toistaiseksi tullut lähelle kaupallistamista.

Tämä saattaa muuttua alle vuosikymmenessä, ainakin Commonwealth Fusion Systemsin (CFS) mukaan. Yhtiö on juuri ilmoittanut siirtyvänsä kohti ensimmäisen kaupallisen fuusioreaktorin rakentamista Virginiaan.

CFS-reaktoriprojekti

Commonwealth Fusion Systems pyrkii ARC-reaktorinsa tuottamaan 400 MW Virginian sähköverkkoon, mikä riittää 150,000 XNUMX kodin tehoon.

Tämä on radikaali edistysaskel ydinfuusion alalla, koska aina näytti siltä, ​​että ensimmäinen mittakaavassa oleva reaktori oli 20-30 vuoden päässä. Jopa massiivisen kansainvälisen hankkeen, ITERin (International Thermonuclear Experimental Reactor), ei odoteta valmistuvan ennen vuotta 2039.

Vertailun vuoksi CFS-reaktori suunnitellaan rakennettavan energiayhtiö Dominionin omistamalle alueelle (D -0.1%). He pitävät sitä mahdollisena jo 2030-luvun alussa.

"Asiakkaidemme kasvavat tarpeet luotettavalle hiilidioksidittomalle sähkölle hyötyvät mahdollisimman monipuolisesta valikoimasta sähköntuotantovaihtoehtoja, ja tässä hengessä autamme mielellämme CFS:ää heidän ponnisteluissaan."

Edward H Baine – Dominionin presidentti

Kansainyhteisön fuusiojärjestelmät

CFS-tekniikka

Ymmärtääksemme, kuinka realistinen tämä projekti on, meidän on tarkasteltava CFS:n historiaa. Yritys erotettiin MIT:stä vuonna 2018, ja se on kerännyt sen jälkeen 2 miljardia dollaria, erityisesti italialaiselta öljyjätti Eniltä. CFS kehittää fuusioreaktoria, joka perustuu "klassiseen" tokamak-suunnitteluun, joka muodostaa plasman torukseen (donitsin muotoon).

Lähde: DOE

(Voit oppia lisää ydinfuusiosta ja erilaisista reaktorirakenteista "Nuclear Fusion – äärimmäinen puhtaan energian ratkaisu horisontissa" ja suprajohtavuus "Suprajohtavuuden edistyminen, joka luo tietä uudelle teknologiselle vallankumoukselle")

CFS käyttää korkean lämpötilan suprajohtavat (HTS) magneetit kehitetty yhteistyössä MIT:n kanssa. Ne hallitsevat ja puristavat deuterium-tritium-plasmaa ydinfuusion luomiseksi.

Nestemäinen "huopa" vangitsee tämän energian lämpönä ja siirtää sen sitten veteen, joka kääntää höyryturbiinin tuottamaan sähköä. Deuteriumia on saatavilla lähes kaikkialla ja se voidaan suodattaa merivedestä, kun taas ARC-peitot tuottavat luonnollisesti tritiumia.

Vuonna 2021 se kehitti 20 teslan HTS-magneetin, 100–1,000 XNUMX-kertainen parannus aiempaan magneetin suorituskykyyn ja suurin koskaan rakennettu.

Nämä magneetit on nyt koottu uuteen, ennätykselliseen malliin nimeltä Keskussolenoidin mallikela (CSMC). Vuonna 2024 yhtiö julkaisi myös sen tekniikka korkean virrantiheyden ja korkean lämpötilan suprajohtavalle kaapelille, joka syöttää tehoa näihin magneetteihin.

Polttoaineen käyttö tulee olemaan erittäin kompakti, kuten kaikilla ydinfuusiotekniikoilla:

"Koska tarvitaan vain pieniä määriä, 30 vuoden ARC-polttoainetta voidaan toimittaa yhdellä kuorma-autolla, kun uusi tehdas avataan, ilman hinnanmuutosriskejä eikä yhteyksiä maailmanlaajuisesti täynnä oleviin toimitusketjuihin."

Tulevat reaktorisarjat

HTS-magneetteja käytetään rakentamiseen SPARC, jonka tavoitteena on olla ensimmäinen nettoenergiafuusioreaktori, mikä tarkoittaa, että se tuottaa enemmän energiaa fuusiosta kuin kuluttaa sytyttäessään vetyplasman.

SPARC on jo rakenteilla CFS:n kampuksella Massachusettsissa, mutta se ei ole vielä tuottanut ensimmäistä plasmaansa.

Lähde: CFS

Jos kaikki menee hyvin SPARC-mielenosoittimen kanssa, ARC, joka rakennetaan Virginiaan, on seuraava askel.

Lähde: CFS

Vaikka SPARC on paikalla testaamassa tekniikkaa, ARC on paikalla testaamassa suunnittelun taloudellisuutta. Jokainen ARC on suunnilleen suuren myymälän kokoinen, ja sillä on suunnilleen samat sivustotarpeet.

Lähde: CFS

Seuraava askel on ARC:n massatuotanto, jonka tavoitteena on vähentää valmistuskustannuksia ja hajauttaa T&K-kustannuksia.

Vakavia kannanottoja

Dominionin ja Enin lisäksi CFS:ää tukevat myös Yhdistyneen kuningaskunnan atomienergiajärjestö, jonka kanssa se allekirjoitti viisivuotisen yhteistyösopimuksen vuonna 2022.

CFS:n tutkimustyöt rahoitettiin kahdella Yhdysvaltain energiaministeriön palkinnolla, Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) ja Fusion Energy Sciences (FES).

MIT:n asiantuntijat ovat myös tiiviisti mukana CFS:ssä:

”Jos TFMC:n tehtävänä oli osoittaa tasaista voimaa, CSMC:n oli osoitettava nopeutta.

Sadat kädet ovat koskettaneet tätä kelaa sen alusta alkaen piirustustaululla sen pitkään ja monimutkaiseen testiohjelmaan. Tämän tiiviin tiimin osoittama kekseliäisyys, sinnikkyys ja sydän oli yhtä vaikuttavaa kuin heidän työstään syntynyt kela."

Ted Golfinopoulos, yksi MIT:n fuusioreaktorien päätutkijoista.

CFS:n arviointi

Commonwealth Fusion Systemsin saavutukset magneettiteknologiassa ovat maailmanluokkaa. Vakaa magneettinen koossapito, tokamak-reaktorin keskeinen käsite, voisi osoittautua puuttuvaksi avaimeksi ydinfuusion arvoituksen ratkaisemiseksi.

Se on joka tapauksessa erittäin arvokasta teknologiaa, ei vain fuusiosovelluksiin.

On kuitenkin hieman aikaista sanoa, kuinka optimistisia CFS:n tavoitteet ja aikajana ovat. Ydinfuusio on kenttä, joka on täynnä lupaavia prototyyppejä, jotka ovat osoittautuneet epävakaiksi tai tuottaviksi kuin toivottiin.

Joten on epäselvää, riittääkö CFS:n magneettien ylimääräinen teho luotettavan, kannattavan fuusioplasman tuottamiseen.

Esimerkkinä mahdollisista ratkaisemattomista ongelmista, tritiumia tuottava peitto reaktorin sisällä ei ehkä ole niin tuottava tai kestävä kuin odotettiin, vaikka plasman tuotanto sujuisi kitkatta. Tehon kerääminen takaisin ja sähköksi muuttaminen ilman reaktorin vaurioitumista vuosikymmenien toiminnan aikana voi myös osoittautua hankalaksi.

CFS:n ja Dominion Energyn osoittama luottamus osoittaa kuitenkin, että ydinfuusio edistyy suuresti. Yhdessä kanssa Tekoäly pystyy kehittämään uutta materiaalia tai stabiloimaan plasmaa reaaliajassa, saatamme olla vain 1–2 vuosikymmenen päässä rajattomasta halvasta energiasta, joka mahdollistaisi välittömästi massiivisen suolanpoiston, avaruustutkimuksen, sisäviljelyn jne.

Fuusioyhtiöt

Tällä hetkellä yksikään yritys, joka on sitoutunut tekemään ydinfuusion kaupallisesti kannattavaa, ei ole julkisesti listattu. Tämä sisältää helion, Yleinen fuusio, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP energiaja NEO Fusion.

Voit löytää an kattava luettelo ydinfuusioalan startupeista Dealroomin omalla sivulla.

Silti yksi pörssinoteerattu yritys on toiminut aktiivisesti fuusion alalla, ja sen konsepti on suunnattu energiantuotannosta avaruusvoimaan: Lockheed Martin.

Lockheed Martin Corporation

Yksi merkittävä poikkeus alaa hallitseviin yksityisesti noteerattuihin startup-yrityksiin on julkisesti noteerattu yritys Lockheed Martin Corporation, puolustusteollisuuden jättiläinen.

Lockheed on toiminut 2010-luvun alusta lähtien Compact Fusion, ydinfuusioreaktorin, jonka odotetaan olevan valmis 2020-luvulla. Sittemmin on kuitenkin ilmoitettu, että projektin työt keskeytettiin vuonna 2021.

Yhtiö on ollut erittäin huomaamaton tämän hankkeen suhteen ensimmäisen julkistamisen jälkeen. Toistaiseksi on epäselvää, mikä olisi saanut yrityksen luopumaan ideasta.

Samalla näyttää siltä, ​​​​että se ei täysin hylännyt konseptia, erityisesti investoimalla vuonna 2024 Helicityyn, startupiin, joka kehittää fuusiomoottoria.

Ajatuksena on kuljettaa avaruusaluksia lyhyillä fuusiopurkauksilla. Helicity aikoo käyttää plasmatykkiä, samaa lähestymistapaa kuin General Fusion. Lockheedin sisäiset tulokset ovat mahdollisesti osoittaneet, että sen suunnittelu ei pystyisi ylläpitämään fuusiota tavalla, joka olisi yhteensopiva energiantuotannon kanssa.

Mutta ehkä samaan aikaan lyhyet purkaukset riittävät avaruuden työntövoiman tarpeeseen ja ovat paljon lähempänä varsinaiseksi tuotteeksi tulemista? Se sopisi myös paremmin yhtiön yleiseen ilmailu- ja puolustuspainotteiseen profiiliin.

Sinä pystyt Lue lisää Lockheedistä, mukaan lukien sen pääasiallinen asevalmistus, marraskuussa 2024 julkaistussa raportissa.