Net Zero wymaga fuzji. O co inwestorzy powinni pytać liderów?

Nie można przecenić pilności energii syntezy jądrowej. 27 października ONZ ostrzeżony że „nie ma wiarygodnej ścieżki do 1.5°C”, a obecne polityki wskazują na katastrofalne ocieplenie o 2.8°C do 2100 roku. Fuzja może być jedynym bezemisyjnym źródłem energii, które może zapewnić nieograniczoną moc obciążenia podstawowego i wystarczającą ilość surowca dla cały czysty wodór niezbędny do dekarbonizacji trudnego do zlikwidowania przemysłu. Jest to prawdopodobnie jedyna realna droga do zerowej emisji netto do 2050 roku.

Jest jednak jeden problem z fuzją. Żadne laboratorium ani firma nie wytworzyły więcej energii niż włożyły w reakcję syntezy jądrowej, nie mówiąc już o opracowaniu systemu, który mógłby działać w warunkach komercyjnych. Zrozumiałe jest, że inwestorzy zastanawiają się, gdzie tak naprawdę jest fuzja i które projekty mogą zapewnić tę wartą wiele bilionów dolarów okazję do odtworzenia mocy Słońca na Ziemi.

Jako wieloletni inwestor w fuzję chcę omówić, dlaczego fuzja ma znaczenie, postęp, jaki dokonał się w tej branży oraz pytania, które sprytni inwestorzy powinni zadawać firmom fuzyjnym.

Dlaczego fuzja ma znaczenie

Obecnie żadna technologia energetyczna poza fuzją nie ma możliwości zastąpienia paliw kopalnych. Nic innego nie wydaje się być w stanie zaspokoić rosnącego światowego zapotrzebowania na energię i zasilanie klimatyzacji, zakładów odsalania, pojazdów elektrycznych, ekologicznej produkcji wodoru itp. na skalę, jakiej potrzebujemy do transformacji energetycznej i życia na gorętszej i suchszej planecie.

Oczywiście musimy skalować energię wiatrową i słoneczną, ale ich wymagania dotyczące gruntów, warunków pogodowych i magazynowania energii oznaczają, że nie mogą one umożliwić pełnej transformacji energetycznej. Zakłady rozszczepienia jądrowego są również ważne dla Net Zero, ale ryzyko związane z odpadami jądrowymi, wypadkami i uzbrojeniem ogranicza ich wykorzystanie.

Jeśli chodzi o wodór, założyciel Bloomberg NEF Michael Liebreich ostatnio zilustrowane że samo zastąpienie brudnego wodoru, którego używamy do produkcji nawozów, chemikaliów i rafinacji ropy naftowej zielonym wodorem, wymagałoby obecnie 143% zainstalowanej na świecie mocy słonecznej i wiatrowej. Zniechęcające stwierdzenie. Nie pozostawiłby zielonego wodoru dostępnego na nic innego: nie do produkcji stali i aluminium, nie do bilansowania sieci energetycznych czy CO₂ wychwytywanie i przechowywanie, nie dla żeglugi morskiej i kolejowej. Po prostu nie będzie wystarczającej ilości zielonego wodoru bez fuzji.

Znawcy branży uważają, że do 2050 r. elektrownie termojądrowe mogą dostarczać od 18% do 44% światowej energii. Dlatego Fusion stanowi jedną z najbardziej kolosalnych możliwości inwestycyjnych naszych czasów. Gdy zacznie funkcjonować komercyjnie, fuzja zastąpi większość przemysłu paliw kopalnych.

Faworyci Fusion

Stowarzyszenie Przemysłu Fuzyjnego Raporty że prywatne firmy fuzyjne pozyskały do ​​tej pory ponad 4.8 miliarda dolarów finansowania i ponad dwukrotnie zwiększyły łączne finansowanie branży w zeszłym roku. Kilku liderów dokonało takiego postępu technicznego, że można założyć, że wprowadzą komercyjną fuzję na rynek w latach 2030. XX wieku. Na liście znalazły się General Fusion (w której jestem inwestorem), Commonwealth Fusion Systems, Helion, TAE Technologies, Zap Energy, General Atomics i First Light.

Każda z tych firm termojądrowych zamierza otworzyć zakład demonstracyjny do drugiej połowy tej dekady. Udowodnią one, czy ich technologia może działać na dużą skalę i wytwarzać energię elektryczną netto.

Dziką kartą są Chiny, które pracują nad własną technologią syntezy jądrowej. Z oczywistych powodów zachodnie rządy wolałyby nie polegać na Chinach w kwestii tej kluczowej technologii. Istnieje również ITER, międzynarodowy, finansowany ze środków publicznych projekt syntezy jądrowej na południu Francji, który ma nadzieję, dostarczyć energię termojądrową do 2045 roku.

Pytania, które inwestorzy powinni zadać firmom fuzyjnym

Wyzwanie polega nie tylko na wytwarzaniu energii elektrycznej netto, ale także na robieniu tego w sposób komercyjnie opłacalny. Potrzeba ogromnego ciśnienia i ciepła, aby połączyć atomy wodoru, tworząc cięższe jądro, uwalniając energię. W słońcu grawitacja zapewnia wystarczającą siłę, aby umożliwić reakcję. Na Ziemi maszyny termojądrowe muszą osiągać temperatury powyżej 100 milionów C, aby odtworzyć te warunki. To jest trudne do utrzymania i ciężkie dla sprzętu.

Liderzy albo rozwiązali, albo pracują nad pozostałymi barierami dla fuzji na Ziemi. Zainteresowani inwestorzy, zastanawiając się, który projekt termojądrowy wspierać, powinni zadać następujące pytania:

1. Jak wytrzymała jest maszyna? Neutrony generowane w reakcji fuzji uderzają w metalową ścianę reaktora, spowodowanie pęcherze, erozja chemiczna i zanieczyszczenia, a ostatecznie uniemożliwienie pracy maszyny. Nazywa się to „problemem pierwszej ściany”. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie ściany z ciekłego metalu, która otacza reakcję fuzji i chroni maszynę. Innym podejściem jest wprowadzenie paliw wytwarzających mniej neutronów. Należą do nich paliwo protonowo-borowe, które wymaga jeszcze wyższych temperatur do wytworzenia fuzji, oraz deuter-hel-3, który nie występuje naturalnie na Ziemi.

2. Ile jest paliwa? Mieszanina dwóch izotopów wodoru, deuteru i trytu, napędza większość reakcji fuzji. Deuter można łatwo uzyskać z wody morskiej. Z drugiej strony tryt musi być wytwarzany. Niektórzy naysayers mają ostrzeżony że „fuzja jądrowa już stoi w obliczu kryzysu paliwowego”. Nie jest. Frontrunners rozwiązali ten problem, integrując produkcję trytu z reakcją syntezy jądrowej. Jednym ze sposobów jest zastosowanie ściany z ciekłego metalu (ołowiowo-litowej), która bezpośrednio styka się z plazmą fuzyjną i wytwarza paliwo trytowe dla maszyny termojądrowej. Opracowywane są również metody hodowli trytu na bazie litu poza reaktorem.

3. Jak wydajna jest konwersja energii? W niektórych maszynach ścianka z ciekłego metalu pochłania ciepło poprzez bezpośredni kontakt z reakcją fuzji. Ciekły metal przechodzi przez wymiennik ciepła, wytwarzając parę, która będzie napędzać turbinę i wytwarzać energię elektryczną – tak jak robi to większość tradycyjnych elektrowni. Innym obiecującym podejściem jest wychwytywanie elektryczności bezpośrednio z pól elektromagnetycznych generowanych w reakcji fuzji.

4. Jakie dodatkowe zawiłości systemów mogą uniemożliwić terminowe wdrożenie? Niektóre firmy termojądrowe dążą do wykorzystania sprawdzonych technologii na obrzeżach swoich systemów, podczas gdy inne liczą na przełom w postaci zaawansowanych laserów, materiałów i nadprzewodników. Są one omawiane w kilku fascynujących artykułach w recenzowanych czasopismach i to jest problem. Obiecują, ale nie udowodniono. Przypomnijmy, że kiedy Tesla wprowadzała swoje pierwsze samochody, praktycznie cała technologia została sprawdzona. Inwestorzy w fuzję muszą odróżnić systemy teoretyczne od systemów wykorzystujących krytyczne części, które zostały przetestowane w warunkach rzeczywistych.

5. Na czym polega strategia instalacji demonstracyjnej i komercjalizacji? Najlepsi rywale osiągnęli fuzję w laboratorium i udowodnili swoje podstawowe technologie i poszczególne komponenty na stanowiskach testowych. Teraz muszą udowodnić, że cały system może działać w zakładzie demonstracyjnym na dużą skalę – stąd kapitałochłonność. Wiodące firmy zajmujące się fuzją zaczynają powiększać swój podstawowy zespół specjalistów z laboratoriów syntezy jądrowej i doktorów o zespół inżynierów, który wie, jak zbudować elektrownię. To przejście z laboratorium do rzeczywistej aplikacji to nie lada wyczyn. Zaczynamy nawet widzieć, jak firmy fuzyjne zatrudniają personel ds. rozwoju biznesu i wprowadzają na rynek prawa do pierwszego komercyjnego zakładu.

6. Jaki będzie rozmiar? Wiodące firmy termojądrowe pracują nad elektrowniami o wielkości od 50 megawatów (MW) do 500 MW. Rozmiar maszyny ma kluczowe znaczenie, ponieważ wpływa na początkowy koszt inwestycji. Mniejsze, modułowe maszyny ułatwią poszczególnym zakładom energetycznym podejmowanie decyzji inwestycyjnych dla zakładu komercyjnego. Rozmiar wpływa również na to, czy jednostki termojądrowe mogą być używane do zastosowań takich jak żegluga oceaniczna i inne zastosowania o niższym zużyciu energii.

7. Wreszcie, jaki jest prognozowany koszt na MWh (megawatogodzinę)? Firmy termojądrowe konkurują bezpośrednio z elektrowniami węglowymi i gazowymi, które dostarczają energię podstawowego obciążenia na całym świecie. Zatem uśredniony koszt energii (LCOE) musi być konkurencyjny w stosunku do węgla, który według firmy doradczej Lazard zakresy od 65 USD/MWh w najbrudniejszym stanie do 152 USD/MWh ze zintegrowanym wychwytywaniem dwutlenku węgla w 90%. Maszyny termojądrowe, które używają kosztownych laserów o dużej mocy lub magnesów nadprzewodzących wykonanych z rzadkich materiałów, mogą zmagać się z tym LCOE. Oczywiście koszty tych komponentów z czasem się zmniejszą. Maszyny termojądrowe, które wykorzystują kompresję mechaniczną (podobną do tłoków w silniku wysokoprężnym) lub akceleratory kinetyczne (w zasadzie pistolet gazowy) prawdopodobnie będą miały przewagę kosztową w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat.

Czas zmierzyć się z muzyką

Chociaż te pozostałe wyzwania wydają się do pokonania, pytanie Zapytałem lata temu, pozostaje: kto ma odwagę sfinansować elektrownie demonstracyjne i wprowadzić fuzję na rynek?

Inwestorzy, którzy przeprowadzą się teraz, mają szansę na uzyskanie ponadprzeciętnych zysków. Niektóre z wyżej wymienionych spółek fuzyjnych są nadal skromnie wycenione. Oczywiście niektórzy inwestorzy mogą zmagać się z potencjalnym wpływem syntezy jądrowej na ich istniejące portfele energetyczne, zwłaszcza jeśli obejmują one paliwa kopalne, wiatr i słońce.

Mówię, że czas wreszcie zmierzyć się z muzyką. Biorąc pod uwagę zagrożenie zmianami klimatycznymi i rosnącym zapotrzebowaniem na energię, synteza jądrowa ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia zera netto do 2050 roku. Żadna inna technologia nie jest w stanie konkurować z paliwami kopalnymi, nie powoduje większego spadku emisji CO₂ emisje lub zrób więcej, aby wyeliminować zależność energetyczną od wrogich reżimów, jak Rosja Putina. Fusion to przełom, który może sprawić, że energia będzie naprawdę lokalna, bezpieczna i dostępna w obfitości. Zapowiada przejście od scentralizowanego, autokratycznego przemysłu energetycznego do lokalnego, demokratycznego dostarczania energii.

A fuzja nie jest już odległa o 20 lat. Gdy pierwsza elektrownia termojądrowa zacznie funkcjonować komercyjnie przy rozsądnych kosztach, przejście może być szybkie. Pamiętaj, że rozwój technologii wykorzystywanych w samochodach zajęło wieki, ale samochody w Londynie i Nowym Jorku zajęły tylko około dziesięciu lat, aby zastąpić konie. Gdy tylko pojawi się lepsza i tańsza innowacja, nieuchronnie wygrywa.

Trudna prawda jest taka, że ​​bez przełomowej innowacji w energetyce, w tym stuleciu przekroczymy 1.5°C. Miejmy nadzieję, że komercjalizacja syntezy jądrowej będzie przebiegać szybciej niż temperatury.