첫 번째 상업용 핵융합 프로젝트 발표

퓨전, 궁극의 에너지원

안정적이고 신뢰할 수 있으며 저렴하고 탄소 중립적인 에너지 공급이 점점 더 시급한 문제가 되면서, 모든 관심은 핵 솔루션에 쏠렸습니다.

여기에는 핵분열, 즉 우라늄, 토륨, 플루토늄과 같은 무거운 원자의 분열이 포함됩니다. 이 기술은 극적인 컴백을 이루고 있습니다 석탄과 가스 발전소가 단계적으로 폐지되고, 기저부하 발전이 필요하며, 교통, 난방, 산업 생산의 전기화 추세가 나타나고 있습니다.

그러나 문제가 없는 것은 아닙니다. 더욱 발전된 4세대 원자력 발전소에도. 가장 주목할 만한 점은 여전히 ​​고방사성 물질을 취급해야 한다는 점인데, 이는 대중이 여전히 경계하고 있으며 결코 완전히 환경적으로 중립적이지 못할 것입니다.

이것이 과학자들이 수소와 같은 원자를 융합하는 핵융합의 가능성에 주목해 온 이유입니다. 이는 태양에 에너지를 공급하는 것과 동일한 현상입니다.

출처: 자연

이것은 우주에서 가장 풍부한 원소인 연료를 사용하고 무해한 헬륨이나 리튬만 생산할 것입니다. 또한 폭발이나 폭주 연쇄 반응의 위험 없이 본질적으로 무한한 에너지를 제공할 만큼 강력할 것입니다.

문제는 필요한 조건을 만들어내는 것이 너무 어려워서 지금까지 어떤 핵융합로가 상용화에 가까워진 적이 없다는 것이다.

Commonwealth Fusion Systems(CFS)에 따르면, 최소한 10년 이내에 이러한 상황이 바뀔 수도 있다고 합니다. 이 회사는 방금 버지니아에 최초의 상업용 핵융합로를 건설할 것이라고 발표했습니다..

CFS 원자로 프로젝트

Commonwealth Fusion Systems는 ARC 원자로를 이용해 버지니아 전력망에 400MW의 전력을 공급하는 것을 목표로 하고 있는데, 이는 150,000만 가구에 전력을 공급하기에 충분한 규모입니다.

이는 핵융합 분야에서 급진적인 진전으로, 항상 최초의 스케일업 반응기가 20~30년 뒤에 나올 것으로 여겨졌기 때문입니다. ITER(국제 열핵 실험로)라는 거대한 국제적 노력조차도 2039년 이전에는 완성되지 않을 것으로 예상됩니다.

이에 비해 CFS 원자로는 에너지 기업인 도미니언이 소유한 부지에 건설될 예정이다. (D -0.1 %)그들은 그것이 2030년대 초반에 실현 가능하다고 보고 있습니다.

"저희 고객의 안정적인 탄소 없는 전력에 대한 증가하는 요구는 가능한 한 다양한 발전 옵션의 혜택을 제공하며, 그러한 정신으로 저희는 CFS의 노력을 지원하게 되어 기쁩니다."

Edward H Baine – Dominion 회장

커먼 웰스 퓨전 시스템

CFS 기술

이 프로젝트가 얼마나 현실적인지 이해하려면 CFS의 역사를 살펴봐야 합니다. 이 회사는 2018년 MIT에서 분사되었고, 그 이후로 2억 달러를 모금했는데, 특히 이탈리아 석유 대기업 Eni에서 모금했습니다. CFS는 토러스(도넛 모양) 형태로 플라즈마를 형성하는 "고전적인" 토카막 설계를 기반으로 하는 핵융합로를 개발하고 있습니다.

출처: 암사슴

(핵융합과 다양한 반응기 설계에 대해 자세히 알아보려면 "핵융합 – 지평선 너머의 궁극적인 청정 에너지 솔루션” 및 초전도성”새로운 기술 혁명을 위한 초전도성의 진보")

CFS 사용 고온초전도(HTS) 자석 MIT와 협력하여 개발되었습니다. 그들은 중수소-삼중수소 플라즈마를 제어하고 압축하여 핵융합을 생성합니다.

액체 "블랭킷"은 그 에너지를 열로 포착한 다음, 증기 터빈을 돌려 전력을 생성하는 물로 전달합니다. 중수소는 거의 모든 곳에서 구할 수 있으며 해수에서 여과할 수 있는 반면, ARC 블랭킷은 자연스럽게 삼중수소를 생성합니다.

2021년에는 20테슬라 HTS 자석을 개발했다.기존 자석 성능보다 100~1,000배 향상된 성능을 보이며, 지금까지 제작된 자석 중 가장 큰 규모입니다.

이 자석은 이제 새로운 기록적인 디자인으로 조립되었습니다. 중앙 솔레노이드 모델 코일(CSMC). 2024년에 회사는 또한 다음을 출판했습니다. 이러한 자석에 전력을 공급하는 고전류 밀도, 고온 초전도 케이블에 대한 기술.

연료 사용량은 모든 핵융합 기술과 마찬가지로 매우 컴팩트할 것입니다.

"소량만 필요하기 때문에 새로운 공장이 문을 열면 30년 분의 ARC 연료를 단 한 대의 트럭으로 배달할 수 있으며, 향후 가격 변동 위험도 없고 전 세계적으로 위험한 공급망과도 연계되지 않습니다."

앞으로 나올 반응기 시리즈

HTS 자석은 다음을 구축하는 데 사용됩니다. SPARC수소 플라즈마를 점화하여 소모하는 것보다 더 많은 에너지를 핵융합에서 생산하는, 최초의 순수 에너지 핵융합로를 목표로 합니다.

SPARC는 이미 매사추세츠주에 있는 CFS 캠퍼스에서 건설 중이지만 아직 첫 번째 플라즈마를 생산하지는 못했습니다.

출처: CFS

SPARC 데모가 잘 진행되면, ARC버지니아에 건설하는 것이 다음 단계입니다.

출처: CFS

SPARC가 기술을 테스트하는 반면, ARC는 설계의 경제성을 테스트합니다. 각 ARC는 거의 같은 사이트 요구 사항을 가진 대형 매장 크기 정도입니다.

출처: CFS

다음 단계는 ARC를 대량 생산하여 제조 비용을 줄이고 R&D 비용을 분산하는 것입니다.

진지한 지지

CFS는 Dominion과 Eni뿐만 아니라 2022년 XNUMX년 협력 계약을 체결한 영국 원자력청.

CFS의 연구 활동은 미국 에너지부 산하의 두 연구 활동인 ARPA-E(Advanced Research Projects Agency-Energy)와 FES(Fusion Energy Sciences)의 지원으로 이루어졌습니다.

MIT의 전문가들도 CFS와 긴밀히 관련되어 있습니다.

“TFMC의 임무가 꾸준한 힘을 보여주는 것이라면 CSMC는 속도를 보여줘야 했습니다.

수백 개의 손이 이 코일을 만졌습니다. 제도판에서 처음 시작했을 때부터 길고 복잡한 테스트 프로그램에 이르기까지요. 이 긴밀한 팀이 보여준 독창성, 인내심, 그리고 마음은 그들의 노고에서 생겨난 코일만큼이나 인상적이었습니다.”

MIT 핵융합로 주요 연구자 중 한 명인 테드 골피노풀로스.

CFS 평가

커먼웰스 퓨전 시스템즈(Commonwealth Fusion Systems)의 자석 기술 업적은 세계 최고 수준입니다. 토카막 원자로의 핵심 개념인 안정적인 자기 가두기는 핵융합의 수수께끼를 푸는 데 필요한 열쇠가 될 수 있습니다.

어떤 경우든, 이는 융합 응용 분야뿐만 아니라 매우 귀중한 기술이 될 것입니다.

하지만 CFS 목표와 타임라인이 얼마나 낙관적인지 말하기에는 아직 조금 이르다. 핵융합은 기대했던 것보다 덜 안정적이거나 생산적인 것으로 판명된 유망한 프로토타입이 가득한 분야이다.

그러므로 CFS 자석의 추가적인 힘이 안정적이고 수익성 있는 핵융합 플라즈마를 생산하기에 충분할지 여부는 불확실합니다.

해결되지 않은 문제의 예로, 원자로 내부의 삼중수소 생성 블랭킷은 플라즈마 생성이 순조롭게 진행되더라도 예상했던 만큼 생산적이거나 내구성이 없을 수 있습니다. 수십 년 동안 원자로를 손상시키지 않고 전력을 회수하여 전기로 전환하는 것도 까다로울 수 있습니다.

그러나 CFS와 Dominion Energy가 보여준 자신감은 핵융합이 큰 진전을 이루고 있음을 보여줍니다. AI, 실시간으로 신소재 개발 및 플라즈마 안정화 가능, 우리는 단 1~2년 안에 대량의 담수화, 우주 탐사, 실내 농업 등을 즉시 구현할 수 있는 무제한의 저렴한 에너지를 얻을 수 있을 것입니다.

융합 기업

현재 핵융합을 상업적으로 실현 가능하게 만드는 데 전념하는 회사 중 어느 것도 공개적으로 상장되지 않았습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 헬리온, 일반 퓨전, 커먼웰스 퓨전, 티에이테크놀로지스, ZAP에너지, NEO 퓨전.

당신은 찾을 수 있습니다 딜룸 전용 페이지에 핵융합 분야의 다양한 스타트업 목록 제공.

그럼에도 불구하고, 하나의 상장 기업이 핵융합 분야에서 활동하면서 에너지 생산에서 우주 추진으로 개념을 전환했습니다. 바로 록히드 마틴입니다.

록히드 마틴 공사

해당 분야를 장악하고 있는 비상장 스타트업의 주목할 만한 예외 중 하나는 상장 회사입니다. 록히드 마틴 공사, 방위산업의 거물.

록히드는 2010년대 초반부터 일해왔습니다. 컴팩트 퓨전, 2020년대까지 준비될 것으로 예상되는 핵융합로. 그러나 이후 해당 프로젝트 작업은 2021년에 중단됐다고 발표됐다.

이 회사는 최초 공개 발표 이후로 이 프로젝트에 대해 매우 신중했습니다. 오늘날까지 회사가 이 아이디어를 포기하게 된 이유가 무엇인지 불분명합니다.

동시에, 컨셉을 완전히 버리지 못한 것 같기도 하고, 특히 2024년에는 핵융합 엔진 개발 스타트업 헬리시티(Helicity)에 투자할 예정이다..

이 아이디어는 단시간 핵융합 폭발로 우주선을 추진하는 것입니다. 헬리시티는 제너럴 퓨전과 동일한 접근 방식인 플라즈마 건을 사용할 계획입니다. 록히드의 내부 결과는 이 설계가 에너지 생산과 양립할 수 있는 방식으로 핵융합을 지속할 수 없음을 보여주었습니다.

하지만 동시에, 단거리 발사만으로도 우주에서의 추진력 필요성을 충분히 충족하고 실제 제품화에 훨씬 더 가까워질 수 있지 않을까요? 또한 회사의 전반적인 항공우주 및 방위 중심 사업 방향과도 더 잘 맞을 것입니다.

여러분의 시간과 재능으로 2024년 XNUMX월의 전담 보고서에서 무기 제조 분야의 주요 활동을 포함하여 Lockheed에 대해 자세히 알아보세요..