досягнення: Стартапи Fusion збирають рекордні суми грошей, будують нові тестові майданчики та встановлюють точні дати доставки. Більш складне завдання полягає в тому, щоб довести, що термоядерний реактор може виробляти електроенергію за надійною ціною, яку приймуть комунальні служби. Зараз технологія все ще стикається зі значними перешкодами перед досягненням цих комерційних цілей.
Pacific Fusion нещодавно поклав початок на випробувальному полігоні в Альбукерке, Нью-Мексико. Helion Energy каже, що планує забезпечити потужність Microsoft до 2028 року. Інші компанії планують побудувати комерційні підприємства у 2030-х роках.
Гроші, що стоять за цими зусиллями, зростають. За даними PitchBook, стартапи Fusion залучили 3,8 мільярда доларів за перші вісім місяців року, порівняно з 3,3 мільярда доларів інвестицій за весь минулий рік. Асоціація промисловості термоядерного синтезу каже, що кількість приватних компаній термоядерного синтезу подвоїлася за останні п’ять років і перевищила 50.
Інвестиції відображають реальний науковий прогрес. Дослідники термоядерного синтезу можуть створювати та утримувати плазму при температурах, що перевищують 100 мільйонів градусів. У 2022 році Національна протипожежна установка Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса досягла чистого приросту енергії в лазерному експерименті, який генерував більше енергії термоядерного синтезу, ніж лазерна енергія, що подається на паливну мішень.
Це був важливий фізичний результат, але це не була потужна демонстрація. Під час експерименту було отримано 3,15 мегаджоулів енергії термоядерного синтезу, тоді як 192 лазери установки спожили близько 422 мегаджоулів електроенергії. Як наслідок, ширші витрати на енергію та використання об’єктів не враховуються.
Це розрізнення є важливим у торговому спорі. Електростанція повинна робити більше, ніж керувати реакцією термоядерного синтезу. Він повинен генерувати більше електроенергії, ніж споживає вся система, працювати протягом тривалого періоду часу, витримувати екстремальні умови та забезпечувати стабільний вихід в мережу.
Ален Бекуле, головний інженер ITER, міжнародного проекту термоядерного синтезу, який підтримується 34 країнами, очікує, що експериментальні установки вироблятимуть велику кількість термоядерної енергії протягом наступного десятиліття. Але він сказав, що ці результати, ймовірно, будуть короткими сплесками, можливо, тривалістю не більше 20 секунд. Це не тип вихідних мережевих операторів. «Даремно, з цього нічого не продаси [an intermittent source]”, – справедливо заявила The Financial Times.
Залишаються невирішеними і матеріальні проблеми. Термоядерний реактор повинен витримувати сильну температуру та радіацію, які можуть зруйнувати внутрішні компоненти та зробити їх радіоактивними. Мохамед Абду, почесний професор механічної та аерокосмічної інженерії в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі, сказав, що збій у плазмовій камері може призвести до повної зупинки та потребуватиме ремонтних робіт.
Інша проблема – забезпечення паливом. Багато із запропонованих реакторів покладаються на тритій, рідкісну форму водню. Комерційне підприємство має виробляти хоча б частину цього палива самостійно. Поки що селекція тритію показана лише в лабораторних умовах.
Деякі дослідники бачать більш поступовий графік, ніж стартапи. Стівен Коулі, директор Прінстонської лабораторії фізики плазми, сказав, що він «впевнений», що випробувальна установка зможе генерувати більше електроенергії, ніж вона споживає, до кінця 2030-х років. Але він сказав, що пілотний завод не слід плутати з комерційним заводом.
«Я хочу, щоб цей поділ між комерційними та пілотними заводами був дуже чітким у нашій пам’яті», — каже Коулі. Він очікує, що перші заводи працюватимуть як демонстраційні технології та вимагатимуть приблизно 10 років випробувань. На його думку, комерційний реактор більш імовірний у середині століття.
Стартапи змушені обіцяти швидші результати. Важко зібрати гроші, коли компанія не може забезпечити чіткий потік доходу. Helion каже, що його мета забезпечити Microsoft до 2028 року відображає роботу над семи прототипами.
Inertia Enterprises, яка намагається комерціалізувати технологію, розроблену в Лоуренсі Ліверморі, каже, що десятиліття публічних досліджень зменшили науковий ризик. Її генеральний директор Джефф Лоусон каже: «Нам не потрібно вирішувати фізичну проблему… Завдяки уряду США [over the past] 60 років і 30 мільярдів доларів інвестицій».
Навіть якщо реактори працюють, їхня економіка залишається невизначеною. Більшість термоядерних конструкцій використовують тепло реакції для створення пари та приводу турбін. Але вони також потребують великої кількості електроенергії для нагрівання, утримання та підтримки плазми.
Колишній системний інженер General Fusion Адам Джексон перевірив концептуальний проект заводу в 2023 році, виявив, що на заводі буде зберігатися близько 60% виробництва електроенергії. Це зробить близько 40% доступним для мережі, тобто реактор повинен буде виробляти вдвічі більше електроенергії, ніж звичайна теплова електростанція, щоб забезпечити таку ж кількість енергії.
Деякі компанії надали попередні кошториси витрат. General Fusion прогнозує, що вартість електроенергії за мегават-годину становитиме від 64 до 73 доларів протягом усього терміну експлуатації станції. Commonwealth Fusion Systems назвала ціль близько 50 доларів за мегават-годину. Агентство з ядерної енергії оцінює вартість нової ядерної генерації в США приблизно в 71 долар за мегават-годину, а сонячної енергії – приблизно в 38 доларів за мегават-годину.
Дослідження термоядерного синтезу виграють від кращих обчислювальних інструментів і систем ШІ, які можуть моделювати поведінку плазми більш детально. Але промисловість досі не відповіла на головні питання електростанцій: чи можуть реактори працювати безперервно, як часто виходять з ладу деталі, як буде працювати технічне обслуговування та, зрештою, що буде з вартістю електроенергії.
Як каже Коулі, дослідники навчилися «поміщати сонце в пляшку». Комерційну версію, додає він, ще належить створити: «Ми не помістили це в комерційну пляшку».
