Commonwealth Fúziós rendszerek- fotó: CNBC
Kína és az Egyesült Államok versenyben van az első hálózati méretű nukleáris fúziós energia megteremtéséért. Miután az USA évtizedekig vezető szerepet játszott, Kína most felzárkózik, kétszer annyit költ, és rekordgyorsasággal építi a projekteket.
A gyakran a tiszta energia szent gráljának nevezett magfúzió a hagyományos maghasadásnál négyszer több energiát termel az üzemanyag kilogrammonként, és négymilliószor többet, mint a szén elégetése, üvegházhatású gázok és hosszú távú radioaktív hulladékok nélkül. Ha minden a tervek szerint alakul, az Ignition Research szerint 2050-re legalább 1 billió dolláros piacot jelent majd.
Csak egy nagy probléma van.
“Az univerzumban jelenleg az egyetlen működő fúziós erőművek a csillagok” – mondta Dennis Whyte, a Massachusetts Institute of Technology nukleáris tudományok és mérnöki tudományok professzora.
Az Egyesült Államok elsőként alkalmazta a fúzió nagyszabású alkalmazását az 1952-es hidrogénbomba-kísérlettel. Az azóta eltelt hét évtizedben a tudósok világszerte azon fáradoztak, hogy a fúziós reakciókat energiatermelésre használják fel.
A fúziós reakciók akkor következnek be, amikor a hidrogénatomok olyan extrém hőmérsékletet érnek el, hogy összeolvadnak, és egy plazmának nevezett, túlhevített gázt alkotnak. A folyamat során felszabaduló tömeg elméletileg hatalmas mennyiségű energiává alakítható, de a plazma nehezen szabályozható. Az egyik népszerű módszer erős mágneseket használ a plazma felfüggesztésére és irányítására egy tokamakban, amely egy fém fánk alakú eszköz. Egy másik módszer nagy energiájú lézereket használ, amelyek egy borsószem nagyságú üzemanyaggranulátumra irányulnak, és gyorsan összenyomják és implodálják azt.
Így sikerült az Egyesült Államoknak a történelmi jelentőségű első fúziós gyújtás, amely 2022-ben nettó pozitív energiát termelt a Lawrence Livermore Nemzeti Gyújtóberendezésben (NIF).
Azóta a Fusion Industry Association szerint az amerikai fúziós vállalkozásokba történő magánbefektetések a 2021-es 1,2 milliárd dollárról több mint 8 milliárd dollárra emelkedtek. Az FIA 40 tagvállalata közül 25-nek az Egyesült Államokban van a székhelye.
A hagyományos atomenergia, amely fúzió helyett maghasadással jön létre, a nagymértékű növekedést mutat a beruházásokban, mivel a Big Tech keresi a módját, hogy kielégítse az AI adatközpontok egyre növekvő energiaigényét. Az Amazon, a Google és a Meta ígéretet tett arra, hogy 2050-ig világszerte megháromszorozza az atomenergia felhasználását.
“Ha érdekel a mesterséges intelligencia, ha érdekel az energetikai vezetés…, akkor a fúzióba kell befektetni” – mondta Andrew Holland, az FIA vezérigazgatója. “Ez olyasvalami, amiben, ha az Egyesült Államok nem vezet, akkor Kína fog vezetni.”
Pénz, méret és sebesség
Míg az Egyesült Államokban van a legtöbb aktív atomerőmű, a Kína az új projektek királya.
Annak ellenére, hogy az első reaktorának alapkőletétele csaknem négy évtizeddel azután történt, hogy az Egyesült Államok úttörő szerepet játszott ebben a technológiában, Kína most sokkal több maghasadási erőművet épít, mint bármely más ország.
Kína a 2000-es évek elején, mintegy 50 évvel az Egyesült Államok után lépett be a fúziós versenybe, amikor több mint 30 nemzethez csatlakozva együttműködött a franciaországi Nemzetközi Termonukleáris Kísérleti Reaktor fúziós megaprojektjében. Az ITER azonban azóta jelentős késedelmekbe ütközött.
Az egyes nemzetek között folyik a verseny, de az amerikai magánszektor továbbra is az élen áll. Az FIA szerint a 8 milliárd dolláros globális magáncélú fúziós beruházásból 6 milliárd dollár az Egyesült Államokban van.
A Commonwealth Fusion Systems, egy MIT-ből indult startup, a szerezte a legtöbb pénzt , közel 2 milliárd dollárt olyanoktól, mint Bill Gates, Jeff Bezos és a Google.
A washingtoni székhelyű Helion 1 milliárd dollárt gyűjtött olyan befektetőktől, mint az Open AI Sam Altmanja, és a rendkívül ambiciózus megállapodást a Microsofttal, hogy 2028-ra fúziós energiát szállítson a hálózatba. A Google által támogatott TAE Technologies 1,2 milliárd dollárt gyűjtött.
“Aki lényegében bőséges, korlátlan energiával rendelkezik… az mindent befolyásolhat, amire csak gondolunk” – mondta Michl Binderbauer, a TAE Technologies vezérigazgatója. “Ez ijesztő gondolat, ha ez rossz kezekbe kerül.”
Ami az állami finanszírozást illeti, Kína jóval előrébb jár.
A fényképet Damien Jemison a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban készítette.-fotó: CNBC
Peking a jelentések szerint évente 1,5 milliárd dollárt fordít a fúzióra, míg a fúzióra fordított amerikai szövetségi dollárok átlagosan 800 millió dollárt tettek ki évente az elmúlt években, a Energiaügyi Minisztérium Fúziósenergia-tudományi Hivatala szerint.
Donald Trump elnök az első ciklusa alatt növelte a, beleértve a fúziós technológiát is, és ez a korábbi elnök, Joe Biden alatt is folytatódott. Nem világos, hogyan fog kinézni a fúzió finanszírozása Trump második ciklusában, a masszív szövetségi leépítések közepette .
Amerikai szenátorok és fúziós szakértők februárban jelentést tettek közzé, amelyben 10 milliárd dollár szövetségi támogatást követeltek, hogy az USA ne veszítse el vezető szerepét.
De az Egyesült Államok talán már elvesztette a vezetést, amikor a reaktorok méretéről van szó. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a reaktor alapterülete, annál hatékonyabban tudja felmelegíteni és elzárni a plazmát, növelve ezzel a nettó pozitív energia esélyét.
A Planet Labs által a CNBC rendelkezésére bocsátott műholdfelvételek sorozata egy óriási új lézerfúziós üzem gyors felépítését mutatja 2024-ben Kínában. A konténerkupola, ahol a fúziós reakció lezajlik majd, nagyjából kétszer akkora, mint az amerikai lézerfúziós projekt, a NIF – mondta Decker Eveleth, a CNA Corporation munkatársa. A kínai helyszín valószínűleg egy fúziós-hasadási hibrid, mondta Holland Holland a FIA-tól.
“A fúziós-hasadási hibrid lényegében olyan, mintha egy bombát másolnánk, de erőműként. Soha nem működne, soha nem repülne egy olyan helyen, mint az Egyesült Államok, ahol van egy szabályozási rendszer, amely meghatározza a biztonságot” – mondta Holland. “De egy olyan rendszerben, mint Kína, ahol nem számít, hogy mit mondanak a szomszédban élő emberek, ha a kormány azt mondja, hogy meg akarjuk csinálni, akkor meg fogjuk csinálni.”
Kína meglévő nemzeti tokamak-projektje, az EAST, rekordokat állít fel , az elmúlt hónapokban a francia projekttel, a WEST-tel vívta ki a plazma leghosszabb reaktorban tartását, bár ez kevésbé monumentális mérföldkő, mint a nettó pozitív energia.
Egy másik hatalmas, államilag finanszírozott kínai projekt, a CRAFT, idén fog befejeződni. A 700 millió dolláros, 100 hektáros kelet-kínai fúziós kampuszon egy új, BEST nevű tokamak is helyet kap, amely várhatóan 2027-re készül el.
Úgy tűnik, hogy a kínai CRAFT egy amerikai tervet követ, amelyet több száz tudós tett közzé 2020-ban, mondta Holland.
“A kongresszus nem tett semmit annak érdekében, hogy elköltse a pénzt ennek megvalósítására” – mondta. “Mi hirdettük meg ezt a dolgot, a kínaiak pedig aztán elmentek és megépítették”.
Az amerikai fúziós fúziós startup, a Helion a CNBC-nek elmondta, hogy néhány kínai projekt is az ő szabadalmaztatott terveit másolja.
“Különösen Kínában látjuk, hogy az állami ügynökségek befektetnek vállalatokba, hogy aztán lemásolják az amerikai vállalatok terveit” – mondta David Kirtley, a Helion alapítója és vezérigazgatója.
Munkaerő és anyagok
Kína új fúziós projektek gyors bevezetése egy olyan időszakban történik, amikor az amerikai erőfeszítések nagyrészt a meglévő, részben több mint 30 éves gépek korszerűsítésére összpontosítottak.
“Senki sem akar régi dinoszauruszokon dolgozni” – mondta Binderbauer a TAE-től, hozzátéve, hogy az új projektek több tehetséget vonzanak. “Van egy kis agyelszívás.”
A 2000-es évek elején a hazai fúziós kutatások költségvetési megszorításai arra kényszerítették az amerikai egyetemeket, hogy leállítsák az új gépeken végzett munkát, és a kutatókat más országok, köztük Kína gépein tanuljanak.
Műholdfelvétel- Planet Labs PBC -fotó: CNBC
“Ahelyett, hogy újakat építettünk volna, elmentünk Kínába, és segítettünk nekik megépíteni a sajátjaikat, és azt gondoltuk: “Ó, ez nagyszerű lenne. Nekik meglesz a létesítmény. Nagyon okosak leszünk” – mondta Bob Mumgaard, a Commonwealth Fusion Systems társalapítója és vezérigazgatója. “Nos, ez nagy hiba volt.”
A Nikkei Asia jelentése szerint Kínában jelenleg több fúziós szabadalom van, mint bármely más országban, és tízszer annyi fúziós tudomány és mérnöki doktorátus van, mint az Egyesült Államokban.
“Nyugaton véges a munkaerő-állomány, amelyért minden vállalat versenyez” – mondta Binderbauer. “Ez alapvető korlát.”
A fúziós projektekhez a munkaerő mellett hatalmas mennyiségű anyagra van szükség, például nagy teljesítményű mágnesekre, speciális fémekre, kondenzátorokra és teljesítményű félvezetőkre. A Helion munkatársa, Kirtley elmondta, hogy a vállalat legújabb prototípusának, a Polarisnak az ütemezését teljes mértékben a félvezetők elérhetősége határozta meg.
Kína számos ilyen anyag ellátási láncának sarokba szorítására törekszik, hasonlóan ahhoz, ahogyan napenergia és az elektromos autók akkumulátorai terén is dominálni kezdett.
“Kína tízszer annyit fektet be a fejlett anyagok fejlesztésébe, mint az Egyesült Államok” – mondta Kirtley. “Ezen változtatnunk kell.”
A sanghaji székhelyű Energy Singularity fúziós vállalat a CNBC-nek adott nyilatkozatában elmondta, hogy “kétségtelenül” profitál Kína “hatékony ellátási láncából”. Júniusban az Energy Singularity azt mondta, hogy rekordidő alatt sikeresen létrehozott plazmát, mindössze két évvel azután, hogy elkezdte a tokamak tervezését.
Ez még mindig messze van a hálózati méretű, kereskedelmi fúziós energia elérésétől. A Helion célja, hogy 2028-ig az első legyen. A Commonwealth bejelentette a virginiai helyszínt, ahol a 2030-as évek elején tervezi üzembe helyezni az első fúziós erőművet, az ARC-t.
„Még, ha az elsők az Egyesült Államokban lesznek is, nem hiszem, hogy ez megnyugtató lenne” – mondta az MIT munkatársa, Whyte. “A célvonal valójában egy érett fúziós ipar, amely a világ minden táján használatos termékeket állít elő, beleértve a mesterséges intelligencia központokat is.”
AZZ
