Az anyagok, az üzemanyag-ellátás és a folyamatos működés továbbra is megoldatlan probléma
Az elvitel: A fúziós startupok rekord mennyiségű pénzt vonzanak, új teszthelyeket építenek, és ambiciózus szállítási dátumokat tűznek ki. A nehezebb feladat annak bizonyítása, hogy egy fúziós reaktor képes megbízható villamos energiát termelni olyan áron, amit a közszolgáltatók elfogadnak. Egyelőre a technológia még mindig komoly akadályokba ütközik, mielőtt ezeket a kereskedelmi célokat elérné.
A Pacific Fusion nemrégiben betört az új-mexikói albuquerque-i tesztüzemben. A Helion Energy azt állítja, hogy 2028-ig villamos energiát kíván biztosítani a Microsoft számára. Más vállalatok a 2030-as években kereskedelmi üzemek építését tervezik.
Az erőfeszítések mögött meghúzódó pénz egyre nő. A PitchBook adatai szerint a fúziós startupok 3,8 milliárd dollárt gyűjtöttek az év első nyolc hónapjában, ami több, mint a tavaly egész évben befektetett 3,3 milliárd dollár. A Fusion Industry Association szerint a fúziós magáncégek száma megduplázódott az elmúlt öt évben, több mint 50-re.
A beruházás valódi tudományos fejlődést tükröz. A fúziós kutatók 100 millió Celsius fok feletti hőmérsékleten képesek plazmát létrehozni és behatárolni. 2022-ben a Lawrence Livermore National Laboratory nemzeti gyújtóberendezése nettó energianyereséget ért el egy lézerkísérlet során, és több fúziós energiát termelt, mint amennyi lézerenergiát juttatott az üzemanyag céljára.
Ez fontos fizikai eredmény volt, de nem erőmű bemutató. A kísérlet 3,15 megajoule fúziós energiát termelt, míg a létesítmény 192 lézere körülbelül 422 megajoule elektromosságot fogyasztott. Az eredmény nem számolt a létesítmény tágabb energia- és üzemeltetési költségeivel.
Ez a különbség a kereskedelmi érvelés központi eleme. Egy erőműnek többet kell tennie, mint egy fúziós reakciót kiváltani. Több villamos energiát kell termelnie, mint amennyit a teljes rendszer fogyaszt, hosszú ideig kell működnie, túl kell élnie a szélsőséges körülményeket, és egyenletes teljesítményt kell szolgáltatnia a hálózatnak.
Alain Bécoulet, a 34 ország által támogatott nemzetközi fúziós projekt, az ITER vezető tudósa arra számít, hogy a kísérleti létesítmények jelentős fúziós energiát állítanak elő a következő évtizedben. De azt mondta, hogy ezek az eredmények valószínűleg rövid sorozatokban jönnek, amelyek legfeljebb 20 másodpercig tartanak. Nem erre van szüksége a kimeneti hálózat üzemeltetőinek. „Semmi értelme. Nem adhatsz el semmit (szakaszos forrásból)” – mondta Bécoulet a The Financial Timesnak.
Az anyagokkal kapcsolatos kihívás szintén megoldatlan. A fúziós reaktornak ellenállnia kell az intenzív hőnek és sugárzásnak, amely károsíthatja a belső alkatrészeket és radioaktívvá teheti azokat. Mohamed Abdou, az UCLA gépészeti és repülőgépmérnöki professzora azt mondta, hogy a plazmakamra meghibásodása teljes leállásra kényszerítheti, és hónapokig tartó javítási munkákat igényelhet.
Az üzemanyag-ellátás egy másik kérdés. Sok javasolt reaktor tríciumra, a hidrogén ritka formájára támaszkodna. Egy kereskedelmi üzemnek ennek az üzemanyagnak legalább egy részét magának kellene előállítania. A trícium nemesítését eddig csak laboratóriumi körülmények között mutatták ki.
Egyes kutatók fokozatosabb ütemtervet látnak, mint amennyit a startupok bemutatnak. Steven Cowley, a Princetoni Plazmafizikai Laboratórium igazgatója azt mondta, „bízik” abban, hogy egy kísérleti létesítmény több áramot termelhet, mint amennyit fogyaszt a 2030-as évek végére. De azt mondta, hogy a kísérleti üzemet nem szabad összetéveszteni egy kereskedelmi üzemmel.
„Szeretném tisztán tartani a kereskedelmi és kísérleti üzemek közötti elválasztást” – mondja Cowley. Arra számít, hogy a korai üzemek technológiai bemutatóként működnek, és körülbelül 10 éves tesztelést igényelnek. Véleménye szerint a kereskedelmi reaktor valószínűleg a század közepe táján valósul meg.
Az induló vállalkozások nyomással szembesülnek, hogy hamarabb ígérjenek eredményeket. Nehéz pénzt szerezni, ha egy vállalat nem tud egyértelmű utat kínálni a bevételhez. A Helion azt állítja, hogy a Microsoft 2028-as szállítására vonatkozó célkitűzése hét prototípuson végzett munkát tükröz.
Az Inertia Enterprises, amely a Lawrence Livermore-nál kifejlesztett technológiát próbálja kereskedelmi forgalomba hozni, azzal érvel, hogy az évtizedes állami kutatások csökkentették a tudományos kockázatot. Vezérigazgatója, Jeff Lawson azt mondja: „Nem kell fizikai problémát megoldanunk… Hála az Egyesült Államok kormányának (az elmúlt) 60 évének és 30 milliárd dolláros befektetésének.”
Még ha a reaktorok működnek is, gazdaságosságuk bizonytalan marad. A legtöbb fúziós terv a reakcióból származó hőt használja fel gőz- és hajtóturbinák létrehozására. De jelentős mennyiségű elektromos áramra is szükségük lenne a plazma fűtéséhez, korlátozásához és karbantartásához.
A korábbi General Fusion rendszermérnök, Adam Jackson egy 2023-as koncepcionális erőműterv áttekintése megállapította, hogy a létesítmény megtartja saját villamosenergia-termelésének nagyjából 60%-át. Ez körülbelül 40%-ot hagyna a hálózat rendelkezésére, ami azt jelenti, hogy a reaktornak több mint kétszer annyi villamos energiát kellene termelnie, mint egy hagyományos hőerőműnek, hogy ugyanannyi energiát adjon le.
Egyes cégek korai költségbecsléseket ajánlottak fel. A General Fusion az erőmű élettartama alatt megawattóránként 64 és 73 dollár közötti villamosenergia-költséget tervez. A Commonwealth Fusion Systems megawattóránként 50 dollár körüli célt jelölt meg. A Nukleáris Energia Ügynökség becslése szerint az új amerikai atomenergia-termelés megawattóránként körülbelül 71 dollár, a közüzemi szintű napenergia pedig körülbelül 38 dollár megawattóránként.
A fúziós kutatás hasznot húz a jobb számítástechnikai eszközökből és az AI-rendszerekből, amelyek részletesebben tudják modellezni a plazma viselkedését. Az ipar azonban még nem válaszolt az erőművi kulcskérdésekre: működhetnek-e folyamatosan a reaktorok, milyen gyakran fognak meghibásodni az alkatrészek, hogyan fog működni a karbantartás, és végül mennyibe kerül az áram.
Ahogy Cowley mondja, a kutatók megtanulták „palackba tenni a Napot”. Hozzáteszi, hogy a kereskedelmi változat még nem készült el: „Nem tettük kereskedelmi palackba.”