Net Zero Needs Fusion. سرمایه گذاران چه چیزی باید از پیشتازان بپرسند؟

ضرورت انرژی همجوشی را نمی توان اغراق کرد. در 27 اکتبر، سازمان ملل متحد هشدار داد که "هیچ مسیر معتبری برای رسیدن به 1.5 درجه سانتیگراد وجود ندارد" و سیاست‌های فعلی به فاجعه‌بار 2.8 درجه سانتی‌گراد گرمایش تا سال 2100 اشاره می‌کنند. همجوشی ممکن است تنها منبع انرژی بدون کربن باشد که می‌تواند قدرت بار پایه نامحدود و مواد اولیه کافی برای تمام هیدروژن تمیز لازم برای کربن زدایی صنایعی که به سختی کاهش می یابند. شاید این تنها مسیر قابل دوام برای انتشار خالص صفر تا سال 2050 باشد.

با این حال، یک مشکل در مورد فیوژن وجود دارد. هیچ آزمایشگاه یا شرکتی بیشتر از انرژی که در یک واکنش همجوشی صرف کرده اند تولید نکرده است، چه رسد به توسعه سیستمی که بتواند در یک محیط تجاری کار کند. قابل درک است، سرمایه‌گذاران متعجبند که همجوشی واقعاً کجاست و کدام پروژه‌ها می‌توانند این فرصت چند تریلیون دلاری را برای تکرار نیروی خورشید روی زمین فراهم کنند.

به عنوان یک سرمایه‌گذار قدیمی فیوژن، می‌خواهم درباره چرایی اهمیت فیوژن، پیشرفت این صنعت و سؤالاتی که سرمایه‌گذاران باهوش باید از شرکت‌های همجوشی بپرسند بحث کنم.

چرا فیوژن اهمیت دارد

در حال حاضر، هیچ فناوری انرژی به جز همجوشی پتانسیلی برای جایگزینی سوخت های فسیلی نشان نمی دهد. به نظر می رسد هیچ چیز دیگری قادر به برآوردن تقاضای روزافزون جهان برای انرژی و تامین انرژی تهویه مطبوع، نیروگاه های نمک زدایی، وسایل نقلیه الکتریکی، تولید هیدروژن سبز و غیره در مقیاسی که برای انتقال انرژی و زندگی در سیاره ای گرمتر و خشک تر نیاز داریم، نباشد.

ما البته نیاز به مقیاس باد و خورشید داریم، اما نیازهای زمین، آب و هوا و ذخیره انرژی آنها به این معنی است که آنها نمی توانند انتقال کامل انرژی را فعال کنند. نیروگاه های شکافت هسته ای نیز برای Net Zero مهم هستند، اما خطرات ناشی از زباله های هسته ای، حوادث و تسلیحات استفاده از آنها را محدود می کند.

در مورد هیدروژن، مایکل لیبریش، بنیانگذار بلومبرگ NEF اخیراً نشان داده شده است که صرفاً جایگزینی هیدروژن کثیف ما در تولید کودها، مواد شیمیایی و پالایش نفت با هیدروژن سبز در حال حاضر به 143 درصد از ظرفیت نصب شده خورشیدی و بادی جهان نیاز دارد. یک بیانیه دلهره آور هیچ هیدروژن سبزی برای هیچ چیز دیگری در دسترس باقی نمی گذارد: نه برای تولید فولاد و آلومینیوم، نه برای شبکه های برق متعادل یا CO.₂ ضبط و ذخیره سازی، نه برای حمل و نقل دریایی و ریلی. به سادگی مواد اولیه هیدروژن سبز کافی بدون همجوشی وجود نخواهد داشت.

صاحبان صنعت بر این باورند که تا سال 2050، نیروگاه های همجوشی می توانند از 18 تا 44 درصد انرژی جهان را تامین کنند. بنابراین فیوژن یکی از عظیم ترین فرصت های سرمایه گذاری زمان ما را نشان می دهد. هنگامی که از نظر تجاری عملیاتی شد، همجوشی جایگزین بیشتر صنعت سوخت فسیلی خواهد شد.

The Fusion Frontrunners

انجمن صنعت فیوژن گزارش شرکت های خصوصی فیوژن تا به امروز بیش از 4.8 میلیارد دلار سرمایه جذب کرده اند و کل بودجه صنعت را در سال گذشته بیش از دو برابر کرده اند. چندین پیشتاز آنچنان پیشرفت فنی داشته اند که می توان حدس زد که ادغام تجاری را در دهه 2030 وارد بازار خواهند کرد. این لیست شامل General Fusion (که من در آن سرمایه گذار هستم)، Commonwealth Fusion Systems، Helion، TAE Technologies، Zap Energy، General Atomics و First Light می باشد.

هر یک از این شرکت های فیوژن قصد دارند تا نیمه دوم این دهه یک کارخانه نمایشی افتتاح کنند. اینها ثابت خواهند کرد که آیا فناوری آنها می تواند در مقیاس کار کند و برق خالص تولید کند.

علامت عام چین است که روی فناوری همجوشی خود کار می کند. به دلایل واضح، دولت های غربی ترجیح می دهند برای این فناوری حیاتی به چین وابسته نباشند. همچنین ITER، پروژه همجوشی بین‌المللی با بودجه عمومی در جنوب فرانسه وجود دارد امیدوار تا سال 2045 توان همجوشی را ارائه دهد.

سوالاتی که سرمایه گذاران باید از شرکت های فیوژن بپرسند

چالش این است که نه تنها برق خالص تولید کنیم، بلکه این کار را به گونه ای انجام دهیم که از نظر تجاری قابل دوام باشد. فشار و حرارت بسیار زیادی لازم است تا اتم های هیدروژن با هم ترکیب شوند تا هسته سنگین تری تشکیل شود و انرژی آزاد شود. در خورشید، گرانش نیروی کافی برای فعال کردن واکنش را فراهم می کند. در زمین، ماشین‌های همجوشی باید به دمای بالای 100 میلیون درجه سانتیگراد برسند تا این شرایط را تکرار کنند. حفظ آن سخت است و برای تجهیزات سخت است.

پیشتازان موانع باقی مانده برای همجوشی زمینی را حل کرده اند یا در حال کار هستند. سرمایه گذاران علاقه مند که نمی دانند از کدام پروژه فیوژن حمایت کنند، باید سوالات زیر را بپرسند:

1. دستگاه چقدر بادوام است؟ نوترون های تولید شده در یک واکنش همجوشی به دیواره فلزی راکتور برخورد می کنند. باعث می شود ایجاد تاول، فرسایش شیمیایی و ناخالصی ها و در نهایت از کار انداختن دستگاه. به این "مشکل دیوار اول" می گویند. یک راه حل استفاده از دیواره فلزی مایع است که واکنش همجوشی را احاطه کرده و از دستگاه محافظت می کند. روش دیگر معرفی سوخت هایی است که نوترون کمتری تولید می کنند. اینها شامل سوخت پروتون-بور است که برای تولید همجوشی به دمای بالاتری نیاز دارد و دوتریوم-هلیوم-3 که به طور طبیعی در زمین وجود ندارد.

2. سوخت چقدر زیاد است؟ مخلوطی از دو ایزوتوپ هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم، سوخت اکثر واکنش های همجوشی است. دوتریوم به راحتی از آب دریا بدست می آید. از طرف دیگر، تریتیوم باید تولید شود. برخی از مخالفان این موضوع را دارند هشدار داد که "همجوشی هسته ای در حال حاضر با یک بحران سوخت مواجه است." این نیست. پیشتازان این مشکل را با ادغام تولید تریتیوم در واکنش همجوشی حل کرده اند. یکی از راه ها استفاده از دیواره فلزی مایع (سرب-لیتیوم) است که مستقیماً با پلاسمای همجوشی تماس می گیرد و سوخت تریتیوم را برای دستگاه همجوشی تولید می کند. روش‌های مبتنی بر لیتیوم برای پرورش تریتیوم در خارج از راکتور نیز در دست توسعه هستند.

3. تبدیل انرژی چقدر کارآمد است؟ در برخی از ماشین ها، دیواره فلزی مایع از طریق تماس مستقیم با واکنش همجوشی گرما را جذب می کند. فلز مایع از یک مبدل حرارتی عبور می‌کند و بخار تولید می‌کند که توربین را به حرکت در می‌آورد و الکتریسیته تولید می‌کند - همانطور که اکثر نیروگاه‌های سنتی انجام می‌دهند. یکی دیگر از رویکردهای امیدوارکننده، گرفتن الکتریسیته مستقیم از میدان های الکترومغناطیسی تولید شده در واکنش همجوشی است.

4. چه پیچیدگی های اضافی سیستم می تواند مانع از عرضه به موقع شود؟ هدف برخی از شرکت‌های همجوشی استفاده از فناوری‌های اثبات‌شده برای پیرامون سیستم‌های خود است، در حالی که برخی دیگر روی پیشرفت‌هایی با لیزرها، مواد و ابررساناهای پیشرفته حساب می‌کنند. اینها در برخی از مقالات جذاب در مجلات معتبر مورد بحث قرار می گیرند و این نگرانی است. آنها امیدوار کننده هستند اما ثابت نشده اند. به یاد بیاورید که زمانی که تسلا اولین خودروهای خود را معرفی کرد، عملاً تمام فناوری آن ثابت شد. سرمایه گذاران فیوژن باید بین سیستم های نظری و سیستم هایی که از قطعات حیاتی استفاده می کنند که در شرایط واقعی آزمایش شده اند، تفاوت قائل شوند.

5. کارخانه آزمایشی و استراتژی تجاری سازی کجاست؟ مدعیان برتر به همجوشی در آزمایشگاه دست یافته اند و فناوری های اصلی و اجزای فردی خود را در بسترهای آزمایشی به اثبات رسانده اند. اکنون، آنها باید ثابت کنند که سیستم کامل می تواند در یک کارخانه آزمایشی در مقیاس کار کند - بنابراین شدت سرمایه. سرمایه‌گذاری‌های پیشرو در زمینه فیوژن شروع به تقویت تیم اصلی خود از متخصصان آزمایشگاه فیوژن و دکترا با یک تیم مهندسی کرده‌اند که می‌دانند چگونه یک نیروگاه بسازند. این انتقال از آزمایشگاه به کاربرد دنیای واقعی کار کوچکی نیست. ما حتی در حال مشاهده شرکت های فیوژن هستیم که کارکنان توسعه کسب و کار را استخدام کرده و حقوق اولین کارخانه تجاری را به بازار عرضه می کنند.

6. اندازه چقدر خواهد بود؟ شرکت های پیشرو در زمینه همجوشی در حال کار بر روی نیروگاه هایی با اندازه های مختلف از 50 مگاوات (MW) تا 500 مگاوات هستند. اندازه دستگاه بسیار مهم است زیرا بر هزینه سرمایه گذاری اولیه تأثیر می گذارد. ماشین‌های کوچک‌تر و مدولار، تصمیم‌گیری سرمایه‌گذاری برای یک کارخانه تجاری را برای شرکت‌های برق آسان‌تر می‌کنند. اندازه همچنین بر اینکه آیا واحدهای همجوشی می‌توانند برای کاربردهایی مانند کشتیرانی اقیانوس و سایر کاربردهای کم انرژی استفاده شوند، تأثیر می‌گذارد.

7. آخرین اما نه کم اهمیت، هزینه پیش بینی شده به ازای هر مگاوات ساعت (مگاوات ساعت) چقدر است؟ شرکت‌های همجوشی مستقیماً با نیروگاه‌های زغال‌سنگ و گاز که انرژی بار پایه را در سراسر جهان تأمین می‌کنند، رقابت می‌کنند. بنابراین، هزینه یکسان شده انرژی (LCOE) باید با زغال سنگ رقابتی باشد که به گفته شرکت مشاوره Lazard، محدوده ها از 65 دلار در مگاوات ساعت در کثیف ترین تا 152 دلار در مگاوات ساعت با جذب 90 درصد کربن یکپارچه. ماشین‌های همجوشی که از لیزرهای پرقدرت و پرهزینه یا آهن‌رباهای ابررسانا ساخته شده از مواد کمیاب استفاده می‌کنند، می‌توانند با آن LCOE مبارزه کنند. البته هزینه های این قطعات به مرور زمان کاهش می یابد. ماشین‌های فیوژنی که از فشرده‌سازی مکانیکی (مشابه پیستون‌ها در موتورهای دیزلی) یا شتاب‌دهنده‌های جنبشی (عموماً یک تفنگ گازسوز) استفاده می‌کنند احتمالاً در چند دهه آینده مزیت هزینه‌ای خواهند داشت.

زمان رویارویی با موسیقی

در حالی که به نظر می رسد این چالش های باقیمانده قابل حل است، سوال سال‌ها پیش از باقی مانده‌ها پرسیدم: چه کسی جرات تامین مالی کارخانه‌های نمایشی و سوق دادن فیوژن به بازار را دارد؟

سرمایه گذارانی که نقل مکان می کنند اکنون فرصتی برای کسب بازدهی بزرگ دارند. برخی از شرکت های فیوژن ذکر شده در بالا هنوز قیمت متوسطی دارند. البته، برخی از سرمایه گذاران ممکن است با تأثیر بالقوه همجوشی بر سبد انرژی موجود خود دست و پنجه نرم کنند، به خصوص اگر این سوخت ها شامل سوخت های فسیلی، باد و خورشید باشد.

من می گویم زمان آن رسیده است که بالاخره با موسیقی روبرو شویم. با توجه به تهدید تغییرات آب و هوایی و تقاضای فزاینده برای انرژی، همجوشی برای دستیابی به خالص صفر تا سال 2050 حیاتی است.₂ انتشار گازهای گلخانه ای و یا انجام بیشتر به حذف وابستگی انرژی به رژیم های متخاصممانند روسیه پوتین. Fusion تغییر دهنده بازی است که می تواند انرژی را واقعا محلی، امن و فراوان کند. این انتقال از یک صنعت انرژی متمرکز و خودکامه به تامین انرژی محلی و دموکراتیک را نشان می دهد.

و فیوژن دیگر 20 سال دیگر نیست. هنگامی که اولین نیروگاه همجوشی با هزینه معقول از نظر تجاری عملیاتی شود، جابجایی می تواند سریع باشد. به یاد داشته باشید، قرن‌ها طول کشید تا فناوری‌های پشت خودرو توسعه پیدا کنند، اما تنها یک دهه طول کشید تا خودروها جایگزین اسب‌ها در لندن و نیویورک سیتی شوند. به محض اینکه یک نوآوری بهتر و ارزان تر وجود داشته باشد، ناگزیر برنده می شود.

حقیقت سخت این است که بدون یک نوآوری گام به گام در انرژی، ما در این قرن از 1.5 درجه سانتیگراد عبور خواهیم کرد. بیایید امیدوار باشیم که تجاری سازی فیوژن سریعتر از دما انجام شود.