Wizyta w Helion Energy, gdy region Seattle był spowity dymem

W czwartek, 20 października, wybrałem się w podróż reporterską do Everett w stanie Waszyngton, aby odwiedzić Energia Helionu, startup fuzyjny, który zebrał prawie 600 milionów dolarów od wielu stosunkowo dobrze znanych inwestorów z Doliny Krzemowej, w tym Petera Thiela i Sama Altmana. Zaciąga kolejne 1.7 miliarda dolarów zobowiązań, jeśli osiągnie określone cele skuteczności.

Ponieważ synteza jądrowa może wytwarzać nieograniczone ilości czystej energii bez generowania trwałych odpadów nuklearnych, często nazywa się ją „świętym Graalem” czystej energii. Święty Graal pozostaje jednak nieuchwytny, ponieważ odtworzenie fuzji na Ziemi w sposób, który generuje więcej energii potrzebnej do rozpalenia reakcji i może być podtrzymywane przez dłuższy czas, było jak dotąd nieosiągalne. Gdybyśmy tylko mogli komercjalizować syntezę jądrową tutaj na Ziemi i na dużą skalę, wszystkie nasze problemy energetyczne zostałyby rozwiązane, twierdzą zwolennicy fuzji. 

Fusion również było na horyzoncie od dziesięcioleci, tuż poza zasięgiem, pozornie mocno zakorzenione w technoutopii, która istnieje tylko w powieściach science fiction fantasy.

Ale odwiedzenie ogromnego miejsca pracy i laboratorium Helion Energy wyprowadziło ideę fuzji z całkowicie fantastycznej i potencjalnie realnej dla mnie. Oczywiście „potencjalnie realne” nie oznacza, że ​​fuzja będzie opłacalnym komercyjnie źródłem energii zasilającym Twój dom i mój komputer w przyszłym roku. Ale to już nie przypomina lotu statkiem kosmicznym na Plutona.

Kiedy przechodziłem przez ogromne budynki Helion Energy w Everett, jeden w pełni sprawny, a drugi wciąż w budowie, uderzyło mnie, jak wszystko wyglądało w dzień roboczy. Sprzęt budowlany, maszyny, kable zasilające, stoły warsztatowe i niezliczone części składowe przypominające statek kosmiczny są wszędzie. Plany są realizowane. Konstruowane i testowane są dziko wyglądające maszyny.

Dla pracowników Helion Energy budowa urządzenia termojądrowego to praca. Codzienne chodzenie do biura oznacza wkładanie części A do części B i części C, majstrowanie przy tych częściach, testowanie ich, a następnie umieszczanie ich z większą liczbą części, testowanie ich, rozkładanie tych części na części, jeśli coś nie działa dobrze, a następnie składanie go z powrotem, aż to zrobi. A potem przejście do części D i części E.

Data mojej wizyty jest również istotna dla tej historii, ponieważ dodała drugą warstwę dziwności-staje się-realna do mojej reporterskiej podróży. 

20 października region Seattle Everett został pokryty niebezpiecznymi poziomami dymu z pożaru. Wskaźnik jakości powietrza dla Everetta wyniósł 254, co według IQ Air.

„Kilka pożarów płonących na północy Kaskad było podsycanych ciepłymi, suchymi i wietrznymi warunkami pogodowymi. Wschodnie wiatry roznieciły pożary, a także skierowały powstały dym na zachód, w kierunku Everett i regionu Seattle.” Christi Chester Schroeder, powiedział mi kierownik ds. jakości powietrza w IQAir North America.

Globalne ocieplenie pomaga podsycać te pożary, Denise L. Mauzerall, powiedział mi profesor inżynierii środowiska i spraw międzynarodowych w Princeton.

„Zmiany klimatu przyczyniły się do wysokich temperatur i suchych warunków, które w tym roku panowały na północno-zachodnim wybrzeżu Pacyfiku” – powiedział Mauzerall. „Te warunki pogodowe, zaostrzone przez zmianę klimatu, zwiększyły prawdopodobieństwo i dotkliwość pożarów, które są odpowiedzialne za wyjątkowo złą jakość powietrza”.

Było tak źle, że Helion po raz pierwszy w życiu kazał wszystkim swoim pracownikom zostać w domu. Kierownictwo uznało za zbyt niebezpieczne proszenie ich o opuszczenie domów.

Okoliczności mojej wizyty doprowadziły do ​​niewygodnej bitwy. Z jednej strony miałem nowo odkryte poczucie nadziei na możliwość energii syntezy jądrowej. Jednocześnie zmagałem się wewnętrznie z głębokim poczuciem lęku przed stanem świata.

Nie byłam sama w poczuciu ciężaru chwili. „To bardzo niezwykłe” Chris Pihl, współzałożyciel i dyrektor ds. technologii w Helion, powiedział o dymie.

Pihl pracuje nad fuzją od prawie dwóch dekad. Widział, jak ewoluuje od sfery fizyków akademickich do dziedziny, śledzonej przez reporterów i gromadzącej miliardy w inwestycjach. Ludzie pracujący nad fuzją stali się fajnymi dzieciakami, słabszymi bohaterami. Ponieważ wspólnie przekreślamy realistyczną nadzieję na utrzymanie się w granicach docelowego ocieplenia o 1.5 stopnia, a globalne zapotrzebowanie na energię stale rośnie, synteza jądrowa jest domową ucieczką, która czasami wydaje się jedynym rozwiązaniem.

„To nie jest dążenie akademickie, a altruistyczne, i myślę, że w tym momencie staje się bardziej grą o przetrwanie, z tym, jak się sprawy mają”, powiedział mi Pihl, gdy siedzieliśmy w pustych biurach Helion, patrząc na ściana szarego dymu. „Więc jest to konieczne. I cieszę się, że zwraca na siebie uwagę”.

CEO i współzałożyciel David Kirtley oprowadził mnie po rozległej przestrzeni laboratoryjnej, w której Helion pracuje nad konstruowaniem komponentów do swojego systemu siódmej generacji, Polaris. Każde pokolenie dowiodło, że połączenie fizyki i inżynierii jest potrzebne, aby urzeczywistnić specyficzne podejście Helion do fuzji. Prototyp szóstej generacji, Trenta, został ukończony w 2020 roku i okazał się w stanie osiągnąć 100 milionów stopni Celsjusza, co jest kluczowym kamieniem milowym w udowodnieniu podejścia Helion.

Polaris ma udowodnić między innymi, że może osiągnąć energię elektryczną netto – to znaczy generować więcej niż zużywa – i już rozpoczął projektowanie systemu ósmej generacji, który będzie pierwszym systemem klasy komercyjnej. Celem jest zademonstrowanie, że Helion może wytwarzać energię elektryczną z syntezy jądrowej do 2024 roku i mieć moc w sieci do końca dekady, powiedział mi Kirtley.

Część możliwości doprowadzenia energii z syntezy jądrowej do sieci elektrycznej w Stanach Zjednoczonych zależy od czynników, których Helion nie może kontrolować — ustanowienia procesów regulacyjnych z Komisją Regulacji Jądrowych oraz procesów licencjonowania w celu uzyskania wymaganych zezwoleń na połączenia sieciowe, procesu, który Kirtley już wcześniej stosował. powiedziane może wynosić od kilku lat do nawet dziesięciu lat. Ponieważ istnieje tak wiele przeszkód regulacyjnych niezbędnych do włączenia syntezy jądrowej do sieci, Kirtley powiedział, że spodziewa się, że ich pierwszymi płacącymi klientami będą prawdopodobnie klienci prywatni, na przykład firmy technologiczne, które mają energochłonne centra danych. Współpraca z firmami użyteczności publicznej potrwa dłużej.

Jedna część systemu Polaris, która wygląda prawdopodobnie najbardziej nie z tego świata dla eksperta, który nie jest fuzją (takiego jak ja), Test wtryskiwaczy Polaris, czyli sposób, w jaki paliwo do reaktora termojądrowego dostanie się do urządzenia.

Prawdopodobnie najlepiej znana metoda fuzji obejmuje tokamak, urządzenie w kształcie pączka, które wykorzystuje super silne magnesy do utrzymywania plazmy, w której może zachodzić reakcja fuzji. Międzynarodowy wspólny projekt syntezy jądrowej o nazwie ITER („droga” po łacinie) buduje ogromny tokamak w południowej Francji, aby udowodnić wykonalność syntezy jądrowej.

Helion nie buduje tokamaka. Buduje długie, wąskie urządzenie zwane Field Reversed Configuration (FRC), a następna wersja będzie miała około 60 stóp długości.

Paliwo jest wtryskiwane w krótkich, maleńkich seriach na obu końcach urządzenia, a prąd elektryczny płynący w pętli ogranicza plazmę. Magnesy wystrzeliwują sekwencyjnie w impulsach, wysyłając plazmy na obu końcach strzelających do siebie z prędkością większą niż milion mil na godzinę. Plazmy zderzają się ze sobą w centralnej komorze syntezy jądrowej, gdzie łączą się w supergorącą, gęstą plazmę, która osiąga 100 milionów stopni Celsjusza. To tutaj zachodzi fuzja, generująca nową energię. Cewki magnetyczne, które ułatwiają kompresję plazmy, również odzyskują generowaną energię. Część tej energii jest odzyskiwana i wykorzystywana do ładowania kondensatorów, które pierwotnie zasilały reakcję. Dodatkową dodatkową energią jest energia elektryczna, którą można wykorzystać.  

Kirtley porównuje pulsowanie ich maszyny termojądrowej do tłoka.

„Skompresujesz paliwo, pali się bardzo gorąco i bardzo intensywnie, ale tylko przez chwilę. A ilość ciepła uwalnianego w tym małym pulsie to coś więcej niż wielkie ognisko, które pali się przez cały czas” – powiedział mi. „A ponieważ jest to impuls, ponieważ jest to tylko jeden mały impuls o wysokiej intensywności, możesz sprawić, że te silniki będą znacznie bardziej kompaktowe, znacznie mniejsze”, co jest ważne dla obniżenia kosztów.

Pomysł właściwie nie jest nowy. Teoretyzowano o tym w latach 1950. i 60., powiedział Kirtley. Ale nie było to możliwe do czasu opracowania nowoczesnych tranzystorów i półprzewodników. Zarówno Pihl, jak i Kirtley przyglądali się syntezie termojądrowej wcześniej w swojej karierze i nie byli przekonani, że jest to opłacalne ekonomicznie, dopóki nie doszli do tego projektu FRC. 

Kolejna fosa do przekroczenia: ten projekt wykorzystuje paliwo, które jest bardzo rzadkie. Paliwem dla podejścia Helion jest deuter, izotop wodoru, który jest dość łatwy do znalezienia, oraz hel XNUMX, który jest bardzo rzadkim typem helu z jednym dodatkowym neutronem.

„Kiedyś mówiliśmy, że trzeba udać się w kosmos, aby zdobyć hel XNUMX, ponieważ jest on tak rzadki” – powiedział Kritley. Aby umożliwić zwiększenie skali swojej maszyny termojądrowej, Helion opracowuje również sposób na wytwarzanie helu XNUMX za pomocą syntezy termojądrowej.

Nie ma wątpliwości, że Helion ma wiele etapów i procesów oraz przeszkód regulacyjnych, zanim będzie mógł dostarczyć światu nieograniczoną czystą energię, do czego dąży. Ale sposób, w jaki to jest chodzić po ogromnym, szeroko otwartym laboratorium - z jednymi z największych wentylatorów sufitowych, jakie kiedykolwiek widziałem - wydaje się możliwy w sposób, którego nigdy wcześniej nie czułem. Gdy tego dnia wyszedłem z powrotem w dym, byłem bardzo wdzięczny za tę dawkę nadziei.

Ale większość ludzi tego dnia nie zwiedzała laboratorium Helion Energy. Większość ludzi siedziała utknęła w środku lub narażała się na ryzyko na zewnątrz, nie mogąc zobaczyć horyzontu, nie mogąc zobaczyć przyszłości, w której budowa maszyny do syntezy jądrowej jest pracą wykonywaną jak mechanik pracujący w garażu. Zapytałem Kirtleya o walczące uczucie rozpaczy z powodu dymu i nadziei na montaż części fuzyjnych.

„Dysonans poznawczy czasami tego, co widzimy na świecie i tego, co możemy tu zbudować, jest dość ekstremalny” – powiedział Kirtley.

„Dwadzieścia lat temu byliśmy mniej optymistycznie nastawieni do syntezy jądrowej”. Ale teraz jego oczy błyszczą, kiedy oprowadza mnie po laboratorium. „Jestem bardzo podekscytowany. Staję się bardzo – możesz to powiedzieć – jestem bardzo pobudzony.”

Inni młodzi naukowcy również są podekscytowani fuzją. Na początku tygodnia, kiedy odwiedziłem, Kirtley był na konferencji Wydziału Fizyki Plazmy Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, wygłaszając wykład.

„Pod koniec mojej rozmowy wyszedłem i było ze mną 30 lub 40 osób, a na korytarzu rozmawialiśmy przez półtorej godziny o branży” – powiedział. „Podekscytowanie było ogromne. I wiele z nich było z młodszymi inżynierami i naukowcami, którzy są albo doktorantami, albo doktorami, albo w ciągu pierwszych 10 lat swojej kariery, którzy są naprawdę podekscytowani tym, co robi prywatny przemysł.