Proxima Fusionin läpimurto tuo kaupallisen ydinfuusion lähemmäs

Energiasektorin hiilineutraalius on ratkaisevan tärkeää ilmastonmuutoksen haasteen kohtaamiseksi. Hiilineutonta energialähdettä koskeva tarve kasvaa entisestään uusien teknologioiden, kuten tekoälyn (AI), nousun myötä, jotka kuluttavat paljon energiaa.

Puhdas sähkö on vain yksi osa; kasvava energian kysyntä kohdistuu myös hiilineuttoon lämmöntuotantoon, veden suolanpoistoon ja suoraan hiilidioksidin talteenottoon ilmakehästä.

Vaikka aurinko-, tuuli- ja geotermiset uusiutuvat energialähteet yleistyvät, on olemassa vieläkin voimakkaampi vaihtoehto, joka tarjoaa korkean luotettavuuden, suuren kapasiteetin ja tasaisen toiminnan samalla suhteellisen pienen hiilijalanjäljen kanssa.

Tuo voimakas hiilineutraali energialähde on fuusiovoimalat, jotka pyrkivät kattamaan merkittävän osan maailman tulevasta puhtaan energian kysynnästä.

Fuusiovoima on keino nopeuttaa hiilineutraaliutta

Fuusio on yksi ympäristöystävällisimmistä energialähteistä, koska se ei aiheuta haitallisia ilmakehän päästöjä. Tämä tarkoittaa, että fuusio ei lisää kasvihuonekaasupäästöjä (GHG) eikä siten edistä ilmaston lämpenemistä. 

Samalla arvioiden mukaan fuusiovoiman hinta on kilpailukykyinen jo melko varhaisessa teknologisessa kehitysvaiheessa. Tutkimukset arvioivat tulevien fuusiovoimaloiden kapasiteettikustannuksia 1–10$/W, mikä johtaa fuusiovoiman kustannusarvioihin 20–100 $/MWh. 

Fuusioprosessissa kaksi kevyttä alkuainetta yhdistyy raskaammaksi ytimeksi vapauttaen valtavan määrän energiaa. Reaktiot tapahtuvat plasma-nimisessä aineen tilassa, joka on kuuma, varautunut kaasu, koostuen positiivisista ioneista ja vapaasti liikkuvista elektroneista, joilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia.

Tämä eroaa fissio-reaktiosta, jossa raskas alkuaine hajoaa fragmentteihin. Polttoaineena fuusio hyödyntää esimerkiksi vetyä ja litiumia, jotka ovat runsaita ja helposti saatavilla.

Fuusioreaktori on laite, joka käyttää ydinfuusiota sähkön tuottamiseen. ITER Tokamak on maailman suurin ja voimakkain fuusioreaktori. 

ITER on kansainvälinen ydinfuusiotutkimus- ja -insinööriprojekti, johon osallistuvat Kiina, Euroopan unioni, Intia, Japani, Korea, Venäjä ja Yhdysvallat, ja jonka tavoitteena on tuottaa energiaa fuusioprosessin avulla, joka muistuttaa Auringomme ja tähtien toimintaa.

Tämän ydinfuusion toistaminen teollisessa mittakaavassa maapallolla voi tarjota lähes rajoittamatonta puhdasta, turvallista ja edullista energiaa. Siksi jatkuvia ponnistuksia on tehty sen uudelleenluomiseksi ja sen energian hyödyntämiseksi.

Klikkaa tästä saadaksesi tietää, mikä tekee ydinfuusiosta lopullisen puhtaan energiaratkaisun.

Kaupallisesti kannattavan fuusiovoiman esittely

On kulunut useita vuosikymmeniä sen jälkeen, kun tutkijat alkoivat ymmärtää ydinfuusion teorian. Siitä lähtien laajamittaiset hankkeet ovat pyrkineet kaventamaan kuilua kohti fuusiovoimalaa käyttäen magneettista rajoitusta.

Tähän sisältyvät Yhdistyneen kuningaskunnan STEP-pallomainen tokamak-ohjelma, Yhdysvaltojen SPARC-tokamak, Kiinan CFETR sekä tokamak ITER.

Vaikka tokamakit on nähty lupaavimpana polkuna fuusiovoimalaan, ne kohtaavat haasteita plasmahäiriöherkkyytensä vuoksi. Tämä asettaa merkittävän haasteen kaupallisesti kannattavalle toiminnalle. Tämän vuoksi tutkimusta tehdään ennustamisen ja lieventämisen menetelmien avulla. Kuitenkaan tähän mennessä ei ole ollut kokeellisia demonstraatioita, jotka osoittaisivat voimalan toteutettavuutta.

Saksalaisen startup-yrityksen Proxima Fusion tutkimuspaperi osoittaa ensimmäisen kvasi-isodynaamisen (QI) stellaratorin, jossa on alhaiset nopeiden hiukkasten menetykset. Uskotaan, että fuusioreaktorin suunnittelu tarjoaa nopeimman reitin kaupallisesti kannattavaan fuusiovoimaan.

Nimeltään Stellaris, sen on suunniteltu toimimaan jatkuvassa tilassa ja olemaan sisäisesti vakaa, sanoi Proximan perustaja ja toimitusjohtaja Francesco Sciortino. \”Mikään muu fuusiovoimalan suunnitelma ei ole vielä osoittautunut kykeneväksi siihen.\”

Vaikka stellaratorit ovat samankaltaisia tokamakien kanssa energian rajoitusominaisuuksien osalta, niiden suunnittelu välttää ongelmalliset virtaan perustuvat plasmahäiriöt. Näillä stellaratoreilla, joilla ei ole nettotorodaalista virtaa plasmassa, on kyky toimia tasavirrassa. Tämä tarkoittaa, että ne vähentävät sisäisesti lämpö- ja mekaanisten komponenttien väsymystä ja poistavat tarpeen kalliille plasma-virran ohjausjärjestelmälle.

Näin ollen stellaratoreilla on useita etuja tokamakeihin verrattuna, kuten suurempi vakaus ja alhaisempi energiantarve. Stellaratoreiden Greenwaldin kaltaisen tiheysrajan puuttuminen puolestaan mahdollistaa merkittävästi korkeammat tiheydet, mikä on hyödyllistä fuusiovoiman suotuisan skaalautuvuuden vuoksi polttoaineen tiheyden kanssa.

Nykyään QI-stellarator on erityisen lupaava reaktorisovelluksiin sen sisäisesti vähäisten itseindusoituvien virtojen vuoksi. Tutkitun stellaratorivalikoiman joukossa modulaarinen, matalan leikkauksen QI-stellarator saavuttaa korkein teknologinen valmiustaso, jota tutkitaan maailman suurimmassa stellaratorissa, Wendelstein 7‑X:ssä. Se on yli 1,3 miljardia euroa rahoituksen tulos, jonka on myöntänyt Saksan liittovaltion hallitus ja Euroopan unioni.

W7‑X aloitti toiminnan kymmenen vuotta sitten, mutta saavutti täyden suunnitteluspesifikaationssa vasta muutama vuosi sitten. W7‑X:n kokeet ovat nyt vähentäneet neoklassista kuljetusta tasolle, jossa turbulenssi on pääasiallinen lämmön kuljetuksen aiheuttaja plasmassa.

Tämä tarkoittaa, että optimoituja stellaratoreita voidaan nyt suunnitella saavuttamaan neoklassisen kuljetuksen tasot, jotka ovat samankaltaisia kuin tokamakien. Tämän seurauksena optimoidut stellaratorit ovat periaatteessa rajoitettuja samoilla fysikaalisilla rajoitteilla kuin tokamakit, samalla säilyttäen stellaratoreiden keskeisen vakauden.

Kuitenkin, vaikka Wendelstein 7‑X kehitetään tutkimustarkoituksiin ja se sijaitsee Max Planck -plasmafysiikan instituutissa (IPP) Saksassa, Stellaris voisi jonain päivänä syöttää sähköverkkoa.

IPP on stellaratorien optimoinnin edelläkävijä. Viime vuosina olemme pystyneet suunnittelemaan stellaratoreita, joiden fysiikan ominaisuudet ennustetaan tarjoavan ennennäkemättömän suorituskyvyn. Tämä jättää edelleen monia teknologisia ja insinöörihaasteita, ongelmia, joihin Proxima Fusion on rohkeasti tarttunut yhteistyössä IPP:n kanssa tässä ainutlaatuisessa tutkimuksessa,\” sanoi professori tohtori Per Helander, Stellarator Theory -osaston johtaja Max Planck IPP:ssä. \”Tämä on tärkeä ja välttämätön työ fuusiovoimalan polulla, jonka toivomme nopeutuvan tämän yhteistyön avulla.\”

Suunnitelma toteutuu Proximan ensimmäisen demonstraattorin avulla, jonka odotetaan valmistuvan kuudessa vuodessa. Demo‑stellarator Alpha on ensimmäinen koskaan rakennettu fuusilaitos, joka osoittaa nettosähkön tuotannon tasavirrassa.

Tämä luo perustan yhtiön ensimmäiselle 1 GW fuusireaktoriin, jonka toivotaan käynnistyvän 2030‑luvulla.

Tekoälyn hyödyntäminen suurimman haasteen ratkaisemiseksi

Max Planck -plasmafysiikan instituutista irtautunut, Münchenissä toimiva Proxima keräsi viime kesänä 20 miljoonaa euroa rahoitusta rakentaakseen ensimmäisen sukupolven fuusiovoimaloita, jotka perustuvat QI‑stellaratoreihin ja korkean lämpötilan suprajohtimiin, ja muuttaakseen fuusion kannattavaksi liiketoiminnaksi.

Ennakoitu ja ylitäytetty siemenkierros johti sveitsiläinen riskipääomayritys Redalpine, johon osallistui Saksan hallituksen tukema DeepTech & Climate Fonds, Baijerilaisen hallituksen tukema Bayern Kapital ja Max Planck -säätiö.

Sen nykyiset sijoittajat, kuten Tomorrow Fund, Wilbe, High‑Tech Gründerfonds, UVC Partners ja Plural, vahvistivat myös siemenrahoituksensa.

Kuten olemme tarkentaneet, Proxima Fusionin keskittyminen on QI‑stellaratorit, joiden uskotaan tarjoavan turvallisen, hiilineutraalin ja käytännössä rajattoman energialähteen. Stellarator on rengas magneeteista, joka muistuttaa donitsia. Nämä magneetit on tarkasti sijoitettu ja ne pystyvät rajoittamaan plasmaa.

Silloin yhtiö totesi, että stellaratorien optimoinnin tulokset ovat mullistaneet ydinfuusion alaa, mahdollistaen haasteiden kohtaamisen insinööri‑ ja simulaatiokeskeisellä lähestymistavalla, joka hyödyntää kehittynyttä laskentaa.

Laskentatehon kehittyminen mahdollistaa Proxima Fusionin suurimman haasteen, stellaratoreiden suunnittelu‑ ja rakennuskompleksisuuden, ratkaisemisen. Tämä monimutkaisuus oli se, mikä sai tutkijat valitsemaan tokamakin 1960‑luvuilla.

Kuitenkin tekoälysupertietokoneet auttavat nyt Proximan tiimiä, johon kuuluu insinöörejä Googlelta, SpaceX:ltä, Teslalta, MIT:ltä ja McLaren Formula‑1:ltä, rakentamaan fuusioreaktorin suunnitelmaa.

Tekoäly mahdollistaa yhtiön nopean iteroinnin parhaiden fuusioreaktorisuunnitelmien välillä keskeisten parametrien, kuten kustannusten, tehokkuuden ja materiaalien saatavuuden, perusteella. Tämä poistaa tarpeen rakentaa useita prototyyppejä, jolloin Proxima voi aloittaa toimivan demonstraattorin rakentamisen heti. Sciortinon mukaan:

\”Monimutkaisen geometrian ja sen seurauksien ymmärtäminen on kaiken keskiössä stellaratoreissa. Tekoäly auttaa Proximaa löytämään malleja, jotka johtavat yksinkertaisempiin, nopeampiin ja edullisempiin suunnitelmiin.\” 

Stellaris on suunniteltu tuottamaan enemmän tehoa per tilavuusyksikkö kuin mikään muu stellarator. Tätä varten käytetään korkean lämpötilan suprajohtavia (HTS) magneetteja vahvempien magneettikenttien luomiseksi. Tämä ei ainoastaan mahdollista koon pienentämistä, vaan myös tehokkaampia, kustannustehokkaampia ja nopeammin rakennettavia reaktoreita. 

Yhtiö käyttää myös vain olemassa olevia materiaaleja, mikä tarkoittaa, että reaktorit voidaan rakentaa saatavilla olevien toimitusketjujen avulla.

\”Ensimmäistä kertaa osoitamme, että QI‑HTS‑stellaratoreihin perustuvat fuusiovoimalat ovat mahdollisia. Stellaris‑suunnittelu kattaa poikkeuksellisen laajan fysiikan ja insinöörianalyysin yhdessä yhtenäisessä suunnitelmassa. Saadaksemme fuusiovoiman todellisuudeksi, meidän on nyt siirryttävä täyteen insinöörisuunnitteluun ja jatkettava mahdollistavien teknologioiden kehittämistä.\”

– Dr. Jorrit Lion, Proxima Fusionin perustaja ja päätutkija

Kaikkien näiden tulosten myötä Ian Hogarth, Pluralin kumppani, totesi, että Proxima on todistanut tavoitteensa Stellaris‑positioinnilla:

\”QI‑HTS‑stellaratorit johtavana teknologiana globaalissa kilpailussa kaupalliseen fuusioon.\”

Yhtiö suunnittelee Stellarator Model Coil (SMC) -demo­magneettia vuodelle 2027, jonka tarkoituksena on testata ja vahvistaa reaktorissa käytettyjen kelojen teknologiaa, osoittaen HTS‑materiaalien toteutettavuuden näin monimutkaisessa magneettikelkijärjestelmässä. Tämä poistaa täysin HTS‑teknologian riskit ennen täysikokoisen stellaratorilaitteen, kuten \”Alpha\”, rakentamista, jonka odotetaan saavuttavan nettotuoton fuusiosta.

\”Kasvavien globaalien energiatarpeiden ja Euroopan energiaturvallisuuden kasvavan tarpeen myötä rajattoman puhtaan energian vapauttaminen fuusion avulla ei ole koskaan ollut näin kiireellistä, ja Proxima on sitoutunut johtamaan Eurooppaa fuusiovoiman tulevaisuuteen.\”

– Sciortino

Klikkaa tästä saadaksesi tietää, miten tekoäly auttaa parantamaan ydinfuusiota.

Suuri ydinvoiman työntö suurten teknologiayritysten keskuudessa

Mielenkiintoista on, että eivät vain pienet yksityiset yritykset vaan myös suuret julkiset organisaatiot tekevät edistysaskeleita alalla. Vaikka ne sijoittavat fuusiovoimaloihin, niiden painopiste on pääasiassa pienissä modulaarisissa reaktoreissa (SMR), jotka eivät ole fuusiovoimaloita vaan ydinfissio‑reaktoreita. Nämä SMR:t eivät ainoastaan tule nopeasti käyttöön, koska niiden rakentaminen vie vähemmän aikaa, vaan ne ovat myös tehokkaampia kuin suurikokoiset ydinreaktorit, joita ohjaa tekoälyhulluus.

Koska niitä pidetään tulevaisuuden talouskasvun merkittävänä ajurina, sekä yksityinen sektori että hallitukset ovat investoineet miljardeja dollareita fuusiovoimalojen tutkimukseen, sillä ne ovat edelleen tutkimusvaiheessa eikä niitä ole vielä julkistettu.

Ydinfuusiota on tutkittu noin 75 vuotta, eikä siitä silti ole syntynyt merkittävää nettotuottoa. Cathie Woodin Ark Investin Big Ideas for 2025 -raportin mukaan, vaikka yksityiset fuusioyritykset lupaavat läpimurtoja seuraavien vuosien aikana, \”kaupallistuminen voi viedä vielä noin 15 vuotta.\”

1. Microsoft (MSFT )

Viime vuonna syyskuussa Microsoft solmi sopimuksen Constellation Energy (CEG ) kanssa Three Mile Island -ydinvoimalan uudelleenkäynnistämiseksi, jotta teknologiayritys voisi täyttää kasvavan energiantarpeensa. Laitos suljettiin vuonna 2019, mutta se avataan uudelleen vuonna 2028 ja on toiminnassa vähintään vuoteen 2054.

“Tämä päätös on voimakkain symboli ydinvoiman uudelleensyntymästä puhtaana ja luotettavana energialähteenä,” sanoi Joe Dominguez, Constellation Energy Corp. (CEG) -yrityksen toimitusjohtaja, jonka markkina‑arvo on 75,7 bln dollaria ja jonka osakkeet kaupankäyvät tällä hetkellä 241,65 dollaria, 7,65 % nousua vuoden alusta.

Yhdysvaltojen suurin hiilineutraalin energian tuottaja, Constellation, operoi ydinvoimalojen laivastoa. Three Mile Islandin uudelleenkäynnistys tuottaa yli 800 MW:n kapasiteetin, jonka Microsoft ostaa 20‑vuotisen sähkön toimitussopimuksen mukaisesti.

Tämän lisäksi Microsoftilla on sopimus Helionin kanssa ostaa sähköä sen ensimmäisestä fuusiovoimalasta, kun se alkaa tuottaa sähköä vuonna 2028.

Markkina‑arvon ollessa 2,95 triljoonaa dollaria, MSFT‑osakkeet kaupankäyvät tällä hetkellä 398,60 dollaria, 5,81 % laskua. Yhtiö maksaa osinkotuoton 0,84 %. Vuoden 2024 neljännen neljänneksen osalta yhtiö raportoi liikevaihdoksi 69,63 miljardia dollaria, 12,3 % vuotuinen kasvu, ja osakekohtainen tulos (EPS) oli 3,23 dollaria.

Microsoft johtaa tekoälyn kaupallistamisessa, sillä sen tekoälyliiketoiminta saavutti tänä vuonna 13 miljardia dollaria vuositason liikevaihtoa. Tämä on kiitos tiiviin yhteistyön ChatGPT:n tekijän OpenAI:n kanssa. Yhtiö julkaisi myös Copilot‑brändätyt tekoälyavustajat viime vuonna.

2. Google (GOOGL )

Google on tehnyt yhteistyötä Kairos Powerin kanssa jopa seitsemän SMR:n osalta, joiden kokonaiskapasiteetti on 500 megawattia. Tämä auttaa seitsemän vuotta vanhaa startupia saamaan ensimmäisen kaupallisen reaktorinsa käyttöön tämän neljänneksen loppuun mennessä ja lisää reaktoreita vuoteen 2035 mennessä. Kairos on myös saanut 300 miljoonaa dollaria rahoitusta Yhdysvaltain energiaministeriöltä Hermes‑projektiinsa, joka on ydinreaktorin demonstraatiolaitos.

Kutsuen tätä sopimusta “merkittäväksi”, Google‑energia‑ ja ilmastotoimialan vanhempi johtaja Michael Terrell sanoi:

“Uskomme, että ydinvoima voi näytellä tärkeää roolia auttaen meitä täyttämään kysyntämme, ja tekemään sen puhtaasti ja vuorokauden ympäri.”

Puhtaan kasvun tukemisen lisäksi Terrel uskoo, että ydinenergia auttaa heitä “saavuttamaan tekoälyn edistymisen”. Lisäksi, jos nämä projektit laajenevat maailmanlaajuisesti, ne voivat auttaa Googlea “tuottamaan valtavia hyötyjä yhteisöille ja sähköverkoille ympäri maailmaa,” hän lisäsi.

Lisäksi Google on myös sijoittanut TAE Technologiesiin, yritykseen, joka toimi vuosia salassa ja on kerännyt yli miljardi dollaria fuusiovoiman kehittämiseen. Google on ollut yhteistyössä TAE:n kanssa vuodesta 2014.

Markkina‑arvon ollessa 2,08 triljoonaa dollaria, GOOGL‑osakkeet kaupankäyvät tällä hetkellä 171,65 dollaria, 10,05 % laskua. Yhtiö maksaa osinkotuoton 0,47 %. Vuoden 2024 neljännen neljänneksen osalta sen emoyhtiö Alphabet raportoi liikevaihdoksi 96,47 miljardia dollaria ja osakekohtaiseksi tulokseksi (EPS) 2,15 dollaria.

Yhtiö raportoi liikevaihdokseen 11,96 miljardia dollaria, jonka on ajanut tekoälybuumi, vaikka se edelleen jää Microsoftin ja Amazonin jälkeen. Se ennustaa 75 miljardia dollaria pääomamenoja tänä vuonna, mikä johtuu datakeskusten ja tekoälyinfrastruktuurin rakentamisesta.

Johtopäätös

Kiinnostus ydinenergiaan, sekä fuusioon että fissioon, on kasvussa, kun maailma etsii puhdasta, luotettavaa energialähdettä kasvavien energiatarpeiden, tekoälyhankkeiden tukemiseen ja kunnianhimoisten net‑zero‑hiilidioksiditavoitteiden saavuttamiseen.

Fuusiovoiman osalta historiallisesti tokamakit ovat olleet magneettisen rajoituksen laitteita fuusioreaktoreissa. Vaikka ne pitävät plasman kuumana, stellaratorit saavat nyt huomiota niiden kyvyn vuoksi pitää plasma vakaana. Kun tekoäly ratkaisee stellaratoreiden suurimman haasteen — monimutkaisuuden — ne voivat nousta tulevaisuuden fuusiovoimalan ensisijaiseksi vaihtoehdoksi.

Tässä Proxima Fusion johtaa kohti kaupallisesti kannattavaa ratkaisua hyödyntäen tekoälypohjaista suunnittelua, korkean lämpötilan suprajohtimia ja stellaratoriteknologiaa. Ensimmäisen demonstraattorin odotetaan valmistuvan kuudessa vuodessa ja 1 GW fuusireaktorin suunnitelmat 2030‑luvuilla asettavat Proximalle uudet standardit kilpailussa rajattoman, hiilineutraalin energialähteen avaamiseksi.

Kun globaalit energiatarpeet kasvavat ja hiilineutraaliuden kiire kasvaa, fuusio on nopeasti nousemassa konkreettiseksi todellisuudeksi!

Klikkaa tästä saadaksesi tietää ensimmäisestä julkistetusta kaupallisesta ydinfuusioprojektista.

Stud

y Reference:

1. Lion, J., Anglès, J.-C., Bonauer, L., ym. (2025). Stellaris: Korkeakenttäinen kvasi‑isodynaaminen stellarator prototyyppisen fuusiovoimalan varten. Fusion Engineering and Design, In Press, Corrected Proof, 114868. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2025.114868