Във въздуха витае нервна възбуда. Половин дузина учени седят зад компютърни екрани, прелиствайки между панелите, докато правят проверки в последния момент. „Отидете и направете пистолета опасен“, казва един от тях на техник, който се вмъква в съседна камера. Чува се нисък звуков сигнал. „Готово“, казва лицето, което провежда теста. Контролната зала замлъкна. Тогава бум.
В съседство 3 кг барут са компресирали 1500 литра водород до 10 000 пъти атмосферното налягане, изстрелвайки снаряд по 9-метровата цев на двустепенен лек газов пистолет със скорост от 6,5 км в секунда, около 10 пъти по-бързо от куршум от пушка.
На мониторите учените проверяват следващия етап, когато снарядът се удря в целта - малък прозрачен блок, внимателно проектиран да усилва силата на сблъсъка. Снарядът трябва да уцели целта си перфектно. Най-малкото завъртане рискува да дерайлира внимателно калибрираната физика.
„Слава Богу“, възкликва един от техниците, след като прегледа видео възпроизвеждане на въздействието на научната артилерия. Това беше идеалният удар.
Тези в стаята на First Light Fusion, в бизнес парк извън английския град Оксфорд, току-що бяха свидетели на още една обнадеждаваща стъпка в 60-годишна мисия за отговор на един от най-сложните проблеми на науката: как да се използва реакцията на синтез който захранва слънцето да генерира чисто, неограничено електричество на Земята.
Потенциалът на термоядрената енергия, въведен за първи път от Съветския съюз, измъчва учените от десетилетия, но винаги е изглеждал недостижим.
„Терметичният синтез е може би най-голямото техническо предизвикателство, което човечеството някога е поемало“, казва Артър Търъл, чиято книга Строителите на звезди описва продължилите десетилетия усилия на инженери, физици и математици да постигнат това, което някои все още вярвам е невъзможно. „Колко близо е зависи не от времето, а от волята, инвестицията и ангажираността на ресурсите, за да стигнем наистина до там.“
Все по-голям брой частни компании, включително First Light, сега се надяват да комерсиализират тези години на публични изследвания, като докажат, че термоядрената енергия може да работи и я свържат към мрежата веднага след 2030 г.
За разлика от ядреното делене, когато атомите се разделят, синтезът не произвежда значителни радиоактивни отпадъци и никога не може да доведе до ядрена авария, като Чернобил. Най-ефективните химически суровини за синтез - деутерий и тритий - също са широко достъпни.
Само една чаша от горивото, създадено от процеса, има енергийния потенциал на 1 милион галона петрол и може да генерира, в зависимост от подхода на термоядрен синтез, до 9 милиона киловатчаса електричество, достатъчно за захранване на дом за повече от 800 години, изчисляват учените.
Тези характеристики, казват привържениците му, означават, че термоядреният синтез, чрез осигуряване на евтино електричество с неограничени нулеви емисии, може наистина да спаси света.
„Не мога да бъда по-оптимистично настроен“, казва венчър капиталистът от Силициевата долина Сам Олтман, който наскоро инвестира 375 милиона долара в американската стартираща компания за синтез Helion. „Освен че е най-добрият ни път за излизане от климатичната криза, по-евтината енергия е трансформираща за обществото.“
Идея от съветската епоха, взета в частност
Съветските физици разработиха първата термоядрена машина през 50-те години на миналия век, използвайки подход, известен като магнитен термоядрен синтез. Токамак - съкращение на руски за тороидална камера с магнитни намотки - позволява плазма от деутерий и тритий, и двата водородни изотопа, да се задържат на място от мощни магнити и да се нагряват до температури, по-горещи от слънцето, така че атомните ядра да се слеят, създавайки хелий и освобождаване на енергия в процеса.
Проблемът е, че макар учените да са умели да сливат двата изотопа, съветският токамак и всички други системи за синтез, разработени след това, изискват огромно количество енергия. И за повече от половин век опити никоя група не е успяла да генерира повече енергия от реакция на синтез, отколкото системата консумира.
„Кога ще получим електричество от термоядрен синтез? Кой, по дяволите, знае? казва Стивън Кривит, научен писател, който в продължение на 20 години е критичен наблюдател на фалстартите на термоядрената енергия. „Докато не видим някой да доставя електроенергия рентабилно, ние все още се занимаваме с наука, а не с технологии.“
Но след поредица от пробиви в публичния и частния сектор през последните шест месеца, някои участници в индустрията са много по-обнадеждени. В Китай през май машина, известна като East - Experimental Advanced Superconducting Tokamak - успя да поддържа термоядрена реакция при 120 милиона градуса по Целзий за рекордните 101 секунди. Температури над 100 m C, обикновено необходими за термоядрения синтез с магнитно задържане, са били достигани и преди, но никога не са поддържани толкова дълго време.
След това през септември базирана в Бостън стартираща компания демонстрира използването на високотемпературен свръхпроводник за генериране на много по-силно магнитно поле от традиционния токамак. Групата Commonwealth Fusion Systems, израснала от Масачузетския технологичен институт, вярва, че откритието ще й позволи да направи по-ефективна термоядрена машина, която ще бъде по-малка, по-евтина и по-жизнеспособна като търговски източник на енергия.
Боб Мумгаард, главен изпълнителен директор на CFS, сравнява пробива с еволюцията на компютрите. „Компютрите, когато имаха вакуумни тръби, заемаха цели стаи. Тогава, когато имаха транзистори, можете да направите компютрите по-малки и изведнъж хората, които не се занимаваха с компютри, можеха да правят компютри“, казва той.
„Фюжън има толкова много наистина желани качества, ако се замислите какво е необходимо на целия свят, за да живее по начина, по който хората заслужават да живеят, и също така да има годна за живеене планета“, казва той. Следващата стъпка към производството на електроенергия е изграждането на демонстрационен завод, наречен Sparc, около половината от размера на тенис корт, който CFS се надява да постигне нетна енергия до 2025 г. и след това на търговска електроцентрала през 2030 г.
„Използваме познатата наука с ново инженерство и нови материали“, казва Франческа Фераза, физик в италианската нефтена компания Eni, която си сътрудничи с MIT от 2008 г. и е най-големият външен инвеститор в CFS. „Амбицията би била да бъдем играч в областта на [термичната енергия] със значително присъствие в различни части на веригата на стойността“, казва тя.
„Фюжън идва, по-бързо, отколкото очаквате“, казва Андрю Холанд, главен изпълнителен директор на новосформираната Fusion Industry Association, според която броят на частните фирми в сектора в световен мащаб е 35 и расте.
Търпеливо чакане
Частното участие в сектора е сравнително ново. През втората половина на 20-ти век изследванията в областта на термоядрения синтез бяха развити от международни публични консорциуми и най-големите проекти в света остават финансирани от правителството.
Министерството на енергетиката на САЩ помогна за създаването на Центъра за плазмен синтез на Масачузетския технологичен институт — сега Център за плазмени науки и синтез — през 1976 г. в отговор на петролната криза и растящите цени. Съвместният европейски торус, който остава най-модерният токамак в света, беше открит в Кълъм, село южно от Оксфорд, през 1984 г. След това през 1985 г. президентът на САЩ Роналд Рейгън и Михаил Горбачов, неговият съветски колега, се споразумяха да си сътрудничат по ITER — международният термоядрен експериментален реактор — най-големият проект за ядрен синтез в света, за облекчаване на напрежението от Студената война.
Някои експерти смятат, че ITER все още е най-вероятно първо да произвежда нетна енергия, но проектът, сътрудничество между 35 държави, който остава в процес на изграждане във Франция почти 40 години по-късно на приблизителна цена от над 20 милиарда долара, се превърна в нарицателно за ледников прогрес.
„Нито една от частните компании за термоядрен синтез не би била тук днес без науката, разработена в програмата ITER“, казва Кристофър Моури, главен изпълнителен директор на General Fusion в Канада. „Но цената и графикът за ITER не трябва да се използват като отправна точка за това какво е необходимо за разработване и комерсиализиране на енергията от термоядрен синтез.“
Моури, който се присъедини към компанията, подкрепяна от Джеф Безос през 2017 г., е сигурен, че частният сектор ще направи термоядрената енергия реалност. Той го сравнява с ролята, която SpaceX на Илон Мъск е изиграла в напредването на перспективите за търговски достъп до космоса.
„SpaceX не е изобретил ракетната наука. Бяха нужни 50 години изследвания, поръсихме малко от тези модерни технологии и направихме по-добър, по-бърз и по-евтин Аполо“, казва той, имайки предвид програмата на американската космическа агенция.
Подходът на General Fusion, който той нарича синтез на магнетизирана мишена, е необичаен с това, че е проектиран с оглед на комерсиално жизнеспособна електроцентрала, казва Моури. Той използва набор от задвижвани с пара бутала за бързо компресиране на плазмата до условия на синтез и стена от течен метал за абсорбиране на топлината от реакцията, която след това се използва за производство на пара за задвижване на турбинен генератор. Строителството на първия демонстрационен завод е планирано да започне следващата година, също в Culham, и да бъде завършено през 2025 г.
Общо частните компании за термоядрен синтез са събрали 2,3 милиарда долара инвестиции, според индустриалната асоциация. Повече от една пета от това финансиране беше събрано само този месец от Helion на Altman, който използва още един подход, който нарича импулсен синтез без запалване. Това включва повишаване на температурата на горивото до 100 m C в „плазмен ускорител“ с форма на дъмбел с ширина 40 фута и височина шест фута, за да се улови енергията, докато реакцията се разширява и изтласква обратно магнитното поле на системата.
Моури твърди, че разнообразието от подходи е една от силните страни на нововъзникващия сектор. „Частната индустрия поема повече риск, за да работи по-бързо и по-евтино“, казва той. „Това означава, че не всички удари ще влязат, но светът не се нуждае от всички, за да влязат.“
Опетнен сектор
На First Light в Оксфорд надеждите на учените се възлагат не на газовия пистолет — който се използва за тестване на науката, но няма да бъде част от бъдещата енергийна система — а върху мишената, използвана за съхранение на деутериево-тритиевото гориво и усилване на въздействието на снаряда.
Хипотезата на First Light, основана на теорията за термоядрения синтез с инерционно ограничение, е, че чрез изстрелване на снаряд към целта със скорости над 20 км в секунда — достатъчно, за да пътуват от Лондон до Ню Йорк за 4 минути — те могат да създадат достатъчно енергия, за да принуди деутерия и трития да се слеят, изпарявайки целта, като същевременно генерира енергиен еквивалент на изгаряне на 10 барела петрол.
Основана от 36-годишния главен изпълнителен директор Никълъс Хоукър и бившия му професор по физика Янис Вентикос, First Light е хитър по отношение на състава и дизайна на мишената, които компанията пази стриктно. Репликата в тяхната централа - прозрачен куб, широк малко над сантиметър, обхващащ две сферични капсули - изглежда като реквизит от филм за супергерой.
„Това е най-добрата капсула за еспресо“, казва Хоукър, обяснявайки, че First Light се надява да произвежда и продава мишените на бъдещи електроцентрали — построени по неин дизайн — които ще трябва да изпаряват една на всеки 30 секунди, за да генерират непрекъсната енергия. Бил е привлечен, казва той, „да работи отвъд ръба на човешкото познание“.
Точно тази сложност обаче прави твърденията трудни за проверка и опетни сектора.
През 1951 г., в разгара на Студената война, Хуан Перон, президентът на Аржентина, убеди света, че неговите учени са използвали мощността на термоядрения синтез, генерирайки глобални заглавия във вестниците. Горивото за синтез скоро ще бъде налично, подобно на млякото, каза той, в бутилки от половин литър. Почти четири десетилетия по-късно през 1989 г. двама химици от университета в Юта казаха, че са успели да слеят ядра при стайна температура в проста електрохимична клетка на лабораторен стенд, твърдение, което се разплита след седмици.
Подобни инциденти продължават да тежат на индустрията. Кривит, научен писател, твърди, че докато дадена група не покаже, че може да генерира електричество от термоядрена реакция, бъдещите инвеститори трябва да се отнасят скептично към твърденията на частните компании.
Въпреки това несъмнено се постига напредък, включително в Националното съоръжение за запалване на правителството на САЩ, където през август учени използваха 192 лазера, за да генерират реакция на термоядрен синтез, която изглежда се е доближила най-много до постигане на чиста енергия.
„Това беше най-големият пробив в термоядрения синтез от буквално десетилетия“, казва Турел, добавяйки, че пускането на термоядрена енергия в мрежата през 2030 г. е „голяма амбиция“.
„Но ако вместо това стигнат до там през 2040 г., това пак ще бъде огромна победа за света“, добавя той. „И дори ако стигнат дотам след 2050 г. и светът [вече] е достигнал нетна нула, това пак ще бъде огромна победа за човечеството, защото се нуждаем от портфолио от енергийни източници.“
На този етап, казва Търъл, термоядреният синтез може да се използва за захранване на енергоемки системи за улавяне на въглерод, позволяващи на света да започне да обръща, вместо да забавя, някои от екологичните щети, причинени от изменението на климата.
Хоукър повтаря тази гледна точка. Съществуващите възобновяеми енергийни източници, особено вятърната и слънчевата енергия, могат да бъдат увеличени, за да заменят изкопаемите горива, но ще се борят да отговорят и на прогнозираните увеличения на търсенето на електроенергия поради електрификацията на глобалната енергийна система и нарастващото потребление на енергия в развиващите се страни, казва той.
През 2050 г. светът ще се нуждае от 12 пъти повече чиста електроенергия, отколкото се произвежда днес, казва той, цитирайки работата на автора на климата Соломон Голдщайн-Роуз. „Всичко, което имаме, което добавя към съществуващата картина, е страхотно нещо“, казва Хоукър, „и трябва да го правим с максимална скорост.“
Видео: Базираната в космоса слънчева енергия „може да бъде внедрена след 10 години“Капитал на климата
Където изменението на климата среща бизнеса, пазарите и политиката. Разгледайте отразяването на FT тук.
Любопитни ли сте относно ангажиментите на FT за екологична устойчивост? Научете повече за нашите научно обосновани цели тук
