Första kommersiella kärnfusionsprojektet tillkännagivet

Fusion, den ultimata energikällan

När stabila, pålitliga, billiga och koldioxidneutrala energiförsörjningar blir ett alltmer brådskande problem har alla ögon riktats mot kärnlösningar.

Detta inkluderar kärnklyvning, eller delning av tunga atomer som uran, torium eller plutonium. Denna teknik gör en dramatisk comeback på grund av avvecklingen av kol- och gaskraftverk, trots behovet av baslastkraftproduktion, samt trenderna med elektrifiering av transport, uppvärmning och industriell produktion.

Det är dock inte utan problem, även för den mer avancerade fjärde generationens kärnkraftverk. Mest anmärkningsvärt är att det fortfarande innebär hantering av starkt radioaktiva material, något som allmänheten fortfarande är misstänksam mot och som aldrig kommer att vara helt miljöneutralt.

Det är därför forskare har tittat på löftena om kärnfusion, som förenar atomer som väte, samma fenomen som driver solen.

Källa: Nature

Detta skulle använda ett bränsle som är det mest abundanta elementet i universum och endast producera ofarlig helium eller litium. Det skulle också vara tillräckligt kraftfullt för att tillhandahålla i princip oändlig energi, utan någon risk för explosion eller okontrollerad kedjereaktion.

Problemet är att producera de nödvändiga förhållandena är så svårt att ingen fusionsreaktor hittills har kommit nära kommersialisering.

Detta kan förändras på mindre än ett decennium, åtminstone enligt Commonwealth Fusion Systems (CFS). Företaget har just meddelat att de går mot att bygga den första kommersiella fusionsreaktorn i Virginia.

CFS-reaktorprojektet

Commonwealth Fusion Systems siktar på att deras ARC-reaktor ska generera 400 MW för Virginias elnät, vilket räcker för att förse 150 000 hushåll med el.

Detta är ett radikalt framsteg för fältet kärnfusion, eftersom det alltid verkade som om den första storskaliga reaktorn var 20–30 år bort. Även det massiva internationella projektet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) förväntas inte vara färdigt förrän 2039.

Jämfört med detta planeras CFS-reaktorn byggas på en plats som ägs av energibolaget Dominion (D ). De ser det som genomförbart redan i början av 2030-talet.

“Våra kunders växande behov av pålitlig koldioxidfri el drar nytta av ett så brett utbud av kraftgenereringsalternativ som möjligt, och i den anda är vi glada att hjälpa CFS i deras arbete.”
Edward H Baine – Dominion‑president

Commonwealth Fusion Systems

CFS-teknik

För att förstå hur realistiskt detta projekt är måste vi titta på CFS:s historia. Företaget spinades av från MIT 2018 och har sedan dess samlat in 2  miljarder dollar, bland annat från den italienska oljajätten Eni. CFS utvecklar en fusionsreaktor baserad på den ”klassiska” tokamak‑designen, som bildar en plasma i en torus (doughnut‑form).

Källa: DOE

(Du kan läsa mer om kärnfusion och olika reaktordesigner i “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon” och supraledning i “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution”)

CFS använder högtemperatursupraledande (HTS) magneter utvecklade i samarbete med MIT. De kommer att kontrollera och komprimera deuterium‑tritium‑plasmana för att skapa kärnfusion.

Ett flytande ”blankett” fångar den energin som värme, för att sedan överföra den till vatten som driver en ångturbin för att generera kraft. Deuterium finns nästan överallt och kan filtreras ur havsvatten, medan ARC‑blanketter naturligt producerar tritium.

År 2021 utvecklade den ett 20‑tesla HTS‑magnet, en förbättring på 100‑1 000× jämfört med tidigare magnetprestanda och den största någonsin byggda.

Dessa magneter är nu monterade i en ny, rekordbrytande design kallad Central Solenoid Model Coil (CSMC). År 2024 publicerade företaget också sin teknik för en högströmtäthets‑, högtemperatursupraledande kabel som levererar kraft till dessa magneter.

Bränsleförbrukningen kommer att vara mycket kompakt, som för all kärnfusionsteknik:

“Eftersom endast små mängder behövs, kan 30 års ARC‑bränsle levereras med en enda lastbil när en ny anläggning öppnas, utan risk för prisändringar framöver och utan kopplingar till globala, problematiska leveranskedjor.”

Kommande serie av reaktorer

HTS‑magneterna kommer att användas för att bygga SPARC, med målet att bli den första netto‑energireaktorn, vilket betyder att den kommer att producera mer energi från fusion än den förbrukar genom att antända väteplasmana.

SPARC är redan under byggnation på CFS:s campus i Massachusetts men har ännu inte producerat sin första plasma.

Källa: CFS

Om allt går bra med SPARC‑demonstratorn är ARC, som ska byggas i Virginia, nästa steg.

Källa: CFS

Medan SPARC finns för att testa tekniken, kommer ARC att testa ekonomin i designen. Varje ARC kommer att vara ungefär lika stor som en stormarknad med ungefär samma markbehov.

Källa: CFS

Nästa steg är att massproducera ARC, med målet att minska tillverkningskostnaderna och sprida forsknings‑ och utvecklingskostnaderna.

Allvarliga stöd

CFS är inte bara stödd av Dominion och Eni utan även av den brittiska atomenergi‑byrån, med vilken de undertecknade ett femårigt samarbetsavtal 2022.

CFS:s forskningsinsatser finansierades av bidrag från två amerikanska energidepartementets initiativ, Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA‑E) och Fusion Energy Sciences (FES).

MIT:s experter är också nära involverade med CFS:

“Där TFMC:s uppdrag var att demonstrera en jämn styrka, behövde CSMC demonstrera hastighet.

Hundratals händer har rört vid denna spole, från dess uppkomst på ritbordet till dess långa och komplicerade testprogram. Den uppfinningsrikedom, uthållighet och hjärta som detta sammansvetsade team visade var lika imponerande som spolen som föddes ur deras arbete.”

Ted Golfinopoulos, en av MIT:s huvudutredare inom fusionsreaktorer.

Bedömning av CFS

Commonwealth Fusion Systems’ framsteg inom magnetteknik är världsledande. Stabil magnetisk inneslutning, det centrala konceptet för en tokamak‑reaktor, kan visa sig vara den saknade nyckeln till att lösa gåtan med kärnfusion.

Det kommer i alla fall att bli en mycket värdefull teknik, inte bara för fusionsapplikationer.

Det är dock lite tidigt att säga hur optimistiska CFS:s mål och tidslinje är. Kärnfusion är ett område fullt av lovande prototyper som har visat sig vara mindre stabila eller produktiva än förväntat.

Således är det oklart om den extra kraften från CFS:s magneter kommer att vara tillräcklig för att producera pålitlig, lönsam fusionsplasma.

Som ett exempel på möjliga olösta problem kan den tritiumproducerande blanketten i reaktorn vara mindre produktiv eller hållbar än förväntat, även om plasmagenereringen går smidigt. Att åter samla energin och omvandla den till elektricitet utan skador på reaktorn under årtionden av drift kan också visa sig vara knepigt.

Det förtroende som CFS och Dominion Energy visar indikerar dock att kärnfusion gör stora framsteg. Tillsammans med AI som kan utveckla nya material eller stabilisera plasma i realtid kan vi vara bara 1–2 decennier bort från obegränsad billig energi som omedelbart möjliggör massiv utbyggnad av avsaltning, rymdutforskning, inomhusodling osv.

Fusionsföretag

För närvarande är ingen av de företag som enbart ägnar sig åt att göra kärnfusion kommersiellt livskraftig börsnoterade. Detta inkluderar Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy och NEO Fusion.

Du kan hitta en omfattande lista över startups inom kärnfusionsområdet på den dedikerade sidan på Dealroom.

Ändå har ett börsnoterat företag varit aktivt inom fusionsområdet, med en omdirigering av sitt koncept från energiproduktion till rymdpropulsion: Lockheed Martin (LMT ).

Ett anmärkningsvärt undantag från de privatnoterade startups som dominerar fältet är det börsnoterade företaget Lockheed Martin Corporation, en jätte inom försvarsindustrin.

Lockheed har sedan början av 2010-talet arbetat med Compact Fusion, en fusionsreaktor som de förväntade sig vara klar på 2020-talet. Det har dock sedan dess meddelats att arbetet med projektet stoppades 2021.

Företaget har varit mycket diskret kring detta projekt sedan den första offentliga lanseringen. Än idag är det oklart vad som kan ha fått företaget att överge idén.

Samtidigt verkar det som om de inte helt övergav konceptet, särskilt med investeringar 2024 i Helicity, en startup som utvecklar en fusionsmotor.

Idén är att driva rymdfarkoster med korta fusionsstötar. Helicity planerar att använda en plasmakanon, samma metod som General Fusion. Möjligen har Lockheeds interna resultat visat att deras design inte kunde upprätthålla fusion på ett sätt som är kompatibelt med energiproduktion.

Men kanske, samtidigt, är korta stötar tillräckliga för behovet av framdrift i rymden och mycket närmare att bli en faktisk produkt? Det skulle också passa bättre med företagets övergripande fokus på rymd- och försvarssektorn.

Du kan läsa mer om Lockheed, inklusive deras huvudsakliga verksamhet inom vapentillverkning, i en dedikerad rapport från november 2024.