Materialele, alimentarea cu combustibil și funcționarea continuă rămân toate probleme nerezolvate
La pachet: Startup-urile Fusion atrag sume record de bani, construiesc noi site-uri de testare și stabilesc date de livrare ambițioase. Sarcina mai grea este să demonstrezi că un reactor de fuziune poate produce energie electrică fiabilă la un cost pe care îl acceptă utilitățile. Deocamdată, tehnologia încă se confruntă cu obstacole majore înainte ca acele obiective comerciale să poată fi îndeplinite.
Pacific Fusion a inaugurat recent o instalație de testare din Albuquerque, New Mexico. Helion Energy spune că intenționează să furnizeze energie electrică Microsoft până în 2028. Alte companii își propun să construiască fabrici comerciale în anii 2030.
Banii din spatele acestor eforturi cresc. Startup-urile Fusion au strâns 3,8 miliarde de dolari în primele opt luni ale anului, potrivit PitchBook, mai mult decât cele 3,3 miliarde de dolari investite în tot anul trecut. Asociația Industriei Fuziunii spune că numărul companiilor private de fuziune s-a dublat în ultimii cinci ani, ajungând la peste 50.
Investiția reflectă un real progres științific. Cercetătorii de fuziune pot crea și limita plasmă la temperaturi de peste 100 de milioane de grade Celsius. În 2022, Instituția Națională de Aprindere de la Laboratorul Național Lawrence Livermore a obținut un câștig net de energie într-un experiment cu laser, producând mai multă energie de fuziune decât energia laser furnizată țintei sale de combustibil.
Acesta a fost un rezultat important al fizicii, dar nu a fost o demonstrație a unei centrale electrice. Experimentul a generat 3,15 megajouli de energie de fuziune, în timp ce cele 192 de lasere ale instalației au consumat aproximativ 422 de megajouli de electricitate. Rezultatul nu a luat în considerare costurile mai mari de energie și de operare ale instalației.
Această diferență este esențială pentru argumentul comercial. O centrală electrică trebuie să facă mai mult decât să declanșeze o reacție de fuziune. Trebuie să genereze mai multă energie electrică decât consumă întregul sistem, să funcționeze pe perioade lungi, să supraviețuiască în condiții extreme și să furnizeze o producție constantă rețelei.
Alain Bécoulet, om de știință șef la ITER, proiectul internațional de fuziune susținut de 34 de țări, se așteaptă ca instalațiile experimentale să producă energie de fuziune substanțială în următorul deceniu. Dar el a spus că aceste rezultate sunt probabil să vină în rafale scurte, care poate dura nu mai mult de 20 de secunde. Acesta nu este tipul de rețea de ieșire de care operatorii au nevoie. „Nu are rost. Nu poți vinde nimic dintr-o sursă intermitentă”, a declarat Bécoulet pentru The Financial Times.
Provocarea materialelor rămâne și ea nerezolvată. Un reactor de fuziune trebuie să reziste la căldură și radiații intense, care pot deteriora componentele interne și le pot face radioactive. Mohamed Abdou, profesor emerit de inginerie mecanică și aerospațială la UCLA, a spus că o defecțiune a camerei cu plasmă ar putea forța o oprire completă și ar necesita luni de lucrări de reparații.
Alimentarea cu combustibil este o altă problemă. Multe reactoare propuse s-ar baza pe tritiu, o formă rară de hidrogen. O fabrică comercială ar trebui să producă ea însăși cel puțin o parte din acest combustibil. Până acum, reproducerea tritiului a fost demonstrată doar în condiții de laborator.
Unii cercetători văd o cronologie mai graduală decât o prezintă startup-urile. Steven Cowley, directorul Laboratorului de Fizică a Plasmei din Princeton, a spus că este „încrezător” că o instalație pilot ar putea produce mai multă energie electrică decât consumă până la sfârșitul anilor 2030. Dar el a spus că o plantă pilot nu trebuie confundată cu una comercială.
„Aș dori să mențin în mintea noastră acea separare dintre centralele comerciale și cele pilot”, spune Cowley. El se așteaptă ca plantele timpurii să funcționeze ca demonstrații de tehnologie și să necesite aproximativ 10 ani de testare. Un reactor comercial, în opinia sa, este mai probabil la mijlocul secolului.
Startup-urile se confruntă cu presiunea de a promite rezultate mai devreme. Strângerea de bani este dificilă atunci când o companie nu poate oferi o cale clară către venituri. Helion spune că obiectivul său de a furniza Microsoft în 2028 reflectă munca pe șapte prototipuri.
Inertia Enterprises, care încearcă să comercializeze tehnologia dezvoltată la Lawrence Livermore, susține că decenii de cercetare publică au redus riscul științific. Directorul său executiv, Jeff Lawson, spune: „Nu trebuie să rezolvăm o problemă de fizică… Datorită guvernului SUA (în ultimii) 60 de ani și investiții de 30 de miliarde de dolari”.
Chiar dacă reactoarele funcționează, economia lor rămâne incertă. Majoritatea modelelor de fuziune ar folosi căldura din reacție pentru a crea abur și a antrena turbinele. Dar ar avea nevoie și de cantități substanțiale de electricitate pentru a încălzi, a închide și a menține plasma.
O analiză făcută de fostul inginer de sisteme General Fusion, Adam Jackson, a unui proiect conceptual al unei fabrici din 2023 a constatat că instalația va păstra aproximativ 60% din propria producție de energie electrică. Acest lucru ar lăsa aproximativ 40% disponibile pentru rețea, ceea ce înseamnă că reactorul ar trebui să genereze mai mult de două ori mai multă energie electrică decât o centrală termică convențională pentru a furniza aceeași cantitate de energie.
Unele companii au oferit estimări timpurii ale costurilor. General Fusion a estimat costuri ale energiei electrice între 64 și 73 USD pe megawat-oră pe durata de viață a unei centrale. Commonwealth Fusion Systems a citat o țintă de aproximativ 50 de dolari pe megawatt-oră. Agenția pentru Energie Nucleară estimează costul unei noi generații nucleare din SUA la aproximativ 71 de dolari pe megawat-oră și al energiei solare la scară de utilitate la aproximativ 38 de dolari pe megawat-oră.
Cercetarea de fuziune beneficiază de instrumente de calcul și sisteme AI mai bune care pot modela comportamentul plasmei mai detaliat. Dar industria nu a răspuns încă la întrebările cheie ale centralei electrice: dacă reactoarele pot funcționa continuu, cât de des vor defecta piesele, cum va funcționa întreținerea și cât va costa electricitatea în cele din urmă.
După cum spune Cowley, cercetătorii au învățat să „pună Soarele într-o sticlă”. Versiunea comercială, adaugă el, încă nu a fost construită: „Nu am pus-o într-o sticlă comercială”.
