Energia
Ensimmäinen kaupallinen ydinfuusioprojekti ilmoitettu
Lisää Securities.io suosikkilähteisiisi Google-palvelussa
Fuusio, Äärimmäinen energialähde
Kun vakaat, luotettavat, edulliset ja hiilineutraalit energialähteet tulevat yhä kiireellisemmäksi kysymykseksi, kaikki katseet ovat kohdistuneet ydinratkaisuihin.
Tämä sisältää ydinhalkeaman, eli raskaiden atomien kuten uraanin, toriumin tai plutoniumin jakamisen. Tämä teknologia tekee dramaattisen paluun on hiilen ja kaasun voimalaitosten poistumisen taustalla, huolimatta peruskuormituksen sähköntuotannon tarpeesta sekä liikenteen, lämmityksen ja teollisuuden sähköistymisen trendeistä.
Se ei kuitenkaan ole ongelmaton, jopa kehittyneemmille neljännen sukupolven ydinvoimaloille. Merkittävintä on, että se edelleen vaatii erittäin radioaktiivisten materiaalien käsittelyä, mistä yleisö on edelleen varovainen eikä sitä koskaan voida täysin ympäristönä neutraaliksi tehdä.
Tämän takia tutkijat ovat tarkastelleet ydinfuusion lupauksia, joissa atomit kuten vety yhdistyvät – sama ilmiö, joka antaa voimaa Auringolle.
Lähde: Nature
Tämä käyttäisi polttoainetta, joka on universumin yleisin alkuaine, ja tuottaisi vain harmitonta heliumia tai litiumia. Se olisi myös niin voimakas, että se tekisi käytännössä äärettömän energian saataville, ilman räjähdyksen tai hallitsemattoman ketjureaktion riskiä.
Ongelma on, että vaadittujen olosuhteiden tuottaminen on niin vaikeaa, että mikään fuusioreaktori ei ole tähän mennessä päässyt lähelle kaupallistamista.
Tämä saattaa muuttua alle vuosikymmenessä, ainakin Commonwealth Fusion Systems (CFS) -yrityksen mukaan. Yritys on juuri ilmoittanut siirtyvänsä kohti ensimmäisen kaupallisen fuusioreaktorin rakentamista Virginiassa.
CFS-reaktoriprojekti
Commonwealth Fusion Systems pyrkii ARC-reaktorillaan tuottamaan 400 MW Virginian sähköverkkoon, mikä riittää 150 000 kodin sähkötarpeeseen.
Tämä on radikaali edistysaskel ydinfuusion alalla, sillä aiemmin ensimmäisen mittakaavassa skaalautuvan reaktorin odotettiin olevan 20–30 vuoden päässä. Jopa massiivinen kansainvälinen hanke ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ei odoteta valmistuvan ennen vuotta 2039.
Verrattuna tähän, CFS-reaktori on suunniteltu rakennettavaksi energianyhtiö Dominionin omistamalle alueelle (D ). He näkevät sen toteutettavissa jo varhaisina 2030‑lukuina.
“Asiakkaidemme kasvavat tarpeet luotettavalle hiilineulotteiselle energialle hyötyvät mahdollisimman monipuolisesta sähköntuotantovalikoimasta, ja tässä hengessä olemme iloisia voidessamme tukea CFS:ää heidän pyrkimyksissään.”
Edward H Baine – Dominion presidentti
Commonwealth Fusion Systems
CFS-teknologia
Jotta voimme ymmärtää, kuinka realistinen tämä hanke on, täytyy tarkastella CFS:n historiaa. Yritys spin-off MIT:stä vuonna 2018 ja on sen jälkeen kerännyt 2 miljardia dollaria, erityisesti italialaiselta öljyjättiläiseltä Eniltä. CFS kehittää fuusioreaktoria, joka perustuu “klassiseen” tokamak‑suunnitteluun, jossa plasma muodostuu toruksessa (donitsin muoto).
Lähde: DOE
(Voit lukea lisää ydinfuusiosta ja eri reaktorimuodoista artikkelissa “Ydinfuusio – Äärimmäinen puhdas energiaratkaisu horisontissa” sekä supravodivuodesta artikkelissa “Edistysaskeleita supravodivuodessa, jotka avaavat tien uudelle teknologiselle vallankumoukselle”.
CFS käyttää korkealämpötilaisia supravodimagneetteja (HTS) yhteistyössä MIT:n kanssa. Ne hallitsevat ja puristavat deuterium‑tritium‑plasmaa luodakseen ydinfuusiota.
Nestemäinen “peitto” kerää energian lämmönä, jonka jälkeen se siirretään veteen, joka pyörittää höyryturbiinia ja tuottaa sähköä. Deuterium on lähes kaikkialla saatavilla ja voidaan suodattaa merivedestä, kun taas ARC‑peitot tuottavat luonnollisesti tritiumia.
Vuonna 2021 se kehitti 20 teslan HTS‑magneetin, mikä on 100–1 000‑kertainen parannus aiempaan magneettisuoritukseen ja suurin koskaan rakennettu.
Nämä magnetit on nyt koottu uuteen, ennätyksellisen suunniteltuun rakenteeseen, jota kutsutaan Central Solenoid Model Coil (CSMC). Vuonna 2024 yritys julkaisi myös teknologiansa korkean virrantiheyden, korkean lämpötilan supravodikablolle, joka syöttää virtaa näihin magneetteihin.
Polttoaineen käyttö on erittäin kompaktia, kuten kaikissa ydinfuusioteknologioissa:
“Koska tarvitaan vain pieniä määriä, ARC‑polttoainetta riittää 30 vuotta yhdellä kuormalla, kun uusi tehdas avataan, ilman hintamuutosten riskiä pitkällä aikavälillä eikä riippuvuutta maailmanlaajuisista toimitusketjuista.”
Tulevat reaktorisarjat
HTS‑magneetteja käytetään rakentamaan SPARC, jonka tavoitteena on olla ensimmäinen nettotuottoinen fuusioreaktori, eli tuottaa enemmän energiaa fuusiosta kuin kuluttaa sytyttämällä vetyplasmaa.
SPARC on jo rakennusvaiheessa CFS:n kampuksella Massachusettsissa, mutta se ei ole vielä tuottanut ensimmäistä plasmaa.
Lähde: CFS
Jos SPARC‑demonstratori sujuu hyvin, seuraava askel on ARC, joka rakennetaan Virginiassa.
Lähde: CFS
Kun SPARC testaa teknologiaa, ARC testaa suunnitelman taloudellisuutta. Jokainen ARC on kooltaan suurkauppakeskuksen verran ja tarvitsee samanlaiset tilat.
Lähde: CFS
Seuraava askel on ARC:n massatuotanto, jonka tavoitteena on alentaa valmistuskustannuksia ja jakaa R&D‑kustannuksia laajemmalle.
Vakavat suositukset
CFS:n tukijoina eivät ole ainoastaan Dominion ja Eni, vaan myös Ison-Britannian ydinenergia‑virasto, jonka kanssa se solmi viisivuotisen yhteistyösopimuksen vuonna 2022.
CFS:n tutkimusponnistuksia rahoittivat Yhdysvaltain energiaministeriön kaksi ohjelmaa: Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) ja Fusion Energy Sciences (FES).
MIT:n asiantuntijat ovat myös tiiviisti mukana CFS:ssä:
“Kun TFMC:n tehtävänä oli osoittaa tasainen vahvuus, CSMC:n piti osoittaa nopeus.”
Satojen käsien on koskettanut tätä käämiä sen suunnittelusta piirustuspöydällä pitkään ja monimutkaiseen testiohjelmaan. Tämä tiiviisti yhteen sidottu tiimi on osoittanut keksintökykyä, sinnikkyyttä ja sydäntä, jotka ovat yhtä vaikuttavia kuin itse käämi, joka syntyi heidän ponnisteluistaan.”
Ted Golfinopoulos, yksi MIT:n fuusioreaktoreiden päätutkijoista.
CFS:n arviointi
Commonwealth Fusion Systemsin saavutukset magneettiteknologiassa ovat maailmanluokkaa. Vakaa magneettikontrolli, tokamak‑reaktorin keskeinen käsite, saattaa osoittautua puuttuvaksi avaimeksi ydinfuusion pulman ratkaisemisessa.
Se on kuitenkin jokaisessa tapauksessa erittäin arvokas teknologia, ei pelkästään fuusiokäyttöön.
On kuitenkin hieman liian aikaista sanoa, kuinka optimistisia CFS:n tavoitteet ja aikataulu ovat. Ydinfuusio on ala, jossa lupaavat prototyypit ovat usein osoittautuneet vähemmän vakaina tai tuottavina kuin odotettiin.
Siispä on epäselvää, riittääkö CFS:n magneettien lisäteho luotettavan, kannattavan fuusioplasman tuottamiseen.
Mahdollisten ratkaisemattomien ongelmien esimerkkinä reaktorin sisäinen tritiumia tuottava peitto ei välttämättä ole niin tuottava tai kestävä kuin odotettiin, vaikka plasmaa tuotettaisiin sujuvasti. Sähkön kerääminen takaisin ja sen muuntaminen sähköksi ilman reaktorin vaurioitumista vuosikymmenten toiminnan aikana saattaa myös osoittautua haastavaksi.
CFS:n ja Dominion Energyn osoittama luottamus kuitenkin osoittaa, että ydinfuusio tekee suurta edistystä. Yhdessä tekoälyn kanssa, joka pystyy kehittämään uutta materiaalia tai vakauttamaan plasmaa reaaliajassa, voimme olla vain 1–2 vuosikymmenen päässä rajoittamattomasta edullisesta energiasta, jonka avulla voitaisiin heti toteuttaa laajamittaista vedenpuhdistusta, avaruustutkimusta, sisätilojen viljelyä ym.
Fuusiayritykset
Tällä hetkellä mikään yritys, joka keskittyy yksinomaan ydinfuusion kaupalliseen toteuttamiseen, ei ole listattuna pörssissä. Näihin kuuluvat Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, ja NEO Fusion.
Voit löytää laajan listan fuusiotilassa toimivista startup-yrityksistä Dealroomin omistettavalta sivulta.
Silti yksi listattu yritys on ollut aktiivinen fuusiokentällä, ja on ohjannut konseptinsa energian tuotannosta avaruuspropulsioon: Lockheed Martin (LMT ).
LMT Hintakaavio
Yksi merkittävä poikkeus yksityisesti listattuihin startup-yrityksiin, jotka hallitsevat alaa, on listattu yhtiö Lockheed Martin Corporation, puolustusalan jättiläinen.
Lockheed on työskennellyt 2010‑luvun alusta Compact Fusion -nimisen ydinfuusioreaktorin parissa, jonka odotettiin olevan valmis 2020‑luvun aikana. Kuitenkin on sen jälkeen ilmoitettu, että projekti lopetettiin vuonna 2021.
Yhtiö on ollut erittäin hiljainen tämän projektin suhteen alkuperäisen julkisen ilmoituksen jälkeen. Tähän mennessä on epäselvää, mikä olisi saanut yhtiön hylkäämään idean.
Samaan aikaan näyttää siltä, ettei konseptia ole täysin hylätty, erityisesti vuoden 2024 investointien myötä Helicityyn, startupiin, joka kehittää fuusiomoottoria.
Ideana on propuloida avaruusaluksia lyhyillä fuusiopurskeilla. Helicity aikoo käyttää plasma‑guntaa, samaa lähestymistapaa kuin General Fusion. Mahdollisesti Lockheedin sisäiset tulokset ovat osoittaneet, että sen suunnittelu ei pysty ylläpitämään fuusiota tavalla, joka olisi yhteensopiva energian tuotannon kanssa.
Mutta ehkä, samanaikaisesti, riittävätkö lyhyet purskeet avaruuspropulsioon ja ovatko ne paljon lähempänä todellista tuotetta? Se olisi myös parempi sopivuus yhtiön kokonaisvaltaiseen ilmailu‑ ja puolustuskeskittyneeseen profiiliin.
