Ilmassa leijuu hermostunut jännitys. Puoli tusinaa tiedemiestä istuu tietokoneen näyttöjen takana ja heiluttelee paneelien välillä tehdessään viime hetken tarkistuksia. "Mene ja tee ase vaaralliseksi", yksi heistä kertoo teknikolle, joka sujahtaa viereiseen kammioon. Kuuluu matala piippaus. "Valmis", sanoo testin suorittaja. Valvomo hiljenee. Sitten, buumi.
Seuraavassa 3 kg ruutia on puristanut 1 500 litraa vetyä 10 000 kertaa ilmakehän paineeseen ja laukaisemalla ammuksen alas kaksivaiheisen kevyen kaasutykistin 9 metrin piipusta nopeudella 6,5 km sekunnissa, noin 10 kertaa nopeammin kuin luoti kivääristä.
Tieteilijät tarkistavat monitoreilla seuraavaa vaihetta, jossa ammus törmää kohteeseen – pieneen läpinäkyvään lohkoon, joka on huolellisesti suunniteltu vahvistamaan törmäyksen voimaa. Ammuksen täytyy osua merkkiinsä täydellisesti. Pieninkin pyöriminen saattaa suistaa huolellisesti kalibroidun fysiikan.
"Luojan kiitos", huudahtaa yksi teknikoista katsottuaan videotoistoa tieteellisen tykistön vaikutuksesta. Se oli täydellinen laukaus.
Englannin Oxfordin kaupungin ulkopuolella sijaitsevan First Light Fusionin huoneessa olleet henkilöt olivat juuri nähneet toisen toiveikkaana askeleen 60 vuotta kestäneessä tehtävässä vastata yhteen tieteen monimutkaisimmista ongelmista: kuinka valjastaa fuusioreaktio. joka saa auringon tuottamaan puhdasta, rajatonta sähköä maan päällä.
Fuusioenergian potentiaali, jonka edelläkävijä oli Neuvostoliitto, on kiusannut tiedemiehiä vuosikymmeniä, mutta se on aina tuntunut saavuttamattomilta.
"Fuusio on luultavasti suurin tekninen haaste, jonka ihmiskunta on koskaan kohdannut", sanoo Arthur Turrell, jonka kirjassa The Star Builders kuvataan insinöörien, fyysikkojen ja matemaatikoiden vuosikymmeniä kestäneet ponnistelut saavuttaakseen mitä jotkut uskoa silti mahdottomaksi. "Se, kuinka lähellä se on, ei riipu ajasta, vaan tahdosta, investoinneista ja resurssien sitoutumisesta perille pääsemiseksi."
Yhä useammat yksityiset yritykset, mukaan lukien First Light, toivovat nyt kaupallistavansa näiden vuosien julkisen tutkimuksen todistamalla, että fuusiovoima voi toimia, ja kytkemällä sen verkkoon heti 2030-luvulla.
Toisin kuin ydinfissio, jossa atomit halkeavat, fuusio ei tuota merkittävää radioaktiivista jätettä, eikä se voi koskaan johtaa ydinonnettomuuteen, kuten Tšernobyliin. Tehokkaimmat fuusion kemialliset syöttöaineet – deuterium ja tritium – ovat myös laajalti saatavilla.
Vain yksi lasi prosessissa syntyvää polttoainetta vastaa 1 miljoonan gallonan öljyä ja se voi tuottaa fuusiomenetelmästä riippuen jopa 9 miljoonaa kilowattituntia sähköä, mikä riittää kotiin yli 800 vuotta, tutkijat arvioivat.
Nämä ominaisuudet, sen kannattajat sanovat, tarkoittavat, että fuusio voisi todella pelastaa maailman tarjoamalla halpaa, rajoittamatonta päästötöntä sähköä.
"En voisi olla optimistisempi", sanoo Piilaakson pääomasijoittaja Sam Altman, joka sijoitti äskettäin 375 miljoonaa dollaria yhdysvaltalaiseen fuusio-start-up-yritykseen Helion. "Sen lisäksi, että halvempi energia on paras tapamme selviytyä ilmastokriisistä, se on yhteiskunnan kannalta muuttava."
Neuvostoliiton aikainen idea, yksityisenä
Neuvostoliiton fyysikot kehittivät ensimmäisen fuusiokoneen 1950-luvulla käyttämällä menetelmää, joka tunnetaan nimellä magneettinen rajoitusfuusio. Tokamak – lyhenne venäjäksi sanoista toroidaalinen kammio, jossa on magneettikelat – mahdollisti deuteriumin ja tritiumin, molemmat vetyisotoopit, plasman pitämisen paikoillaan voimakkailla magneeteilla ja lämmittämisen aurinkoa kuumempiin lämpötiloihin, niin että atomiytimet sulautuvat yhteen ja synnytti heliumia. ja vapauttaa energiaa prosessissa.
Ongelmana on, että vaikka tiedemiehet ovatkin taitavia yhdistämään nämä kaksi isotooppia, Neuvostoliiton tokamak ja kaikki muut sen jälkeen kehitetyt fuusiojärjestelmät vaativat valtavan määrän tehoa. Ja yli puolen vuosisadan yrittämisen aikana mikään ryhmä ei ole kyennyt tuottamaan enemmän energiaa fuusioreaktiosta kuin järjestelmä kuluttaa.
"Milloin saamme sähköä fuusiosta? Kuka helvetti tietää?" sanoo Steven Krivit, tiedekirjailija, joka on 20 vuoden ajan ollut kriittinen tarkkailija fuusioenergian väärille aloituksille. "Ennen kuin näemme jonkun toimittavan sähköä kustannustehokkaasti, teemme edelleen tiedettä, emme tee teknologiaa."
Mutta useiden julkisen ja yksityisen sektorin läpimurtojen jälkeen viimeisen kuuden kuukauden aikana jotkut alan toimijat ovat paljon toiveikkaampia. Kiinassa toukokuussa Eastiksi tunnettu kone – Experimental Advanced Superconducting Tokamak – onnistui ylläpitämään fuusioreaktion 120 metrin celsiusasteessa ennätyksellisen 101 sekunnin ajan. Yli 100 m C:n lämpötiloja, jotka yleensä vaaditaan magneettisessa fuusiossa, oli saavutettu aiemmin, mutta niitä ei koskaan säilytetty näin pitkään.
Silloin syyskuussa Bostonissa toimiva start-up osoitti, että korkean lämpötilan suprajohteita käytetään paljon vahvemman magneettikentän luomiseen kuin perinteinen tokamak. Commonwealth Fusion Systems -ryhmä, joka kasvoi Massachusetts Institute of Technologysta, uskoo, että löydön avulla se voi tehdä tehokkaamman fuusiokoneen, joka on pienempi, halvempi ja kannattavampi kaupallisena voimanlähteenä.
CFS:n toimitusjohtaja Bob Mumgaard vertaa läpimurtoa tietojenkäsittelyn kehitykseen. ”Tietokoneet veivät kokonaisia huoneita silloin, kun niissä oli tyhjiöputket. Sitten kun heillä oli transistorit, tietokoneita voitiin pienentää, ja yhtäkkiä ihmiset, jotka eivät olleet tehneet tietokoneita, pystyivät tekemään tietokoneita", hän sanoo.
"Fuusiossa on niin monia todella toivottavia ominaisuuksia, jos ajattelee, mitä koko maailmalta vaaditaan elääkseen ihmisten ansaitsemalla tavalla ja että sillä olisi myös elävä planeetta", hän sanoo. Seuraava askel kohti sähköntuotantoa on Sparc-nimisen demonstraatiolaitoksen rakentaminen, joka on noin puolet tenniskentästä pienempi ja jonka CFS toivoo saavuttavan nettoenergian vuoteen 2025 mennessä ja sitten kaupallisen voimalaitoksen 2030-luvulla.
"Käytämme tunnettua tiedettä, uutta suunnittelua ja uusia materiaaleja", sanoo Francesca Ferrazza, fyysikko italialaisesta öljysuuryrityksestä Enistä, joka on tehnyt yhteistyötä MIT:n kanssa vuodesta 2008 ja on CFS:n suurin ulkopuolinen sijoittaja. "Tavoitteena olisi olla [fuusioenergian] alan toimija, jolla on merkittävä asema arvoketjun eri osissa", hän sanoo.
"Fusion on tulossa, nopeammin kuin odotat", sanoo Andrew Holland, toimitusjohtaja hiljattain perustetusta Fusion Industry Associationista, joka laskee alan yksityisten yritysten lukumääräksi maailmanlaajuisesti 35 ja kasvussa.
Potilaan odotus
Yksityinen osallistuminen alalla on suhteellisen uutta. 1900-luvun jälkipuoliskolla fuusiotutkimusta kehittivät kansainväliset julkiset konsortiot, ja maailman suurimmat hankkeet ovat edelleen valtion rahoittamia.
Yhdysvaltain energiaministeriö auttoi perustamaan MIT:n Plasma Fusion Centerin – nykyisen Plasma Science and Fusion Centerin – vuonna 1976 vastauksena öljykriisiin ja hintojen nousuun. Joint European Torus, joka on edelleen maailman edistyksellisin tokamak, avattiin Culhamissa, kylässä Oxfordin eteläpuolella, vuonna 1984. Sitten vuonna 1985 Yhdysvaltain presidentti Ronald Reagan ja hänen Neuvostoliiton kollegansa Mihail Gorbatšov sopivat yhteistyöstä ITERissä. International Thermonuclear Experimental Reactor – maailman suurin ydinfuusioprojekti, joka lievittää kylmän sodan jännitteitä.
Jotkut asiantuntijat uskovat, että ITER tuottaa edelleen todennäköisimmin verkkoenergiaa ensin, mutta projektista, 35 maan yhteistyöstä, joka on rakenteilla Ranskassa lähes 40 vuotta myöhemmin ja jonka kustannuksiksi on arvioitu yli 20 miljardia dollaria, on tullut sana. jääkauden edistymistä varten.
"Yksikään yksityisistä fuusioyhtiöistä ei olisi täällä tänään ilman ITER-ohjelmassa kehitettyä tiedettä", sanoo Christofer Mowry, Kanadan General Fusionin toimitusjohtaja. "Mutta ITERin kustannuksia ja aikataulua ei pitäisi käyttää vertailukohtana fuusioenergian kehittämiseen ja kaupallistamiseen."
Mowry, joka liittyi Jeff Bezosin tukemaan yritykseen vuonna 2017, on varma, että yksityinen sektori tekee fuusiovoimasta todellisuutta. Hän vertaa sitä rooliin, joka Elon Muskin SpaceX:llä on ollut avaruuden kaupallisen pääsyn näkymien edistämisessä.
"SpaceX ei keksinyt rakettitekniikkaa. Kesti 50 vuotta tutkimusta, ripotteltiin vähän tätä modernia teknologiaa ja tehtiin parempi, nopeampi ja halvempi Apollo”, hän sanoo viitaten Yhdysvaltain avaruusjärjestön ohjelmaan.
General Fusionin lähestymistapa, jota se kutsuu magnetoiduksi kohdefuusioksi, on epätavallinen, koska se on suunniteltu kaupallisesti kannattavaa voimalaitosta ajatellen, Mowry sanoo. Se käyttää joukkoa höyrykäyttöisiä mäntiä plasman nopeaan puristamiseen fuusioolosuhteisiin ja nestemäistä metalliseinämää absorboimaan reaktiosta aiheutuvaa lämpöä, jota käytetään sitten höyryn tuottamiseen turbiinigeneraattorin käyttämiseen. Sen ensimmäisen koelaitoksen rakentamisen on määrä alkaa ensi vuonna, myös Culhamissa, ja valmistua vuonna 2025.
Yksityiset fuusioyhtiöt ovat tehneet toimialajärjestön mukaan yhteensä 2,3 miljardin dollarin investointeja. Yli viidesosan tästä rahoituksesta keräsi juuri tässä kuussa Altman's Helion, joka käyttää vielä toista lähestymistapaa, jota se kutsuu pulssiksi syttymättömäksi fuusioksi. Se sisältää polttoaineen lämpötilan nostamisen 100 metriin C 40 jalkaa leveässä, kuusi jalkaa korkeassa käsipainon muotoisessa "plasmakiihdyttimessä" energian vangitsemiseksi, kun reaktio laajenee ja työntää takaisin järjestelmän magneettikenttää.
Mowry väittää, että lähestymistapojen moninaisuus on yksi nousevan alan vahvuuksista. "Yksityinen teollisuus ottaa enemmän riskejä mennäkseen nopeammin ja halvemmalla", hän sanoo. "Se tarkoittaa, että kaikki laukaukset eivät mene sisään, mutta maailma ei tarvitse niitä kaikkia mennäkseen sisään."
Saastunut sektori
First Lightissa Oxfordissa tutkijoiden toiveet eivät kohdistu kaasupistooliin – jota käytetään tieteen testaamiseen, mutta joka ei ole osa tulevaa sähköjärjestelmää – vaan deuterium-tritiumpolttoaineen sijoittamiseen ja ammuksen vaikutuksen vahvistamiseen käytettyyn kohteeseen.
First Lightin hypoteesi, joka perustuu inertiasulkufuusion teoriaan, on se, että ampumalla ammus kohteeseen yli 20 km sekunnissa nopeudella, joka riittää matkustamaan Lontoosta New Yorkiin 4 minuutissa, he voivat luoda tarpeeksi. energiaa, joka pakottaa deuteriumin ja tritiumin fuusioitumaan, höyrystäen kohteen ja tuottamaan samalla energiaa, joka vastaa 10 öljytynnyrin polttamista.
36-vuotiaan toimitusjohtajan Nicholas Hawkerin ja hänen entisen fysiikanprofessorinsa Yiannis Ventikosin perustaman First Lightin ovat tiukasti kiinni kohteen koostumuksesta ja suunnittelusta, joita yritys vartioi tarkasti. Heidän päämajassaan oleva kopio – kirkas kuutio, hieman yli senttimetriä leveä, joka sisältää kaksi pallomaista kapselia – näyttää supersankarielokuvan rekvisiitta.
"Se on äärimmäinen espressokapseli", Hawker sanoo ja selittää, että First Light toivoo valmistavansa ja myyvänsä kohteita tuleville voimalaitoksille – jotka on rakennettu sen suunnittelun mukaan – joiden olisi höyrystettävä yksi 30 sekunnin välein tuottaakseen jatkuvaa tehoa. Hän sanoo, että hän veti "työskentelyyn ihmistiedon rajojen ulkopuolella".
Juuri tämä monimutkaisuus tekee väitteistä kuitenkin vaikeasti todennettavia ja on pilannut alaa.
Vuonna 1951, kylmän sodan huipulla, Argentiinan presidentti Juan Perón vakuutti maailman, että hänen tiedemiehensä olivat valjastaneet fuusiovoimaa, mikä loi maailmanlaajuisten sanomalehtien otsikoita. Fuusiopolttoainetta olisi pian saatavilla, kuten maitoa, puolen litran pulloissa. Melkein neljä vuosikymmentä myöhemmin vuonna 1989 kaksi Utahin yliopiston kemistiä sanoi, että he olivat kyenneet sulattamaan ytimiä huoneenlämpötilassa yksinkertaisessa sähkökemiallisessa kennossa laboratoriopenkillä, mikä väite selvisi viikoissa.
Tällaiset tapaukset painavat edelleen alaa. Krivit, tiedekirjoittaja, väittää, että ennen kuin ryhmä osoittaa, että se voi tuottaa sähköä fuusioreaktiosta, mahdollisten sijoittajien tulisi suhtautua yksityisten yritysten väitteisiin skeptisesti.
Edistystä kuitenkin tapahtuu epäilemättä, mukaan lukien Yhdysvaltain hallituksen National Ignition Facility, jossa tutkijat käyttivät elokuussa 192 laseria fuusioreaktion luomiseen, joka näyttää olevan vielä lähimpänä nettoenergian saavuttamista.
"Se oli suurin läpimurto fuusiossa kirjaimellisesti vuosikymmeniin", Turrell sanoo ja lisää, että fuusioenergian saaminen verkkoon vuonna 2030 on "suuri kunnianhimo".
"Mutta jos he pääsevät sinne vuonna 2040, se on silti valtava voitto maailmalle", hän lisää. "Ja vaikka he pääsevät sinne vuoden 2050 jälkeen ja maailma on [jo] saavuttanut nettonollan, se on silti valtava voitto ihmiskunnalle, koska tarvitsemme energialähteiden portfolion."
Tuossa vaiheessa Turrell sanoo, että fuusiota voitaisiin käyttää energiaintensiivisten hiilidioksidin talteenottojärjestelmien tehostamiseen, jotta maailma voisi alkaa hidastaa osan ilmastonmuutoksen aiheuttamista ympäristövahingoista.
Hawker toistaa tämän näkemyksen. Nykyisiä uusiutuvia energialähteitä, erityisesti tuuli- ja aurinkovoimaa, voidaan skaalata korvaamaan fossiilisia polttoaineita, mutta niillä on vaikeuksia vastata myös ennustettuun sähkön kysynnän kasvuun maailmanlaajuisen energiajärjestelmän sähköistymisen ja kasvavan energiankulutuksen vuoksi kehitysmaissa, hän sanoo.
Vuonna 2050 maailma tarvitsee 12 kertaa enemmän puhdasta sähköä kuin nykyään tuotetaan, hän sanoo viitaten ilmastokirjailijan Solomon Goldstein-Rosen työhön. "Kaikki, mitä meillä on, mikä lisää olemassa olevaa kuvaa, on hieno asia", Hawker sanoo, "ja meidän pitäisi tehdä se suurimmalla nopeudella."
Video: Avaruuteen perustuva aurinkovoima "voidaan ottaa käyttöön 10 vuodessa"Ilmastopääoma
Missä ilmastonmuutos kohtaa liiketoiminnan, markkinoiden ja politiikan. Tutustu FT:n kattavuuteen tästä.
Oletko utelias FT:n ympäristön kestävää kehitystä koskevista sitoumuksista? Lue lisää tieteeseen perustuvista tavoitteistamme täältä
