Przyszłość czystej, nieograniczonej energii

Kluczowe dania na wynos

• 5 grudnia amerykańscy naukowcy z National Ignition Facility w Kalifornii wytworzyli więcej energii z reakcji syntezy jądrowej, niż włożyli
• Rezultatem eksperymentu jest ogromny przełom w energetyce jądrowej w trwającym od stulecia dążeniu do uwolnienia mocy słońca na ziemi
• Badacze uważają, że dzięki większej liczbie badań i inwestycjom finansowym jesteśmy w ciągu czterech dekad od produkcji w 100% czystej, nieograniczonej energii

„Poniedziałek, 5 grudnia 2022 r. był ważnym dniem w nauce”.

To niedopowiedzenie zostało wygłoszone przez Jill Hruby, podsekretarz Narodowej Administracji Bezpieczeństwa Jądrowego (NNSA), na konferencji prasowej 13 grudnia.

Temat: Przełom w energii jądrowej w National Ignition Facility (NIF) Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) w Kalifornii.

Dyrektor Biura ds. Nauki i Technologii Białego Domu, dr Arata Prabhakar, ogłosił to osiągnięcie jako „naukowy kamień milowy” i „niewiarygodny cud inżynierii”.

„Ta dwoistość postępów w badaniach, budowanie złożonych systemów inżynierskich, obie strony uczące się od siebie nawzajem, w ten sposób robimy naprawdę duże, trudne rzeczy, a to jest po prostu piękny przykład” – dodała.

Zysk energii netto z reakcji syntezy jądrowej jest pierwszym w historii ludzkości. Podczas gdy więcej badań (a los więcej badań) jest potrzebnych, aby technologia była powtarzalna, skalowalna i bardziej wydajna, jest to niezbędny krok na drodze do czystej energii.

A dla inwestorów oznacza to dziesięciolecia możliwości, które czekają na wyskubanie.

Co to jest fuzja jądrowa?

Fuzja jądrowa polega na łączeniu atomów w jeden, większy atom. Proces ten generuje ogromne ilości energii i jest podstawową reakcją, która napędza nasze słońce.

Fuzja jądrowa różni się od rozszczepienia jądrowego, procesu stosowanego w elektrowniach jądrowych. Rozszczepienie rozszczepia atomy zamiast je łączyć, generując przy tym niebezpieczne odpady radioaktywne.

Dla kontrastu, synteza jądrowa jest znacznie bardziej wydajna, prawie nie generuje odpadów i ucieka z atomów wodoru łatwo dostępnych w wodzie morskiej, a nie z materiałów radioaktywnych zakopanych w ziemi. To czyni go idealnym kandydatem do zasilania wszystkiego, od domów po zakłady produkcyjne… o ile można to skalować.

Odkąd synteza jądrowa została odkryta sto lat temu, naukowcy ścigają się, aby odblokować i odtworzyć mechanikę w laboratorium. Ale przeprowadzenie reakcji syntezy jądrowej, która wymaga mniej energii niż jest wydzielana, proces zwany zapłonem, umknął naukowcom…

Do teraz.

Przełom w energetyce jądrowej w pigułce

Grudniowy przełom w energetyce jądrowej nastąpił w National Ignition Facility, który wykorzystuje proces zwany „termojądrową syntezą inercyjną”.

Zasadniczo kompleks laserowy o wartości 3.5 miliarda dolarów wystrzeliwuje 192 lasery w maleńką kapsułę. Kapsułka zawiera dwa izotopy wodoru, które po bombardowaniu energią odparowują niemal natychmiast. Proces syntezy uwalnia ogromne ilości energii.

W przeszłości energia wejściowa z laserów znacznie przekraczała energię wyjściową z reakcji syntezy jądrowej. Ale 5 grudnia naukowcy spróbowali czegoś nowego.

Skorupa wokół kapsułki, której użyli, była grubsza niż w poprzednich eksperymentach, co oznacza, że ​​małe wady mają mniejszy wpływ na eksperyment. Ta prosta – i niewiarygodnie powtarzalna – zmiana pozwoliła na dokonanie czegoś niesamowitego.

Dr Marvin Adams, zastępca administratora NNSA ds. programów obronnych, opisał ten proces na wtorkowej konferencji prasowej. Zauważył, że proces rozpoczął się od sferycznego cylindra zawierającego małą kapsułkę, „mniej więcej o połowie średnicy kulki”.

„192 wiązki laserowe weszły z dwóch końców cylindra” – powiedział – „i uderzyły w wewnętrzną ścianę…. Promienie rentgenowskie ze ściany padały na sferyczną kapsułkę. Paliwo termojądrowe w kapsule zostało ściśnięte, rozpoczęły się reakcje termojądrowe. To wszystko zdarzyło się wcześniej, 100 razy wcześniej. Ale w zeszłym tygodniu po raz pierwszy zaprojektowali ten eksperyment tak, aby paliwo fuzyjne pozostawało wystarczająco gorące, wystarczająco gęste i wystarczająco okrągłe przez wystarczająco długo, aby się zapaliło. I wytwarzał więcej energii, niż zgromadziły lasery. Około 2 megadżuli do środka, około 3 megadżuli na zewnątrz. Zysk 1.5”.

Znaczenie tego przełomu

Wzmocnienie 1.5 wydaje się małe i pod względem energii takie jest. Ale to nie wielkość reakcji ma znaczenie – liczy się to, że się wydarzyła wcale.

Przełom w syntezie jądrowej z 5 grudnia był zwieńczeniem stulecia badań, funduszy i niepowodzeń. Chociaż istnieje wiele kroków między dniem dzisiejszym a komercyjną rentownością, bez tego kroku synteza jądrowa jako źródło energii była niczym więcej niż sztuczką science fiction. Dziś to rzeczywistość.

A długoterminowy potencjał przyszłości pełnej fuzji jest po prostu oszałamiający. W przeciwieństwie do węgla i paliw kopalnych reakcje syntezy jądrowej nie generują emisji CO2 ani innych produktów ubocznych. A ponieważ działa na wodorze, najbardziej rozpowszechnionym pierwiastku we wszechświecie, jego potencjał produkcyjny jest praktycznie nieograniczony.

Dysponując taką ilością energii, nie tylko zmniejszymy nasz ślad emisyjny – możemy to odwrócić.

Nieograniczona moc umożliwiłaby szybszy, tańszy i czystszy rozwój wszelkiego rodzaju technologii, od rozwiązań związanych ze zmianami klimatycznymi po lepsze laptopy.

Energia termojądrowa może złagodzić przerwy w dostawie energii, zasilić oczyszczalnie ścieków i pomóc nam odkryć lepsze sposoby recyklingu i usuwania śmieci.

Nowe technologie mogą pochłaniać CO2 z atmosfery na dużą skalę, łagodząc zmiany klimatu i zmniejszając liczbę ofiar wśród ludzi spowodowanych zanieczyszczeniem.

Technologia akumulatorów może się rozwijać, umożliwiając masowe przyjęcie produkcji i magazynowania czystej energii dla domów, pojazdów i nie tylko.

Na wielką, długoterminową skalę energia syntezy jądrowej mogłaby wyeliminować emisje ludzkości, pozwalając na czystszą, bardziej zieloną i zdrowszą planetę – nie wspominając o wyższym poziomie życia dla całej ludzkości.

Jeśli brzmi to trochę idealistycznie, nie mylisz się. Ale z drugiej strony perspektywa energii termojądrowej była idealistyczna 50 lat temu. W tym miesiącu naukowcy udowodnili, że fuzja jest możliwa. Dlaczego inne długoterminowe korzyści nie mogą się spełnić?

Co to oznacza dla inwestorów?

Ale zanim przyszłość fuzji stanie się rzeczywistością, przestrzeń energetyczna wymaga więcej badań i innowacji – dużo.

Kluczem jest czas i technologia

Konferencja prasowa ujawniła, że ​​matryca laserowa, która napędzała przełom w energetyce jądrowej, opiera się na 40-letniej technologii. Nowoczesne lasery są nie tylko mocniejsze, ale także bardziej wydajne – co oznacza, że ​​większe zyski energii syntezy jądrowej czekają tuż za rogiem.

Dyrektor LLNL, dr Kim Budil, starał się przypomnieć dziennikarzom i inwestorom, że fuzja nie nastąpi za cztery tygodnie ani nawet za cztery lata. Proces zajmie trochę czasu.

„Istnieją bardzo znaczące przeszkody, nie tylko w nauce, ale także w technologii” – powiedziała. „To jest jedna zapalona kapsuła jeden raz, a aby zrealizować komercyjną energię termojądrową, musisz zrobić wiele rzeczy. Musisz być w stanie wytworzyć wiele, wiele zdarzeń zapłonu syntezy jądrowej na minutę i musisz mieć solidny system sterowników, aby to umożliwić”.

Jednak jest również optymistką, że przyszłość napędzana syntezą jądrową jest w zasięgu ręki.

„[To] prawdopodobnie nie jest za pięć dekad [dalej], jak zwykliśmy mówić” – dodała. „Myślę, że przesuwa się na pierwszy plan. Dzięki kilkudziesięcioletnim badaniom i inwestycjom… moglibyśmy zbudować elektrownie”.

Inwestycje finansowe mogą przyspieszyć komercjalizację

Aby urzeczywistnić przełom w energetyce jądrowej, LLNL polegał w dużej mierze na dotacjach publicznych i funduszach. Ale amerykańska sekretarz ds. energii Jennifer Granholm uważa, że ​​do syntezy jądrowej potrzebne są zarówno prywatne, jak i publiczne badania.

„Wiemy, że społeczność prywatnych funduszy cieszy się ogromnym zainteresowaniem… i zachęcamy do tego” — powiedziała na wtorkowej konferencji prasowej. „To pokazuje, że można to zrobić, co zawsze było pytaniem: czy możesz się tam dostać?”

„Przekroczenie tego progu pozwala [naukowcom] rozpocząć pracę nad lepszymi laserami, wydajniejszymi laserami, lepszymi kapsułami zabezpieczającymi itp. [Są to] rzeczy, które są niezbędne, aby umożliwić modularyzację i przeniesienie na skalę komercyjną”.

Na szczęście sektor prywatny wskakuje na pokład. Kim Budil zauważył, że wiele prywatnych firm bada produkcję inercyjnej syntezy jądrowej wraz z jej kuzynem, syntezą magnetyczną. (Fuzja magnetyczna wykorzystuje tokamaka, urządzenie w kształcie pączka, które wykorzystuje silne magnesy do utrzymywania plazmy w określonym kształcie).

Budil wierzy, że między fuzją magnetyczną, która jest „trochę z przodu” a przełomem w zapłonie w tym miesiącu, posiadanie naszego obecnego technologicznego „portfolia podejść jest naprawdę świetnym miejscem”.

Dodała: „Te społeczności będą się wzajemnie żywić, będziemy się uczyć, będziemy nadal rozwijać tę dziedzinę, a wiele technologii wyrośnie z obu dziedzin oprócz ścieżki do elektrowni termojądrowej”.

Wykorzystanie przełomu w syntezie jądrowej

Podczas konferencji prasowej Arata Prabhakar podzielił się z publicznością refleksją.

„Zastanawiałam się również nad tym, jak długa może być podróż od wiedzy do działania” – powiedziała. „Ponieważ minęło stulecie, odkąd odkryliśmy, że to fuzja [zasilająca gwiazdy]. A w tamtym stuleciu wymagało tak wielu różnych postępów, które ostatecznie połączyły się do tego stopnia, że ​​mogliśmy odtworzyć tę aktywność syntezy jądrowej w kontrolowany sposób w laboratorium”.

Czas – nawet w skali dziesięcioleci – to pojęcie znane inwestorom. Potrzebny jest czas, aby zarabiać pieniądze, inwestować pieniądze i widzieć wyniki tych inwestycji.

Jeśli synteza jądrowa może zostać sprowadzona na skalę komercyjną, oznacza to nieograniczoną energię dla ludzkości – i ogromny potencjał zarobkowy dla inwestorów, którzy pozostali w pobliżu.

Q.ai jest tutaj, aby pomóc Ci zainwestować w tę przyszłość i potencjał zarobkowy.

Z naszym Zestaw do czyszczenia technologii, nasza sztuczna inteligencja podsumowuje najlepsze dostępne innowacje w zakresie zielonej energii. Inwestycja w ten zestaw to szybki i łatwy sposób na zainwestowanie pieniędzy w budowanie lepszej przyszłości – i miejmy nadzieję, że przy okazji przyniesie to zwrot.

To łatwe, inteligentne i ekologiczne inwestowanie.

A jak powiedział we wtorek dyrektor LLNL Kim Budil: „Wyzwania naukowe i technologiczne na drodze do energii termojądrowej są zniechęcające, ale uczynienie pozornie niemożliwego możliwym jest wtedy, gdy jesteśmy najlepsi”.

Pobierz Q.ai już dziś dostępu do strategii inwestycyjnych opartych na sztucznej inteligencji.