Компания Type One Energy объявила о своем намерении использовать площадку выведенной из эксплуатации угольной электростанции TVA, Bull Run Fossil Plant в Ок-Ридже, штат Теннесси, в качестве площадки для прототипа термоядерного реактора с надеждой на eventual коммерциализацию термоядерной энергии – и, возможно, найти способ использовать старые аккумуляторы электромобилей для питания этого процесса.
Угольная электростанция Bull Run была введена в эксплуатацию в 1967 году и остановлена 1 декабря 2023 года – чуть более двух месяцев назад. Ее эксплуатировала Tennessee Valley Authority (TVA), крупнейшая государственная коммунальная служба в США, и она расположена прямо через реку от Ок-Риджа, где находится Ок-Риджская национальная лаборатория (ORNL), одна из важнейших национальных научных лабораторий Америки.
Несмотря на то, что площадка была закрыта всего два месяца, уже поступают претензии на ее использование. Благодаря близости к ORNL, лаборатории, которая изучает термоядерный синтез с 1950-х годов, это кажется естественным выбором для еще одного термоядерного эксперимента – здесь в игру вступает компания Type One Energy, стремящаяся к коммерциализации термоядерной энергии.
Type One Energy амбициозно берет свое название из Типа I по шкале Кардашева – теоретической системе измерения, предназначенной для описания уровня развития цивилизации. Цивилизация Типа I способна использовать всю энергию, доступную на одной планете – в настоящее время общее производство энергии человечеством примерно на три порядка, или в тысячу раз, ниже этого ориентира.
Итак, начиная уже с названия, цели Type One кажутся… мягко говоря, оптимистичными.
Что такое термоядерный синтез?
Для базового ознакомления с тем, о чем мы здесь говорим: ядерный синтез значительно отличается от ядерного деления. Синтез – это реакция, происходящая внутри звезд, таких как наше Солнце, тогда как деление – это то, что питает современные коммерческие ядерные реакторы.
При делении в современных ядерных реакторах используются крупные, редкие, радиоактивные атомы (например, уран-235), и они расщепляются, что высвобождает энергию при разрыве связей между нейтронами в ядре этих атомов. Главный недостаток заключается в том, что эта реакция создает радиоактивный материал, и проблема ядерных отходов до сих пор не решена.
Синтез же работает, объединяя более мелкие атомы. Самая многообещающая реакция синтеза использует дейтерий и тритий – два редких изотопа водорода, имеющих дополнительные нейтроны в своих ядрах. Дейтерий редок, но все же относительно легко находится в обычной морской воде (примерно один из каждых 6 000 атомов естественного водорода является дейтерием), тогда как тритий почти не встречается в природе и будет производиться путем расщепления атомов лития.
Кстати, это потенциальное применение лития из старых аккумуляторов электромобилей.
Когда атомы дейтерия и трития сливаются, образуется обычный атом гелия и высвобождается свободный нейтрон, от которого можно получать энергию.
Преимущество термоядерного синтеза в том, что он не производит долгоживущих радиоактивных отходов, и что он невероятно энергоемкий: теоретически, количество дейтерия в 1 галлоне обычной морской воды (около половины миллилитра дейтерия) способно выработать столько же энергии, сколько при сжигании 300 галлонов нефти. Термоядерные реакторы также считаются более безопасными, поскольку исключается возможность расплавления.
Недостаток в том, что термоядерный синтез требует чрезвычайно сложных условий для протекания, и поддержание этих условий требует больших затрат энергии. Подсказку об этом можно получить, посмотрев на место, где термоядерный синтез происходит естественным образом – в центре звезд, при температурах в десятки миллионов градусов и давлении в триллионы фунтов на квадратный дюйм.
Состояние термоядерного синтеза сегодня
Поэтому это звучит как научно-фантастическая концепция, и с тех пор, как она была впервые задумана в 1950-х годах, она ей и оставалась. Человечество так и не смогло добиться реакции термоядерного синтеза, которая генерировала бы больше энергии, чем было затрачено на ее создание… до недавнего времени.
Возможно, вы слышали новость прошлого года о том, что ученые достигли «чистого прироста энергии» от термоядерной реакции. Это означает, что термоядерная реакция выделила больше энергии, чем было затрачено на лазеры, используемые для создания необходимых температур. Это обозначается символом Q, причем Q выше 1 означает чистый прирост энергии. Текущий рекорд – Q = 1,54.
Но это еще не все, потому что не всю эту энергию можно эффективно использовать. Поэтому, чтобы достичь точки, когда термоядерный синтез станет действительно жизнеспособным для производства электроэнергии, реакция должна создавать достаточно энергии, чтобы стать самоподдерживающейся – пока добавляется больше дейтериево-тритиевого топлива, реакция будет продолжаться, подобно тому, как подкидывают поленья в горящий камин.
Основной технологический прорыв, необходимый для объекта Type One, – это высокотемпературные сверхпроводящие магниты, которые в последние годы демонстрируют замечательный прогресс и в настоящее время являются центром внимания нескольких компаний, работающих над адаптацией базовой технологии для применения в термоядерной энергетике. Учитывая научные разработки, ORNL считает шаг, задуманный Type One, разумным и достижимым. Хотя успех не гарантирован, мы считаем профиль риска и вознаграждения данного объекта соответствующим. В случае успеха результаты данного объекта станут прочной основой для объекта второго поколения, ориентированного на производство энергии.
Микки Уэйд, заместитель директора лаборатории по термоядерной и делительной энергетике и науке, ORNL
Для самоподдерживающейся реакции считается необходимым коэффициент Q примерно 5, чтобы достичь уровня жизнеспособности для производства электроэнергии. Но как только этот рубеж будет достигнут, Q будет увеличиваться произвольно, потому что самоподдерживающийся характер реакции означает, что для поддержания реакции потребуется затрачивать мало или совсем мало внешней энергии.
Планы Type One
Type One считает, что сможет достичь этого рубежа, хотя, вероятно, не раньше, чем через несколько лет – компания ставит цель примерно через десять лет. В настоящее время она хочет построить прототип реактора под названием Infinity One на площадке Bull Run с целью «снижения рисков» перед строительством будущего опытного энергоблока.
В мире существует множество других термоядерных реакторов, но большинство из них принадлежат государственным учреждениям, управляемым академическими, правительственными или межправительственными структурами. Есть и несколько других стартапов в области термоядерного синтеза, но Type One считает, что она станет первой частной компанией, которая построит функциональный прототип стелларатора. Термоядерные реакторы бывают двух типов: стеллараторы и токамаки. У каждого есть свои преимущества, но токамаки встречаются чаще.
Многие сотрудники компании уже участвовали в проектах стеллараторов в других учреждениях, поэтому имеется большой опыт, в том числе у технического директора доктора Томаса Санна Педерсена, с которым мы беседовали для этой статьи. Ранее он работал над рекордным стелларатором W7X в Германии.
План оказался достаточным, чтобы привлечь внимание некоторых государственных структур: Министерство энергетики выбрало ее одной из восьми компаний, которые получат часть финансирования в размере 46 миллионов долларов. Вот полный список этих компаний, с шестью из которых ORNL также сотрудничает:
- Commonwealth Fusion Systems (Кембридж, Массачусетс)
- Focused Energy Inc. (Остин, Техас)
- Princeton Stellarators Inc. (Бранчбург, Нью-Джерси)
- Realta Fusion Inc. (Мэдисон, Висконсин)
- Tokamak Energy Inc. (Брюсетон-Миллс, Западная Вирджиния)
- Type One Energy Group (Мэдисон, Висконсин)
- Xcimer Energy Inc. (Редвуд-Сити, Калифорния)
- Zap Energy Inc. (Эверетт, Вашингтон)
Type One также является первой компанией, получившей гранты в рамках новой программы штата Теннесси по стимулированию инноваций и инвестиций в ядерную энергетику, и в прошлом году закрыла посевной раунд инвестиций в размере 29 миллионов долларов.
Что касается участия TVA и ORNL, то обе организации «сотрудничают» с Type One, но их ожидания несколько более сдержанны, чем у самой компании.
TVA является лидером в области чистой энергетики. С выводом из эксплуатации электростанции Bull Run TVA имеет уникальную возможность сотрудничать с Type One и ORNL для изучения возможности перепрофилирования части объекта для продвижения исследований в области термоядерной энергетики. Поскольку TVA стремится к нулевому уровню выбросов к 2050 году, мы должны работать вместе, чтобы выявлять потенциальные чистые энергетические технологии будущего. Возможность продвигать исследования в области термоядерной энергетики представляет собой взаимовыгодное предложение для TVA и жителей долины.
— Представитель TVA
Несмотря на сегодняшнее объявление Type One о выборе площадки TVA Bull Run, TVA напоминает, что проект зависит от надлежащего завершения необходимых экологических экспертиз, разрешений, лицензий на эксплуатацию и т. д. Хотя TVA подписала меморандум о взаимопонимании с компанией и ORNL, она еще не дала официального согласия на аренду части собственности Type One. Однако она видит уникальную возможность использовать бывший угольный объект для исследований будущего энергетики, особенно в месте, столь близком к одному из центров американских исследований термоядерного синтеза в лабораториях Ок-Риджа.
Строительство опытного исследовательского проекта может начаться уже в 2025 году, а завершиться – в 2028 году.
Мнение Electrek
Эта история заинтересовала меня прежде всего тем, что объект, который раньше производил самую грязную электроэнергию, превращается в объект, который будет производить, вероятно, самую чистую форму электроэнергии, что весьма поэтично.
И термоядерная энергия, в частности, имеет огромный потенциал, если когда-либо будет достигнута. Она могла бы решить огромную часть наших социальных проблем – но, как и все остальное, это работает только в том случае, если выгоды будут правильно распределены, а наши нынешние социополитические системы не очень хорошо с этим справляются.
Но это, по крайней мере, могло бы помочь решить проблему изменения климата, предлагая высокоэнергетический источник энергии, который также не выделяет никаких выбросов и имеет даже меньше побочных эффектов, чем другие современные источники чистой энергии (например, нарушение среды обитания, переработка панелей/турбин и т. д.). И, что важно для Electrek, если литий нужен для производства трития, то это дает нам возможность использовать переработанные аккумуляторы электромобилей, что довольно круто.
Но и не стоит слишком забегать вперед, потому что этот проект, похоже, находится на очень ранних стадиях. Сегодняшний пресс-релиз – это довольно незначительный шаг – Type One просто объявляет площадку, которую хочет использовать, и которая еще даже не закреплена. И хотя у нас был отличный разговор с Type One, ответы, которые мы получили от TVA и ORNL, были гораздо более неопределенными. Так что была некоторая разница в энтузиазме, что вполне ожидаемо между компанией и государственной организацией, но это все равно напомнило нам, что все это еще далеко.
Таким образом, между текущим моментом и термоядерной энергетикой еще много шагов, и, честно говоря, я думаю, что самые большие прорывы в термоядерном синтезе, скорее всего, произойдут не от частной компании, а от академических или государственных исследований, по крайней мере, в настоящее время.
В конечном итоге нам понадобятся компании, которые придут и обеспечат коммерческую жизнеспособность, поэтому чем раньше мы начнем этим заниматься, тем лучше, но нам все равно придется подождать, прежде чем эта жизнеспособность наступит – и, к сожалению, у нас нет времени ждать, чтобы решить проблему изменения климата. Так что, хотя термоядерный синтез может помочь, нам все равно нужно немедленно начать сокращать выбросы.
Лучший комментарий от Johnny Vector
Понравилось 19 людям
Термоядерный синтез, безусловно, требует и производит радиоактивные материалы. Тритий радиоактивен, а нейтронное облучение делает внутреннюю поверхность реактора радиоактивной.
Во-вторых, Q – это не мощность на выходе, деленная на мощность, необходимую для работы лазеров. Это мощность на выходе, деленная на мощность в луче лазера. Как говорится в упомянутой выше статье: «Прирост энергии в этом контексте сравнивает только энергию, генерируемую по отношению к энергии лазеров, а не к общему количеству энергии, потребляемой из сети для питания системы, которое намного выше».
Наконец, эксперимент, достигший Q>1, представлял собой систему инерционного удержания (обстрел водорода лазерами), которая полностью отличается от магнитной индукции (токамаки и стеллараторы). Ни один эксперимент с магнитным удержанием не достиг Q>1. И проблема не в том, что магниты недостаточно сильны; проблема в том, что плазма постоянно находит способы выскользнуть из удерживающих полей.
Итог в том, что, хотя люди могут заниматься этим, это не имеет никакого отношения к решению кризиса глобального потепления. Ничто из этого не будет готово для производства энергии до того, как нам придется на 90% отказаться от ископаемого топлива. И нет никаких шансов, что это будет дешевле, чем ветер, вода, солнце и батареи, до того, как нам придется на 100% отказаться от ископаемого топлива.
Смотреть все комментарии