Commonwealth Fusion Systems (CFS), startup koji su osnovali znanstvenici s Massachusetts Institute of Technology (MIT), objavio je da u američkoj saveznoj državi Virdžiniji planira izgraditi svoju prvu fuzijsku elektranu koja će proizvoditi električnu energiju bez emisija ugljičnih plinova za komercijalne korisnike. Planira se da elektrana postane operativna početkom idućeg desetljeća.
Električna energija bez štetnih emisija
Trebalo bi to biti prvo postrojenje koje bi za komercijalnu proizvodnju energije koristilo nuklearnu fuziju, proces spajanja lakih atomskih jezgri u teže pri kojem se zbog gubitka mase oslobađa golema količina energije.
To je proces koji se cijelo vrijeme odvija na Suncu i koji znanstvenici već godinama nastoje realizirati u kontroliranim realnim uvjetima na Zemlji.
Fuzija može generirati energiju iz goriva poput izotopa vodika i litija, koji se mogu dobiti iz morske vode, a za sobom ne ostavlja nikakve emisije ili otrovni otpad. U teoriji, fuzijski reaktor mogao bi generirati obilje električne energije bez ispuštanja ugljičnog dioksida koji zagrijava planet i bez opasnosti od nuklearnih nesreća velikih razmjera. Ali prijelaz s teoretske ideje i laboratorija u realne uvjete, a da proces bude siguran, pouzdan i komercijalno isplativ, pokazao se prilično teškim. Izvesti fuziju tako da se u procesu proizvede više energije nego što je u njemu utrošeno pokazalo se teškim zbog visokih temperatura potrebnih za stvaranje i održavanje reakcije fuzije.
Commonwealth smatra da je napravio revolucionarni napredak u primjeni fuzije za proizvodnju električne energije. Prvi koncept nastao je 2012. tijekom nastave na MIT-u, a sada su na pragu rješenja koje bi omogućilo neto komercijalnu proizvodnju energije.
Commonwealthov projekt podržava niz novoosnovanih poduzeća koja se nadaju da će uskoro ostvariti potencijal fuzije. Tvrtka pilot projekt razvija u Massachusettsu, a očekuje da će izvedivost svoje tehnologije potvrditi 2027. godine.
Izvesti fuziju tako da se u procesu proizvede više energije nego što je u njemu utrošeno pokazalo se teškim zbog visokih temperatura potrebnih za stvaranje i održavanje reakcije fuzije
Energija za napajanje 150 tisuća domova
Nova fuzijska elektrana, nazvana ARC, trebala bi biti operativna početkom idućeg desetljeća i proizvoditi oko 400 megavata čiste električne energije bez ugljika. To je dovoljno energije za napajanje velikih industrijskih postrojenja ili za napajanje oko 150.000 domova.
Elektrana će se graditi u industrijskoj zoni James River, nedaleko Richmonda, u suradnji s komunalnom energetskom tvrtkom Dominion Energy Virginia, koja će osigurati razvoj i tehničku ekspertizu.
Dominion Energy je i vlasnik zemljišta u industrijskoj zoni na kojem će se pogon graditi, tako da će omogućiti CFS-u zakup lokacije. CFS će samostalno financirati, graditi, posjedovati i upravljati elektranom. Dominion Energy ne planira ulagati u elektranu, niti (za sada) ima ugovor o kupnji energije koja će u njoj biti proizvedena. CFS pak ne navodi koliko će uložiti u gradnju pogona.
Osim ekološkog doprinosa, od fuzijske elektrane očekuje se da znatno pridonese razvoju gospodarstva, kako lokalnog, tako i američkog, a taj očekivani doprinos mjeri se u milijardama dolara i stotinama radnih mjesta tijekom njezine izgradnje i dugoročnog rada.
Šire gledano, ARC će pozicionirati Sjedinjene Američke Države kao globalnog predvodnika u iskorištavanju novog oblika sigurne i pouzdane energije koja bi se mogla pokazati ključnom za ekonomski prosperitet i nacionalnu sigurnost, uključujući zadovoljavanje sve veće potražnje za električnom energijom potaknutih potrebama umjetne inteligencije, podatkovnih centara, električnih vozila, tvornica baterija i drugih velikih potrošača.
Porast potražnje za električnom energijom
U Virdžiniji su podatkovni centri glavni pokretač rastućih energetskih potreba, pokazalo je posljednje izvješće koje je naručila vlada te američke savezne države. U prošloj godini potrošnja podatkovnih centara činila je više od četvrtine ukupne potrošnje električne energije u Virdžiniji, što je veći udio nego u bilo kojoj drugoj saveznoj državi, navodi u izvješću EPRI, neprofitna organizacija za istraživanje energije.
“Ovo je prijelomni trenutak za istraživanje fuzije”, smatra suosnivač CFS-a Dennis Whyte, profesor strojarstva na MIT-u. “Mi diktiramo tempo u utrci prema komercijalnim fuzijskim elektranama. Ambicija je izgraditi tisuće ovakvih elektrana i promijeniti svijet.”
Tijekom niza desetljeća znanstvenici i inženjeri radili su na tome da san o fuzijskim elektranama postane stvarnost. Kao predavač na MIT-u, Whyte je na predavanju izazvao grupu studenata da dizajniraju fuzijski uređaj koji bi koristio novu vrstu supravodljivog magneta za ograničavanje plazme koja se koristi u reakciji. Pokazalo se da su magneti omogućili kompaktniji i ekonomičniji dizajn reaktora.
Kada je Whyte pregledao radove svojih studenata, shvatio je da bi to moglo značiti novi korak u razvoju rješenja utemeljenih na fuziji: ”Sve je počelo s tom generacijom. Nakon toga razvijali smo ideje i preispitivali standardne pretpostavke o fuziji. Imali smo novu supravodljivu tehnologiju, tako da većina onoga što smo do tada znali više nije bilo primjenjivo. Bio je to savršen izazov za studente da preispitaju postojeće stanje”.
Commonwealth Fusion Systems privukao više od dvije milijarde dolara
Od tada se u industriju fuzije slila ogromna količina kapitala i stručnog znanja. Danas se deseci privatnih kompanija širom svijeta utrkuje u razvoju fuzijskih elektrana, a mnoge koriste nove supravodljive magnete.
Helion Energy, tvrtka sa sjedištem u blizini Seattlea, najavila je da će od 2028. opskrbljivati Microsoft električnom energijom iz svoje fuzijske elektrane. Helion također ima ugovor o izgradnji fuzijskog postrojenja s tvrtkom Nucor, proizvođačem čelika.
CFS za sada nema niti jedan ugovor s kupcima, pa čak ni odobrenje regulatora za isporuku energije u mrežu.
Otkako je izdvojen iz MIT-a 2018., Commonwealth je od investitora – među njima su, na primjer, Bill Gates i talijanski energetski div Eni – prikupio više od 2 milijarde dolara.
Što je tokamak
Tvrtka razvija elektranu koja generira energiju s pomoću tokamaka, uređaja nalik krafni koji generira toroidalno magnetsko polje unutar kojeg se plin zagrijava na temperature znatno više od onih u središtu Sunca, kako bi se stvorila fuzijska plazma. Da bi se proces fuzije održao, čestice plazme moraju biti zadržane u središtu kako se plazma ne bi ohladila. Energija proizvedena fuzijom atoma u plazmi apsorbira se kao toplina u stijenkama posude.
Baš kao i konvencionalna elektrana, fuzijska elektrana koristit će ovu toplinu za proizvodnju pare, a zatim električne energije putem turbina i generatora. Naime, sve elektrane proizvode električnu energiju pretvaranjem mehaničke energije (kao što je rotacija turbine) u električnu energiju. U parnoj stanici na ugljen izgaranje ugljena pretvara vodu u paru, a para pokreće turbinske generatore za proizvodnju električne energije. Elektrane se danas oslanjaju na fosilna goriva, nuklearnu fisiju ili obnovljive izvore poput hidroelektrana.
Sam pojam tokamak je transliteracija ruske riječi токамак, koja je kratica izraza “toroidalna komora s magnetiziranim zavojnicama” (na ruskom). Tokamak su pedesetih godina prošlog stoljeća izumili sovjetski fizičari Igor Jevgenjevič Tamm i Andrej Saharov, koji je bio inspiriran originalnom idejom Olega Lavrentjeva.
SPARC potvrdom koncepta otvara put za ARC
CFS, kojeg je Whyte osnovao s nekoliko svojih studenata, trenutačno u svom sjedištu u Devensu (Massachusetts) dovršava razvoj SPARC-a, stroja koji bi trebao potvrditi njihov koncept.
Očekuje se da će SPARC svoju prvu plazmu proizvesti 2026., a ubrzo nakon toga proizvest će i neto fuzijsku energiju, demonstrirajući tako prvi put komercijalno relevantan dizajn koji će fuzijom proizvoditi više energije nego što troši. SPARC će otvoriti put za ARC, koji bi trebao početi isporučivati energiju u mrežu početkom četvrtog desetljeća 21. stoljeća.
“Ovaj trenutak pokazuje snagu misije MIT-a, a to je stvaranje znanja koje služi naciji i svijetu, kroz učionice, laboratorije i šire, izvan zajednice”, istaknuo je potpredsjednik MIT-a za istraživanje Ian Waitz.
“Od studentskog kolegija prije 12 godina do današnje najave realizacije prve svjetske fuzijske elektrane u Virdžiniji, napredak je bio nevjerojatno brz. Takav napredak možemo zahvaliti kontinuiranom ulaganju savezne vlade SAD-a u temeljnu znanost i istraživanje energije tijekom 65 godina. Ima još dosta izazova na našem putu, ali mi smo vrlo entuzijastični u pogledu napretka koji CFS i istraživači u našem kampusu postižu u njihovu rješavanju”, kaže Waitz. “Dosegli smo trenutak u kojem su se stvari počele dešavati nevjerojatno brzo, nakon dugog razdoblja fundamentalnih istraživanja koja su temelj svih velikih inovacija. Ako želimo i dalje biti globalni lideri u ovim vrhunskim tehnologijama, kontinuirano ulaganje u ta područja bit će ključno”, zaključuje.