Dyrektor generalny Tokamak Energy widzi obiecujące dni dla syntezy jądrowej

Biorąc pod uwagę wszystkie najnowsze wiadomości dotyczące postępów w syntezie jądrowej, w tym oświadczenie Departamentu Energii, że naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory osiągnęli reakcję syntezy jądrowej z zyskiem energii netto, pojawiła się niedawno okazja do przeprowadzenia wywiadu z Chrisem Kelsallem, dyrektorem generalnym Tokamak Energy , wydawało się przypadkowe.

W piątkowym e-mailu Kelsall nazwał ogłoszenie DOE „imponującym wynikiem. Ścigamy się z czasem, aby wycofać paliwa kopalne i uczynić syntezę jądrową dostępnym na całym świecie rozwiązaniem zaspokajającym światowe potrzeby energetyczne. Postęp tego rodzaju jest świetny dla branży, ponieważ coraz więcej prywatnych i publicznych inwestycji wpływa na technologię syntezy jądrowej”.

Podczas naszego wywiadu, przeprowadzonego przed ogłoszeniem DOE, Kelsall zwrócił uwagę, że marginalny zysk energii netto, taki jak ten zgłoszony przez Livermore w zeszłym tygodniu (3.15 megadżuli energii wyjściowej z dostarczonego wkładu 2.05 megadżuli) jest jednak ułamkiem wielkości przyrostu energii netto, który ostatecznie musi zostać osiągnięty, aby technologia syntezy jądrowej była naprawdę skalowalna.

„Tu nie chodzi wyłącznie o udowodnienie zysku energii netto” – powiedział mi. „Naukowcy nazywają to Q większym niż jeden. To nie jest wystarczający warunek dla komercyjnej energii termojądrowej. W rzeczywistości musimy dojść do co najmniej Q większego niż dziesięć. „Dążymy do uzyskania Q 25 dla optymalnej komercyjnej syntezy jądrowej, aby zapewnić stałe źródło energii dla domów i przemysłu”.

Kelsall twierdzi, że firma jest na dobrej drodze do zademonstrowania czystej energii gotowej do podłączenia do sieci na początku lat 2030. XX wieku. „Sferyczny tokamak ma znaczną przewagę wydajności na drodze do opłacalnej energii termojądrowej w kompaktowych elektrowniach, które mają być stosowane na całym świecie. Nasza technologia wykorzystuje silne pola magnetyczne do przechowywania plazmy – paliwa fuzyjnego – w sferycznym tokamaku, który zapewnia ciągłą moc wyjściową. Obecnie koncentrujemy się na rozwijaniu krytycznego know-how dla naszego zaawansowanego prototypowego urządzenia do syntezy jądrowej ST80-HTS i naszej pilotażowej instalacji ST-E1, pracując nad zapewnieniem wszystkim czystej, bezpiecznej i niedrogiej syntezy jądrowej”.

Z siedzibą w Milton Park, położonym na południe od Oksfordu i na zachód od Londynu, firma Tokamak Energy została założona w 2009 roku. „Była to firma wydzielona z laboratoriów badawczych Culham, które znajdują się na północ od naszej siedziby” — mówi Kelsall. „Laboratoria są powiązane z Uniwersytetem Oksfordzkim i mają dość długi rodowód w badaniu technologii syntezy jądrowej, sięgający kilku dekad wstecz. Więc mamy około 13 lat. Jeszcze kilka lat temu mieliśmy tylko kilkadziesiąt osób. Teraz jest nas ponad 230 osób i mamy ponad 20 narodowości personelu, różnych typów fizyków, różnych typów inżynierów”.

Działalność Tokamak Energy koncentruje się wokół dwóch kluczowych technologii: Unikalny sferyczny system obudowy Tokamak stworzony przez firmę; oraz magnesy z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS), które są integralną częścią jego funkcji. Słowo „tokamak” pochodzi od rosyjskiego akronimu oznaczającego „komorę toroidalną z cewkami magnetycznymi”. Mówiąc najprościej, jest to urządzenie zaprojektowane do tworzenia i powstrzymywania reakcji jądrowej, która symuluje syntezę plazmy zachodzącą w Słońcu i we wszystkich innych gwiazdach.

Magnesy nadprzewodzące zostały zaprojektowane tak, aby symulować masywne pole grawitacyjne Słońca i ograniczać plazmę. Plazma jest tworzona przez przegrzanie gazowego paliwa wodorowego, aż utworzy naładowaną elektrycznie plazmę, czwarty stan skupienia materii, który nie jest ani ciałem stałym, ani cieczą, ani gazem. Wynikająca z tego reakcja syntezy jądrowej tworzy tylko niewielką sygnaturę radioaktywną, która nie powoduje długoterminowych, wysokoaktywnych odpadów ani związanych z nimi problemów związanych z utylizacją, typowych dla obecnej technologii rozszczepienia jądrowego.

Badania nad podstawową technologią tokamaka rozpoczęto po raz pierwszy w latach 1960. XX wieku przy użyciu modułów zabezpieczających, które przypominały pączki pierścieniowe. Tokamak Energy wykorzystuje zmodyfikowaną wersję, która ma kulisty kształt, podobny do jabłka bez rdzenia. Obecnym celem firmy jest rozpoczęcie wdrażania floty niewielkich elektrowni, z których każda będzie w stanie dostarczyć do sieci 500 megawatów do połowy lat 2030. XX wieku.

Kelsall twierdzi, że niewielka powierzchnia zajmowana przez „nie więcej niż jedno lub dwa boiska piłkarskie” w połączeniu z minimalną radioaktywnością, odpadami i problemami z utylizacją umożliwi lokalizację elektrowni w centrach ludności i przemysłu lub w ich pobliżu, radykalnie redukując w ten sposób koszty i czas opóźnienia związane z koniecznością budowy dużej elektroenergetycznej infrastruktury przesyłowej.

Nic dziwnego, że Kelsall postrzega rynki energii jako zdecydowanie największą szansę rynkową – i zapotrzebowanie – na energię termojądrową. „Wiemy, że aby osiągnąć nasze cele klimatyczne, świat będzie musiał się masowo zelektryfikować” – mówi. „Nasze przyszłe sieci również będą musiały znacznie wzrosnąć. Widzimy więc, że rynki mocy reprezentują około 60% całkowitej możliwej do adresowania możliwości rynkowej dla fuzji”.

Dekarbonizacja trudnych do obniżenia sektorów przemysłu, takich jak stal, chemia, cement i inne, jest drugą co do wielkości potencjalną nagrodą fuzji. „Często jest to pomijane, ale ma kluczowe znaczenie” — mówi Kelsall. „Postrzegamy to jako 30% naszego docelowego rynku globalnego, wraz z połączonymi możliwościami ogrzewania i zasilania”.

Ale co z odnawialnymi źródłami energii, wiatrem i słońcem? „Naszym zdaniem odnawialne źródła energii są nadal bardzo ważne, ale wyzwanie, przed którym stoimy, polega na tym, że same one nie doprowadzą nas do celów, których potrzebujemy na całym świecie”, odpowiada Kelsall. „Tu nie chodzi tylko o klimat. Chodzi też o bezpieczeństwo energetyczne.

„Bieżąca sytuacja na Ukrainie przypomniała nam, że nie chodzi tylko o obniżenie kosztów systemowych, gdzie synteza jądrowa jest uzupełnieniem OZE. Chodzi również o zapewnienie odporności, elastyczności i dywersyfikacji globalnych dostaw energii, tak aby w przypadku odcięcia jednego źródła energii nie znaleźliśmy się w całkowitym kryzysie. W dzisiejszym świecie przypomina się nam, że bezpieczeństwo energetyczne jest bezpieczeństwem narodowym i myślę, że wielu rządom przypomniano o tym w bolesny sposób. Europa była bardzo odsłonięta. Jest to więc kwestia osiągnięcia celów klimatycznych za pomocą syntezy jądrowej, która stanowi kluczowe uzupełnienie odnawialnych źródeł energii. Chodzi o bezpieczeństwo energetyczne. Chodzi o niższe koszty. To jest trylemat – musi też być przystępny cenowo”.

Kelsall mówi, że w ciągu dwóch lat, odkąd objął stanowisko dyrektora generalnego Tokamak Energy, zaobserwował dramatyczny wzrost zainteresowania inwestorów sektorem syntezy jądrowej. „W ciągu ostatnich 12 miesięcy nastąpiła bardzo znacząca, jak sądzę namacalna zmiana w apetycie inwestorów i zainteresowaniu przestrzenią syntezy jądrowej”, mówi. „W ostatnich latach sektor miał ponad 5 miliardów dolarów inwestycji kapitałowych pochodzących od czołowych instytucjonalnych, państwowych i strategicznych nazwisk, a także wpływowych osób o bardzo wysokiej wartości netto i zasiedziałych operatorów energetycznych – często za pośrednictwem ich jednostek wysokiego ryzyka”.

Uważa również, że inicjatywy rządów w Europie, a ostatnio także w Stanach Zjednoczonych, mające na celu nadanie priorytetu finansowaniu badań i rozwoju związanych z syntezą jądrową, są bardzo zachęcające. „Naprawdę szanujemy i podziwiamy ekosystem, który powstaje w Stanach Zjednoczonych. Mieliśmy kilka świetnych partnerstw z University of Illinois i Princeton Plasma Physics Laboratory, Oak Ridge i innymi, i chcemy kontynuować tę podróż” – mówi Kelsall.

„Rząd Stanów Zjednoczonych uznał, że fuzja ma znaczenie geostrategiczne i uruchomił publiczny/prywatny program finansowania oparty na kamieniach milowych, który jest odpowiednikiem wcześniejszego programu, który ostatecznie dał SpaceX jako preferowanego dostawcę orbitalnych platform transportowych NASA. Innym dużym pozytywem jest oczywiście ustawa o redukcji inflacji, która obejmowała fundusze w wysokości 280 milionów dolarów przeznaczone dla Departamentu Energii na rozwój badań i rozwoju w zakresie syntezy jądrowej.

Ogólnie rzecz biorąc, obecnie jest to coraz bardziej obiecujące środowisko inwestycyjne dla osób zaangażowanych w badania i rozwój energii termojądrowej. Wyzwaniem dla Tokamak Energy i innych aspirujących firm zajmujących się syntezą jądrową jest wykazanie, że ich odpowiednie technologie i procesy mogą osiągnąć takie wielkości zysków netto energii, które uczynią je skalowalnymi w sposób ekonomiczny.

Jak mówi Kelsall, jest to wyścig z czasem, który z każdym dniem staje się coraz bardziej naglący.