पहला व्यावसायिक परमाणु फ्यूजन प्रोजेक्ट घोषित किया गया

फ्यूजन, अंतिम ऊर्जा स्रोत

जैसे-जैसे स्थिर, विश्वसनीय, सस्ती और कार्बन-न्यूट्रल ऊर्जा आपूर्ति एक बढ़ती हुई तात्कालिक समस्या बन रही है, सभी की नजरें परमाणु समाधान पर टिकी हैं।

इसमें परमाणु विखंडन शामिल है, यानी यूरेनियम, थोरियम या प्लूटोनियम जैसे भारी परमाणुओं का विभाजन। यह तकनीक एक नाटकीय वापसी कर रही है कोयला और गैस पावर प्लांटों को चरणबद्ध रूप से बंद करने के बाद, बेसलोड पावर जेनरेशन की आवश्यकता और परिवहन, हीटिंग और औद्योगिक उत्पादन के विद्युतिकरण के रुझानों के बावजूद।

यह, हालांकि, समस्याओं से मुक्त नहीं है, भले ही अधिक उन्नत 4th generation के परमाणु पावर प्लांट्स के लिए भी. सबसे उल्लेखनीय, यह अभी भी अत्यधिक रेडियोधर्मी पदार्थों के संभाल को शामिल करता है, जिससे जनता अभी भी सतर्क है और यह कभी पूरी तरह पर्यावरणीय रूप से तटस्थ नहीं होगा।

इसीलिए वैज्ञानिक परमाणु फ्यूजन के वादों की ओर देख रहे हैं, जो हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं को मिलाते हैं, वही प्रक्रिया जो सूर्य को ऊर्जा देती है।

स्रोत: Nature

यह ईंधन का उपयोग करेगा जो ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर तत्व है और केवल हानिरहित हीलियम या लिथियम उत्पन्न करेगा। यह इतना शक्तिशाली भी होगा कि लगभग अनंत ऊर्जा उपलब्ध कराए, बिना किसी विस्फोट या अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया के जोखिम के।

समस्या यह है कि आवश्यक परिस्थितियों को उत्पन्न करना इतना कठिन है कि अब तक कोई भी फ्यूजन रिएक्टर व्यावसायीकरण के करीब नहीं आया है।

यह एक दशक से भी कम समय में बदल सकता है, कम से कम Commonwealth Fusion Systems (CFS) के अनुसार। कंपनी ने अभी घोषणा की है कि वह वर्जीनिया में पहला व्यावसायिक फ्यूजन रिएक्टर बनाने की दिशा में बढ़ रही है.

CFS रिएक्टर प्रोजेक्ट

Commonwealth Fusion Systems अपने ARC रिएक्टर को वर्जीनिया की पावर ग्रिड के लिए 400 मेगावॉट उत्पन्न करने का लक्ष्य रख रहा है, जो 150,000 घरों को बिजली प्रदान करने के लिए पर्याप्त है।

यह परमाणु फ्यूजन के क्षेत्र में एक क्रांतिकारी प्रगति है, क्योंकि हमेशा ऐसा लगता रहा है कि पहला स्केल-अप रिएक्टर 20-30 साल दूर है। यहाँ तक कि विशाल अंतरराष्ट्रीय परियोजना ITER (इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) भी 2039 से पहले पूरी होने की उम्मीद नहीं है।

इसके विपरीत, CFS रिएक्टर को ऊर्जा कंपनी डोमिनियन द्वारा स्वामित्व वाली साइट पर बनाया जाने की योजना है (D )। वे इसे शुरुआती 2030 के दशक में संभव मानते हैं।

“हमारे ग्राहकों की बढ़ती विश्वसनीय कार्बन‑मुक्त पावर की जरूरतों को यथासंभव विविध पावर जेनरेशन विकल्पों से लाभ मिलता है, और इस भावना में, हम CFS को उनके प्रयासों में सहायता करने के लिए प्रसन्न हैं।”
Edward H Baine – Dominion president

Commonwealth Fusion Systems

CFS तकनीक

यह समझने के लिए कि यह प्रोजेक्ट कितना वास्तविक है, हमें CFS के इतिहास को देखना होगा। कंपनी को 2018 में MIT से अलग किया गया था और तब से उसने $2 बिलियन जुटाए हैं, विशेष रूप से इटालियन तेल दिग्गज Eni से। CFS एक फ्यूजन रिएक्टर विकसित कर रहा है जो “क्लासिक” टोकामाक डिजाइन पर आधारित है, जो टोरस (डोनट आकार) में प्लाज़्मा बनाता है।

स्रोत: DOE

(आप नाभिकीय फ्यूजन और विभिन्न रिएक्टर डिज़ाइनों के बारे में अधिक जान सकते हैं “न्यूक्लियर फ्यूजन – क्षितिज पर अंतिम स्वच्छ ऊर्जा समाधान” और सुपरकंडक्टिविटी में “सुपरकंडक्टिविटी में प्रगति, नई तकनीकी क्रांति के लिए मार्ग बनाते हुए”)

CFS MIT के सहयोग से विकसित हाई‑टेम्परेचर सुपरकंडक्टिंग (HTS) मैग्नेट्स का उपयोग करता है। वे ड्यूटेरियम‑ट्रिटियम प्लाज़्मा को नियंत्रित और संकुचित करेंगे ताकि नाभिकीय फ्यूजन बनाया जा सके।

एक तरल “ब्लैंकट” उस ऊर्जा को गर्मी के रूप में पकड़ता है, फिर इसे पानी में स्थानांतरित करता है जो स्टीम टरबाइन को चलाकर बिजली उत्पन्न करता है। ड्यूटेरियम लगभग हर जगह उपलब्ध है और समुद्री जल से फ़िल्टर किया जा सकता है, जबकि ARC ब्लैंकट स्वाभाविक रूप से ट्रिटियम उत्पन्न करेंगे।

2021 में, इसने 20 टेस्ला HTS मैग्नेट विकसित किया।

ये मैग्नेट अब एक नई, रिकॉर्ड‑तोड़ डिजाइन में असेंबल किए गए हैं जिसे Central Solenoid Model Coil (CSMC) कहा जाता है। 2024 में, कंपनी ने इन मैग्नेट्स को शक्ति प्रदान करने वाले उच्च‑करंट‑डेंसिटी, हाई‑टेम्परेचर सुपरकंडक्टिंग केबल की अपनी तकनीक भी प्रकाशित की।

ईंधन उपयोग सभी नाभिकीय फ्यूजन तकनीकों की तरह बहुत कॉम्पैक्ट होगा:

“क्योंकि केवल छोटी मात्रा की आवश्यकता होती है, एक नए प्लांट के खुलने पर ARC ईंधन के 30 साल की आपूर्ति एक ही ट्रक द्वारा दी जा सकती है, जिससे भविष्य में मूल्य परिवर्तन का जोखिम नहीं और वैश्विक रूप से जटिल आपूर्ति श्रृंखलाओं से कोई जुड़ाव नहीं रहता।”

आगामी रिएक्टर श्रृंखला

HTS मैग्नेट्स का उपयोग SPARC बनाने में किया जाएगा, जिसका लक्ष्य पहला नेट‑एनर्जी फ्यूजन रिएक्टर होना है, अर्थात यह हाइड्रोजन प्लाज़्मा को प्रज्वलित करके फ्यूजन से अधिक ऊर्जा उत्पन्न करेगा जितनी वह खर्च करता है।

SPARC पहले से ही मैसाचुसेट्स में CFS के कैंपस पर निर्माणाधीन है लेकिन अभी तक अपनी पहली प्लाज़्मा उत्पन्न नहीं कर पाया है।

स्रोत: CFS

यदि SPARC डेमॉन्स्ट्रेटर के साथ सब कुछ ठीक चलता है, तो वर्जीनिया में निर्मित ARC अगला कदम होगा।

स्रोत: CFS

जबकि SPARC तकनीक का परीक्षण करने के लिए है, ARC डिजाइन की आर्थिकता का परीक्षण करने के लिए होगा। प्रत्येक ARC एक बड़े-बॉक्स स्टोर के आकार का होगा और समान साइट आवश्यकताएँ रखेगा।

स्रोत: CFS

अगला कदम ARC का बड़े पैमाने पर उत्पादन करना है, जिसका लक्ष्य निर्माण लागत को कम करना और R&D लागत को वितरित करना है।

गंभीर समर्थन

CFS को केवल डोमिनियन और Eni द्वारा ही नहीं, बल्कि यूके एटॉमिक एनर्जी एजेंसी द्वारा भी समर्थन मिला है, जिसके साथ उसने 2022 में पाँच साल का सहयोग समझौता किया।

CFS के अनुसंधान प्रयासों को दो अमेरिकी ऊर्जा विभाग की पहलों, एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एजेंसी‑एनर्जी (ARPA‑E) और फ्यूजन एनर्जी साइंसेज़ (FES) से मिलने वाले पुरस्कारों द्वारा वित्तपोषित किया गया।

MIT के विशेषज्ञ भी CFS के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़े हैं:

“जहाँ TFMC का मिशन स्थिर शक्ति प्रदर्शित करना था, वहीं CSMC को गति प्रदर्शित करनी थी।

सैकड़ों हाथों ने इस कॉइल को छुआ है, ड्राफ्टिंग बोर्ड पर इसकी शुरुआत से लेकर इसकी लंबी और जटिल परीक्षण कार्यक्रम तक। इस घनिष्ठ टीम द्वारा दिखाया गया नवाचार, दृढ़ता और दिल, उनके परिश्रम से उत्पन्न कॉइल जितना ही प्रभावशाली था।”
Ted Golfinopoulos, one of the MIT Principal Investigators on fusion reactors.

CFS का मूल्यांकन

Commonwealth Fusion Systems की मैग्नेट तकनीक में उपलब्धियां विश्व‑स्तरीय हैं। स्थिर मैग्नेटिक कन्फाइनमेंट, जो टोकामाक रिएक्टर की केंद्रीय अवधारणा है, नाभिकीय फ्यूजन की पहेली को सुलझाने की खोई हुई कुंजी साबित हो सकती है।

यह किसी भी स्थिति में एक बहुत मूल्यवान तकनीक होगी, केवल फ्यूजन अनुप्रयोगों के लिए नहीं।

हालाँकि, यह कहना अभी थोड़ा जल्दी है कि CFS के लक्ष्य और समय‑सीमा कितनी आशावादी हैं। नाभिकीय फ्यूजन एक ऐसा क्षेत्र है जिसमें कई आशाजनक प्रोटोटाइप हैं जो आशा के अनुसार स्थिर या उत्पादक नहीं निकले।

इसलिए, यह स्पष्ट नहीं है कि CFS के मैग्नेट्स की अतिरिक्त शक्ति विश्वसनीय, लाभदायक फ्यूजन प्लाज़्मा उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त होगी या नहीं।

संभव अनसुलझे मुद्दों का एक उदाहरण यह है कि रिएक्टर के अंदर ट्रिटियम‑उत्पादक ब्लैंकट अपेक्षित रूप से उतना उत्पादक या टिकाऊ नहीं हो सकता, भले ही प्लाज़्मा जनरेशन सुचारू रूप से हो। शक्ति को पुनः एकत्रित करके उसे बिजली में बदलना, रिएक्टर को दशकों तक संचालन के दौरान नुकसान पहुँचाए बिना, भी कठिन साबित हो सकता है।

हालांकि, CFS और डोमिनियन एनर्जी द्वारा दिखाया गया आत्मविश्वास यह दर्शाता है कि नाभिकीय फ्यूजन बड़ी प्रगति कर रहा है। नई सामग्री विकसित करने या वास्तविक‑समय में प्लाज़्मा को स्थिर करने में सक्षम AI के साथ, हम अनंत सस्ती ऊर्जा से केवल 1‑2 दशकों दूर हो सकते हैं, जो तुरंत बड़े पैमाने पर जल शोधन, अंतरिक्ष अन्वेषण, इनडोर खेती आदि को संभव बना देगा।

फ्यूजन कंपनियां

वर्तमान में, कोई भी कंपनी जो केवल नाभिकीय फ्यूजन को व्यावसायिक रूप से सक्षम बनाने के लिए समर्पित है, सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध नहीं है। इसमें Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, और NEO Fusion शामिल हैं।

आप नाभिकीय फ्यूजन क्षेत्र में स्टार्टअप्स की एक विस्तृत सूची Dealroom के समर्पित पृष्ठ पर पा सकते हैं।

फिर भी, एक सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध कंपनी फ्यूजन के क्षेत्र में सक्रिय रही है, जिसने अपनी अवधारणा को ऊर्जा उत्पादन से अंतरिक्ष प्रोपल्शन की ओर पुनः निर्देशित किया है: Lockheed Martin (LMT ) ।

Lockheed Martin कॉरपोरेशन

निजी‑सूचीबद्ध स्टार्टअप्स के इस क्षेत्र में प्रभुत्व का एक उल्लेखनीय अपवाद सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध कंपनी Lockheed Martin Corporation है, जो रक्षा उद्योग का एक दिग्गज है।

Lockheed ने शुरुआती 2010 के दशक से Compact Fusion पर काम किया, एक नाभिकीय फ्यूजन रिएक्टर जिसे वह 2020 के दशक तक तैयार होने की उम्मीद करता था। हालांकि, इसके बाद यह घोषणा की गई कि इस प्रोजेक्ट पर काम 2021 में रोक दिया गया।

कंपनी ने इस प्रोजेक्ट के बारे में प्रारंभिक सार्वजनिक घोषणा के बाद से बहुत ही सावधानी बरती है। आज तक यह स्पष्ट नहीं है कि किस कारण कंपनी ने इस विचार को छोड़ दिया।

साथ ही, ऐसा लगता है कि उसने पूरी तरह से इस अवधारणा को नहीं छोड़ा, विशेष रूप से 2024 में Helicity में निवेश के साथ, जो एक फ्यूजन इंजन विकसित करने वाली स्टार्टअप है।

विचार यह है कि अंतरिक्ष यान को फ्यूजन के छोटे‑छोटे विस्फोटों से propelled किया जाए। Helicity एक प्लाज़्मा गन का उपयोग करने की योजना बना रहा है, जो General Fusion के समान है। संभावित रूप से, Lockheed के आंतरिक परिणामों ने दिखाया है कि उनका डिजाइन ऊर्जा उत्पादन के अनुकूल तरीके से फ्यूजन को बनाए नहीं रख सकता।

लेकिन शायद, साथ ही, क्या छोटे‑छोटे विस्फोट अंतरिक्ष में प्रोपल्शन की जरूरत के लिए पर्याप्त हैं और वास्तविक उत्पाद बनने के करीब हैं? यह कंपनी की समग्र एयरोस्पेस और रक्षा‑केन्द्रित प्रोफ़ाइल के साथ भी बेहतर मेल खाएगा।

Lockheed के बारे में अधिक जानें, जिसमें हथियार निर्माण में उसकी मुख्य गतिविधि शामिल है, नवंबर 2024 की एक समर्पित रिपोर्ट में.