همجوشی هسته ای با سرمایه گذاری میلیاردرها وارد عصر جدیدی می شود

با جمع آوری بیش از 3 میلیارد دلار در سال 2021 از افرادی مانند بیل گیتس و جف بزوس، توسعه دهندگان فیوژن اصرار دارند که این منبع انرژی صفر کربن می تواند ظرف یک دهه به واقعیت تبدیل شود.

واضح است که همجوشی هسته ای می تواند در مقیاس کار کند - فقط به ستاره ها نگاه کنید. 70 سال است که فیزیکدانان رویای بطری کردن آن نیروی ستاره را در قالب راکتورهای همجوشی داشتند که شبکه الکتریکی را با همان واکنش های بی حد و حصر کربن صفر که خورشید را می درخشد تغذیه می کند. مدتهاست که این جام مقدس فقط 20 یا 30 سال دیگر تبلیغ می شود، اما طرفداران فیوژن حاضر به چشم پوشی از این ایمان نیستند. و دلیل خوبی دارد. همجوشی (در هم شکستن اتم های هیدروژن به هلیوم) نوید قدرت الکتریکی بی حد و حصر کربن صفر با خطر ذوب صفر است و تقریباً هیچ یک از ضایعات رادیواکتیو مرتبط با نیروگاه های هسته ای موجود که بر روی شکافت کار می کنند (تجزیه اتم های اورانیوم به عناصر کوچکتر) نیست. 

این رویا الهام بخش آجی رویان، بنیانگذار Mithril Capital (به همراه میلیاردر پیتر تیل) بود که در سال 2013 برای اولین بار 2 میلیون دلار در Helion Energy مستقر در ردموند، واشنگتن سرمایه گذاری کرد تا بتواند نمونه اولیه دستگاه "قدرت پالس تکراری" را بسازد. میتریل از آن زمان تاکنون در Helion سرمایه گذاری کرده است، از جمله دور اخیر 500 میلیون دلاری آن (با ارزش شرکت 3 میلیارد دلار) - با وعده 1.7 میلیارد دلار بیشتر در صورتی که نمونه اولیه هفتم شرکت مطابق انتظار عمل کند. دور هلیون توسط سام آلتمن از Y Combinator رهبری شد. 

سال 2021 هم برای تامین مالی فیوژن و هم برای پیش‌بینی‌ها، سال بزرگی بود، زیرا توسعه‌دهندگان بیش از 3 میلیارد دلار برای تامین مالی دور بعدی ماشین‌های خود جمع‌آوری کردند - با برخی از آنها همجوشی تجاری بادوام فقط در پنج سال آینده. رویان خوشحال است که می بیند فیوژن بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. «مطمئناً بر اساس تحلیل گوگل، سال 2021 ممکن است نقطه عطفی برای همجوشی باشد، اما نقطه عطف واقعی یک دهه پیش رخ داد که الکترونیک قدرت از آستانه عبور کرد.» 

مدیر عامل شرکت دیوید کرتلی توضیح می دهد که کار تحقیق و توسعه اولیه پشت هلیون در آزمایشگاه های فدرال انجام شد، که Helion در سال 2013 از آن استخراج شد. هلیون که از بوروکراسی تحقیق و توسعه فدرال رها شده است، از آن زمان نمونه های اولیه جدیدی را یکی پس از دیگری می سازد. «ذهنیت استارتاپی خوب نیست، بلکه یک الزام است. کرتلی می‌گوید و آنچه از ابتدا روی آن تمرکز کرده‌ایم.

هلیون در سال 2020 ششمین نمونه اولیه راکتور خود را با نام ترنتا تکمیل کرد. اکنون در حال ساخت هفتمین، Polaris است، در حالی که در حال طراحی هشتمین، Antares است، که کرتلی قصد دارد اولین ماشین همجوشی باشد که انرژی بیشتری از انرژی مصرف می کند. در کنار تکرار سریع، Helion از تخصص محلی نیز بهره می برد. این شرکت در حال ساخت ماشین Polaris در اورت، واشینگتن، در نزدیکی بزرگترین کارخانه های بوئینگ است، جایی که آنها می توانند از اکوسیستم خوشامدگویی از مهندسان قراردادی و سازندگان دقیق بهره ببرند. کرتلی می‌گوید که صبح‌ها را صرف سرهم‌کردن، به‌روزرسانی سیستم‌ها و روشن کردن خازن‌ها می‌کنند. "هر روز بعد از ظهر ساعت 3 بعد از ظهر ما شروع به انجام فیوژن می کنیم."

برای درک رویکرد هلیون، ابتدا دافعه مغناطیسی را در نظر بگیرید که وقتی می‌خواهید قطب‌های مثبت دو آهن‌ربای میله‌ای را به هم فشار دهید، رخ می‌دهد. این اصل است که فناوری "mag-lev" را مانند قطارهای گلوله معروف ژاپن، که از دافعه مغناطیسی برای شناور شدن بر روی بالشتک هوا استفاده می کنند، فعال می کند. 

محققان گداخت ده‌ها سال به دنبال ابداع قوی‌ترین آهن‌ربای‌های الکترومغناطیسی جهان بودند که با آن محفظه‌های واکنشی با میدان‌های مغناطیسی آنقدر قوی طراحی کردند که بتوانند جریان تزریقی پروتون‌های با بار مثبت را در یک گلوله پلاسما به‌قدری داغ که با هم ترکیب می‌شوند، در خود نگه دارند و فشرده کنند. هلیوم 

در سیستم جدید هلیون، انرژی آزاد شده در واکنش‌های همجوشی به طور مداوم در برابر میدان مهار مغناطیسی خود رانده می‌شود، که به عقب رانده می‌شود - و باعث ایجاد نوسان‌هایی ("مانند یک پیستون"، کرتلی) می‌شود که جریان الکتریکی تولید می‌کند، که هلیون مستقیماً از راکتور می‌گیرد. . (برای اطلاعات بیشتر، قانون استقرا فارادی را بخوانید.) 

رویان از میتریل می گوید شاید بزرگترین جذابیت روش تولید مستقیم برق هلیون سادگی آن باشد. هدف دیگر رویکردهای همجوشی تولید گرما، به منظور جوشاندن آب و نیرو دادن به توربین‌های بخار است که برق تولید می‌کنند - مانند نیروگاه‌های هسته‌ای سنتی. ما می توانیم این کار را بدون توربین بخار یا برج خنک کننده انجام دهیم. ما از شر نیروگاه خلاص می شویم.» 

مطمئناً، کرتلی شک و تردید ادغام را درک می کند، به ویژه در مورد جدول زمانی تهاجمی خود. او کار خود را در زمینه همجوشی با الهام از دانشمندان آزمایشگاه‌های ملی در دهه 1960 آغاز کرد که پیشرفت‌های بزرگی در زمینه مهار مغناطیسی داشتند (رقابت با دانشمندان روسی برای ابداع راکتورهایی به شکل دونات به نام توکاماک) حتی قبل از اختراع ترانزیستورها. اما کرتلی ایمان خود را پس از تعیین رویکردهای اولیه از دست داد که نمی‌توانست به اندازه کافی سریع تکامل یابد تا یک راه‌حل تجاری ارائه دهد - بنابراین او به کار بر روی پیشرانه سفینه فضایی پیشرفته با استفاده از جت‌های پلاسما که توسط آهنرباهای الکتریکی کنترل می‌شوند، رفت. او در سال 2008 به این عرصه بازگشت تا به تجاری سازی فناوری هلیون کمک کند. 

با گذشت زمان او تولید ژنراتورهای همجوشی را در یک کارخانه تصور می کند. یک سیستم مقیاس 50 مگاواتی، بسته بندی شده در سه واحد حمل و نقل به اندازه کانتینر، انرژی 40,000 خانه را تامین می کند. 10 سال دیگر، مطمئناً ما برق تجاری برای فروش خواهیم داشت. 

این امر هلیون را در رقابت با Commonwealth Fusion Systems مستقر در بوستون، یک شاخه جانبی MIT، قرار می دهد که 1.8 میلیارد دلار از سرمایه گذارانی از جمله بیل گیتس و جورج سوروس جمع آوری کرد. باب مامگارد، مدیرعامل این شرکت می‌گوید تا 6 سال دیگر یک راکتور فعال خواهند داشت. خوش‌بینی او با آزمایش موفقیت‌آمیز تابستانی مشترک المنافع در مورد آهن‌ربای‌های الکتریکی جدید مهندسی شده با ابررساناهای ساخته شده از اکسید مس باریم خاکی کمیاب تقویت می‌شود. 

مامگارد می‌گوید این آهن‌رباهای فوق‌العاده به کشورهای مشترک المنافع این امکان را می‌دهند که رویکرد همجوشی سنتی‌تر خود را برای ساخت یک راکتور «توکامک» به شکل دونات، که مامگارد آن را «بطری مغناطیسی بزرگ» می‌نامد، که در آن میدان‌های مغناطیسی قدرتمند توپ‌های پلاسمای 100 میلیون درجه را کنترل می‌کنند، کامل کند. چیزهای ستاره ای." 

تقریباً 150 توکاماک در سراسر جهان وجود دارد. بزرگترین آن در فرانسه به مبلغ 30 میلیارد دلار توسط کنسرسیوم بین المللی به نام ITER در دست ساخت است. این دستگاه 20,000 تنی، به اندازه یک میدان بسکتبال، قرار است تا سال 2035 تکمیل شود. 

اما Mumgaard قصد دارد Commonwealth Fusion را قبل از تکمیل ITER منسوخ کند. مزیت آن در استفاده از ابررساناهای "درجه حرارت بالا" ساخته شده با اکسید مس باریم خاکی کمیاب (معروف به ReBCO) است. 

ابررساناها جریان الکتریکی را با تلفات تقریباً صفر حرکت می دهند (مثلاً بسیار کارآمدتر از مس). و آنها کلید ساخت آهنرباهای الکتریکی قدرتمند هستند. Commonwealth دریافته است که با ساخت آهنرباهای خود با استفاده از نوار مخصوص اکسید مس باریم (مانند نوار موجود در کاست VHS) می تواند به میدان های مغناطیسی قوی تر از آنچه در ITER پیش بینی شده بود، اما در 1/20 مقیاس دست یابد. 

در حالی که آهنرباهای اولیه ITER (به نام سولنوئیدها) حدود 400 تن وزن دارند و به میدان هایی قوی تر از 12 تسلا می رسند، Commonwealth به آهنرباهای 15 تنی چشم دوخته است که هر کدام از 300 کیلومتر نوار لایه نازک ReBCO استفاده می کنند که 20 تسلا تولید می کند (برای مقایسه، یک دستگاه تصویربرداری رزونانس مغناطیسی 1.5 تسلا انجام می دهد). 

مامگارد می گوید: «این قفل دستگاه فیوژن را باز می کند. CES تابستان گذشته آهنرباها را آزمایش کرد و آن را "اثبات" اعلام کرد که علم همجوشی اکنون تقریباً کامل شده است و تنها چیزی که باقی مانده است ساخت راکتور است. مامگارد می‌گوید: «ما مطالب را به خوبی درک می‌کنیم و فکر می‌کنیم که می‌توانیم این کار را در سه سال انجام دهیم. تا سال 2030 شاهد همجوشی در شبکه خواهیم بود. 

CES قرار است ماشین همجوشی خود را در زمینی به مساحت 47 هکتار در ماساچوست بسازد و در حال حاضر در حال کار برای تهیه هزاران کیلومتر نوار ReBCO است. آیا در دسترس بودن زمین کمیاب می تواند به عاملی محدود کننده در عرضه همجوشی تبدیل شود؟ مامگارد می گوید نه. یک نیروگاه همجوشی نسبت به یک توربین بادی، خاک های کمیاب کمتری دارد. فیوژن در مورد منبعی نیست که شما برای استخراج یا پمپاژ نیاز دارید. این در مورد یک فناوری است. 

باید جایی برای بیش از یک برنده فیوژن وجود داشته باشد. رهبران دیگر عبارتند از جنرال فیوژن، مستقر در کانادا و تحت حمایت جف بزوس، که در سال جاری 130 میلیون دلار جمع آوری کرد. میلیاردرهای برجسته دیگر در این بازی فیوژن، نیل و لیندن بلو هستند، که مالک شرکت جنرال اتمیکس در سن دیگو هستند، که برای چندین دهه یک توکامک تحقیقاتی را از طرف وزارت دفاع آمریکا اداره می‌کرده است، و امسال ذخایر الکترومغناطیس‌های توکاماک خود را به ITER تحویل داده است. شیر برقی مرکزی 1,000 تنی. و TAE Energy از کالیفرنیا وجود دارد که در دهه گذشته با یک میلیارد دلار آزمایش کرده است و 1 میلیون دلار در طول همه گیری جمع آوری کرده است.

فناوری فیوژن ممکن است در آزمایشگاه‌های دولتی شروع شده باشد، اما به ثمر نشستن آن باید به بودجه خصوصی متکی باشد. امی روما، شریک هوگان لاولز در واشنگتن دی سی، می‌گوید صورتحساب Build Back Better که اکنون در هاله‌ای از ابهام است، شامل 875 میلیون دلار برای هسته‌ای پیشرفته می‌شد، اما در حال حاضر، صنعت باید به یک دفتر جدید نمایش رآکتور پیشرفته رضایت دهد. وزارت انرژی، با بودجه اخیر قانون زیرساخت. هسته‌ای با کربن صفر نیز از فرمان اجرایی اخیر پرزیدنت بایدن که خواستار آن است که خرید انرژی دولت فدرال تا سال 2030 به صفر برسد، سود خواهد برد. 

استیو جوروتسون، سرمایه‌گذار افسانه‌ای فناوری، یکی از حامیان Commonwealth Fusion که 25 سال پیش اولین بررسی خود را در مورد تحقیقات فیوژن نوشت، تقریباً گیج است که این رویا که مدت‌ها به تعویق افتاده می‌تواند به زودی به واقعیت تبدیل شود. تا زمانی که این کار انجام نشود، مخالفان زیادی وجود دارد. بعد می گویند واضح است.» 

رویان از Mithril می گوید که او در حال حاضر در حال کار برای تنظیم چارچوب خود است تا در نظر بگیرد که وقتی همجوشی واقعی باشد، جهان چقدر متفاوت به نظر می رسد - «به فرصت های نمک زدایی آب و تولید کود فکر کنید. این امر اساساً یک شبه اقتصاد آب و در نتیجه اقتصاد کشاورزی را تغییر می‌دهد.» او می‌گوید که همه اینها بخشی از مسیر بشریت است، "مدام ثابت کردن اینکه مالتوس یک احمق بود." 

بیشتر از FORBESهسته ای جدید: چگونه یک تکشاخ انرژی همجوشی 600 میلیون دلاری قصد دارد خورشیدی را شکست دهدBy کریستوفر هلمن
بیشتر از FORBESمیلیاردرهای آرام پشت پهپاد درنده آمریکایی که سلیمانی ایران را کشتBy دنیز چام