Ve vzduchu visí nervózní vzrušení. Půl tuctu vědců sedí za obrazovkami počítačů, přecházejí mezi panely a provádějí kontroly na poslední chvíli. "Jděte a udělejte zbraň nebezpečnou," řekl jeden z nich technikovi, který vklouzl do sousední komory. Ozve se tiché pípnutí. "Připraven," říká osoba, která test provádí. Řídící místnost ztichne. Pak bum.
Vedle stlačily 3 kg střelného prachu 1 500 litrů vodíku na 10 000násobek atmosférického tlaku a vystřelily projektil do 9metrové hlavně dvoustupňové lehké plynové pistole rychlostí 6,5 km za sekundu, asi 10krát. rychlejší než kulka z pušky.
Na monitorech vědci kontrolují další fázi, kdy projektil narazí na cíl – malý průhledný blok pečlivě navržený tak, aby zesílil sílu srážky. Projektil musí zasáhnout svou značku dokonale zarovnaný. Sebemenší rotace riskuje vykolejení pečlivě zkalibrované fyziky.
„Díky bohu,“ vykřikl jeden z techniků poté, co si přehrál videozáznam dopadu vědeckého dělostřelectva. Byl to perfektní záběr.
Ti v místnosti ve First Light Fusion, v obchodním parku u anglického města Oxford, byli právě svědky dalšího nadějného kroku v 60leté misi, která měla odpovědět na jeden z nejsložitějších problémů vědy: jak využít fúzní reakci který pohání Slunce k výrobě čisté, neomezené elektřiny na Zemi.
Potenciál energie z jaderné syntézy, kterou jako první prosadil Sovětský svaz, vzrušoval vědce po celá desetiletí, ale vždy se zdál být mimo dosah.
„Fúze je pravděpodobně největší technická výzva, kterou kdy lidstvo přijalo,“ říká Arthur Turrell, jehož kniha The Star Builders mapuje desetiletí trvající úsilí inženýrů, fyziků a matematiků dosáhnout toho, čeho se někteří stále věřit je nemožné. "Jak blízko to je, nezávisí na čase, ale na vůli, investicích a nasazení zdrojů, abychom se tam skutečně dostali."
Rostoucí počet soukromých společností, včetně First Light, nyní doufá, že tyto roky veřejného výzkumu zkomercializují tím, že prokážou, že fúzní energie může fungovat, a připojí ji k síti již ve 30. letech 20. století.
Na rozdíl od jaderného štěpení, kdy jsou atomy štěpeny, fúze neprodukuje významný radioaktivní odpad a nikdy by nemohla vést k jaderné havárii, jakou je Černobyl. Nejúčinnější chemické vstupy pro fúzi – deuterium a tritium – jsou také široce dostupné.
Jen jedna sklenice paliva vytvořeného tímto procesem má energetický potenciál 1 m galonů ropy a mohla by vytvořit, v závislosti na fúzním přístupu, až 9 milionů kilowatthodin elektřiny, což by stačilo na napájení domácnosti pro více než 800 let, odhadují vědci.
Tyto vlastnosti, říkají jeho zastánci, znamenají fúzi, která poskytuje levnou a neomezenou elektřinu s nulovými emisemi, by mohla skutečně zachránit svět.
„Nemohu být optimističtější,“ říká investor rizikového kapitálu ze Silicon Valley Sam Altman, který nedávno investoval 375 milionů dolarů do amerického start-upu Helion zabývajícího se fúzí. "Kromě toho, že je to naše nejlepší cesta z klimatické krize, je levnější energie pro společnost transformační."
Nápad ze sovětské éry, převzatý do soukromí
Sovětští fyzici vyvinuli první fúzní stroj v 50. letech 20. století pomocí přístupu známého jako fúze magnetického zadržení. Tokamak – v ruštině zkratka pro toroidní komoru s magnetickými cívkami – umožnil plazmu deuteria a tritia, obou izotopů vodíku, udržet na místě pomocí silných magnetů a zahřát na teploty vyšší než slunce, takže atomová jádra se spojí a vytvoří helium. a uvolnění energie v procesu.
Problém je v tom, že zatímco vědci se stali zběhlými ve spojování dvou izotopů, sovětský tokamak a všechny další fúzní systémy vyvinuté od té doby vyžadují obrovské množství energie. A za více než půl století pokusů nebyla žádná skupina schopna vygenerovat více energie z fúzní reakce, než systém spotřebuje.
„Kdy získáme elektřinu z fúze? Kdo to sakra ví?" říká Steven Krivit, vědecký spisovatel, který byl 20 let kritickým pozorovatelem falešných začátků fúzní energie. "Dokud neuvidíme někoho, kdo dodává elektřinu nákladově efektivně, stále děláme vědu, neděláme technologii."
Po řadě průlomových objevů ve veřejném a soukromém sektoru v posledních šesti měsících však někteří účastníci průmyslu vkládají mnohem větší naději. V květnu v Číně stroj známý jako East — Experimental Advanced Supravodivý Tokamak — dokázal udržet fúzní reakci při teplotě 120 m stupňů Celsia po dobu rekordních 101 sekund. Teploty přes 100 mC, které jsou obecně nutné pro magnetickou fúzi, byly dosaženy již dříve, ale nikdy nevydržely tak dlouhou dobu.
V září pak bostonský start-up předvedl použití vysokoteplotního supravodiče k vytvoření mnohem silnějšího magnetického pole než tradiční tokamak. Skupina Commonwealth Fusion Systems, která vyrostla z Massachusettského technologického institutu, věří, že objev jí umožní vyrobit efektivnější fúzní stroj, který bude menší, levnější a životaschopnější jako komerční zdroj energie.
Bob Mumgaard, výkonný ředitel CFS, srovnává tento průlom s vývojem výpočetní techniky. „Počítače, když měly elektronky, zabíraly celé místnosti. Když pak měli tranzistory, mohli jste počítače zmenšit a lidé, kteří počítače nedělali, mohli najednou dělat počítače,“ říká.
„Fusion má tolik opravdu žádoucích atributů, když se zamyslíte nad tím, co je potřeba k tomu, aby celý svět žil tak, jak si lidé zaslouží žít, a také aby měl planetu, kde se dá žít,“ říká. Dalším krokem k výrobě energie je výstavba demonstračního závodu nazvaného Sparc, přibližně poloviční velikosti tenisového kurtu, o kterém CFS doufá, že dosáhne čisté energie do roku 2025, a poté komerční elektrárny ve 30. letech 20. století.
„Používáme známou vědu, nové inženýrství a nové materiály,“ říká Francesca Ferrazza, fyzička italského ropného koncernu Eni, který spolupracuje s MIT od roku 2008 a je největším externím investorem do CFS. „Cílem by bylo stát se hráčem na poli [energie z jaderné syntézy] s významnou přítomností v různých částech hodnotového řetězce,“ říká.
„Fusion přichází rychleji, než očekáváte,“ říká Andrew Holland, výkonný ředitel nově vzniklé asociace Fusion Industry Association, která počítá počet soukromých podniků v tomto sektoru po celém světě na 35 a stále roste.
Pacient čeká
Soukromá účast v tomto sektoru je relativně nová. Ve druhé polovině 20. století pokročila ve výzkumu fúze mezinárodní veřejná konsorcia a největší projekty na světě zůstávají financované vládou.
Americké ministerstvo energetiky pomohlo v roce 1976 v reakci na ropnou krizi a rostoucí ceny založit středisko Plasma Fusion Center na MIT – nyní Centrum pro vědu a fúzi plazmatu. Společný evropský torus, který zůstává nejpokročilejším tokamakem na světě, byl otevřen v Culhamu, vesnici jižně od Oxfordu, v roce 1984. Poté se v roce 1985 americký prezident Ronald Reagan a Michail Gorbačov, jeho sovětský protějšek, dohodli na spolupráci na ITER — Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor – největší světový projekt jaderné fúze, který má zmírnit napětí studené války.
Někteří odborníci se domnívají, že ITER bude stále s největší pravděpodobností nejprve vyrábět čistou energii, ale projekt, spolupráce mezi 35 zeměmi, který je ve Francii ve výstavbě téměř o 40 let později s odhadovanými náklady více než 20 miliard USD, se stal synonymem. pro ledovcový pokrok.
„Žádná ze soukromých fúzních společností by tu dnes nebyla bez vědy, která byla vyvinuta v programu ITER,“ říká Christofer Mowry, výkonný ředitel kanadské General Fusion. "Náklady a časový plán pro ITER by však neměly být používány jako referenční bod pro to, co je zapotřebí k vývoji a komercializaci energie z jaderné syntézy."
Mowry, který vstoupil do společnosti podporované Jeffem Bezosem v roce 2017, si je jistý, že to bude soukromý sektor, který učiní energii z jaderné syntézy realitou. Přirovnává to k roli, kterou sehrála společnost SpaceX Elona Muska při prosazování vyhlídek na komerční přístup do vesmíru.
„SpaceX nevynalezl vědu o raketové technice. Trvalo to 50 let výzkumu, nasypal trochu těchto moderních technologií a vyrobil lepší, rychlejší a levnější Apollo,“ říká s odkazem na program americké vesmírné agentury.
Přístup společnosti General Fusion, který nazývá magnetizovaná cílová fúze, je neobvyklý v tom, že byl navržen s ohledem na komerčně životaschopnou elektrárnu, říká Mowry. Využívá řadu pístů poháněných párou k rychlému stlačování plazmatu do podmínek fúze a stěny tekutého kovu k absorbování tepla z reakce, které se pak používá k výrobě páry pro pohon turbínového generátoru. Stavba jeho prvního demonstračního závodu má začít příští rok, rovněž v Culhamu, a dokončena v roce 2025.
Celkem soukromé společnosti zabývající se fúzí získaly investice ve výši 2,3 miliardy dolarů, podle průmyslové asociace. Více než pětinu těchto finančních prostředků získal právě tento měsíc Altman's Helion, který využívá další přístup, který nazývá pulzní bezzápalová fúze. Zahrnuje zvýšení teploty paliva na 100 m C v 40 stop širokém a šest stop vysokém „urychlovači plazmy“ ve tvaru činky, aby zachytil energii, když se reakce rozpíná a tlačí zpět na magnetické pole systému.
Mowry tvrdí, že rozmanitost přístupů je jednou ze silných stránek rozvíjejícího se sektoru. „Soukromý průmysl přijímá větší riziko, aby byl rychlejší a levnější,“ říká. "To znamená, že ne všechny výstřely půjdou dovnitř, ale svět je všechny nepotřebuje, aby šly dovnitř."
Poskvrněný sektor
V First Light v Oxfordu se naděje vědců upínají nikoli k plynové pistoli – která se používá k testování vědy, ale nebude součástí budoucího energetického systému – ale na terč používaný k uložení paliva deuterium-tritium a zesílení dopadu střely.
Hypotéza First Light, založená na teorii inerciální fúze, je taková, že vystřelením projektilu na cíl rychlostí přesahující 20 km za sekundu – což je dost na cestu z Londýna do New Yorku za 4 minuty – mohou vytvořit dostatek energie, která přinutí deuterium a tritium, aby se spojily, odpařily cíl a generovaly energii ekvivalentní spálení 10 barelů ropy.
First Light, kterou založili 36letý výkonný ředitel Nicholas Hawker a jeho bývalý profesor fyziky Yiannis Ventikos, je ostražitý na složení a design cíle, které společnost pečlivě střeží. Replika v jejich sídle – čirá krychle o šířce něco málo přes centimetr, uzavírající dvě kulové kapsle – vypadá jako rekvizita z filmu o superhrdinech.
„Je to dokonalá kapsle na espresso,“ říká Hawker a vysvětluje, že First Light doufá, že bude vyrábět a prodávat terče budoucím elektrárnám – postaveným podle jejich designu – které by musely každých 30 sekund odpařovat jednu, aby generovaly nepřetržitou energii. Přitahuje ho, jak říká, „práce za hranicí lidského poznání“.
Právě tato složitost však ztěžuje ověření tvrzení a poskvrnila sektor.
V roce 1951, na vrcholu studené války, Juan Perón, argentinský prezident, přesvědčil svět, že jeho vědci využili energii z jaderné syntézy a generovali celosvětové titulky novin. Fusion palivo bude brzy k dispozici, jako mléko, řekl, v půllitrových lahvích. Téměř o čtyři desetiletí později, v roce 1989, dva chemici z University of Utah řekli, že byli schopni sloučit jádra při pokojové teplotě v jednoduchém elektrochemickém článku na laboratorním stole, toto tvrzení se rozluštilo během týdnů.
Takové incidenty nadále zatěžují průmysl. Krivit, vědecký autor, tvrdí, že dokud skupina neprokáže, že dokáže vyrábět elektřinu z fúzní reakce, měli by potenciální investoři přistupovat k nárokům soukromých společností skepticky.
Přesto nepochybně dochází k pokroku, a to i v americkém vládním zařízení National Ignition Facility, kde v srpnu vědci použili 192 laserů k vytvoření fúzní reakce, která se zdá být dosud nejblíže dosažení čisté energie.
„Byl to největší průlom ve fúzi za doslova desetiletí,“ říká Turrell a dodává, že dostat energii z fúze do sítě v roce 2030 je „velká ambice“.
„Pokud se tam ale místo toho dostanou v roce 2040, bude to pro svět stále obrovská výhra,“ dodává. "A i když se tam dostanou po roce 2050 a svět [již] dosáhne čisté nuly, bude to pro lidstvo stále obrovská výhra, protože potřebujeme portfolio zdrojů energie."
V této fázi, říká Turrell, by fúze mohla být použita k napájení energeticky náročných systémů zachycování uhlíku, které by světu umožnily začít zvrátit, spíše než zpomalit, některé škody na životním prostředí způsobené změnou klimatu.
Hawker tento názor opakuje. Stávající obnovitelné zdroje energie, zejména větrná a solární energie, mohou být rozšířeny, aby nahradily fosilní paliva, ale budou mít potíže také splnit předpokládaný nárůst poptávky po energii v důsledku elektrifikace globálního energetického systému a rostoucí spotřeby energie v rozvojových zemích, říká.
V roce 2050 bude svět potřebovat 12krát více čisté elektřiny, než se vyrábí dnes, říká s odkazem na práci autora klimatu Solomona Goldsteina-Rose. "Všechno, co máme, co přidává k existujícímu obrazu, je skvělá věc," říká Hawker, "a měli bychom to dělat při maximální rychlosti."
Video: Vesmírná solární energie „by mohla být zavedena za 10 let“Climate Capital
Tam, kde se klimatická změna setkává s byznysem, trhy a politikou. Prozkoumejte pokrytí FT zde.
Zajímají vás závazky společnosti FT k udržitelnosti životního prostředí? Zjistěte více o našich vědecky podložených cílech zde
