Исследуйте список 15 климатических технологических компаний, за которыми стоит следить в 2023 году.
Подход Commonwealth Fusion System основан на десятилетиях исследований, которые, однако, часто приводили к разочарованиям в этой отрасли. Да, первая коммерческая установка компании появится не раньше, чем через десять лет, но если проект сработает, климатические выгоды будут колоссальными.
Введение
Commonwealth Fusion Systems (CFS) стремится стать первой компанией, которая переведет ядерный синтез из лаборатории на рынок.
CFS, являющаяся спин-оффом Плазменно-научного и термоядерного центра Массачусетского технологического института (MIT), использует хорошо известную проектную схему — токамак. Это устройство в форме бублика, в котором радиоволны нагревают изотопы водорода до температуры, превышающей 100 миллионов градусов Цельсия (180 миллионов °F). Образующаяся плазма сжимается мощным магнитным полем до тех пор, пока атомы не сольются, высвобождая мощный выброс энергичных электронов и нейтронов.
Отличие Commonwealth заключается в компактности их токамака. Прототип реактора SPARC будет в 40 раз меньше международного термоядерного реактора ITER, который сейчас строится во Франции, и потенциально может быть запущен на пять лет раньше.
Ключевые показатели
- Отрасль: Термоядерная энергетика
- Основана: 2018 год
- Штаб-квартира: ДеВенс, Массачусетс, США
- Примечательный факт: Прототип реактора Commonwealth будет использовать 10 000 километров (около 6 200 миль) высокотемпературной сверхпроводящей ленты.
Потенциал воздействия
«Электрифицировать всё!» — призывают климатические эксперты. Электродвигатели, автомобили и тепловые насосы по своей природе более эффективны, чем их аналоги, работающие на нефти и газе. Но для достижения чистого нуля миру потребуется гораздо больше электростанций, не использующих ископаемое топливо, чтобы производить достаточно возобновляемой электроэнергии для этих систем. Термоядерные установки Commonwealth будут превращать тепло от реакций синтеза в пар, который вращает турбины для выработки электроэнергии без вредных выбросов.
Это научно-фантастическая мечта, которую разделяют десятки других стартапов. Некоторые идут по стопам Commonwealth, разрабатывая собственные токамаки, но существуют и другие многообещающие подходы. Импульсные термоядерные реакторы используют нестабильность слияния и могут быть сделаны еще меньше, чем токамаки. По крайней мере, одна из таких компаний, хорошо финансируемая Helion Energy из Эверетта, штат Вашингтон, заявляет, что будет генерировать электричество непосредственно из плазмы синтеза и надеется продавать электроны клиентам к 2028 году.
Если Commonwealth (или кто-либо из ее конкурентов) добьется успеха, термоядерный синтез сможет осуществить давно обещанную мечту о стабильной, безуглеродной энергии практически без радиоактивных отходов.
Оговорки
Разумеется, разработка и строительство первого в своем роде термоядерного реактора — задача не из легких. Только прототип SPARC поглотит большую часть (если не все) из почти 2 миллиардов долларов, которые CFS привлекли на сегодняшний день.
Фундаментальная технология также не гарантирована. Чтобы сделать свой токамак таким компактным, Commonwealth использует тысячи километров высокотемпературной сверхпроводящей ленты для создания 18 чрезвычайно мощных электромагнитов. Эти магниты могут не сработать сообща, как ожидается, и им по-прежнему требуется охлаждение до -200 °C.
Ни один термоядерный стартап — и даже исследовательская лаборатория — еще не получил больше энергии от термоядерного реактора, чем было затрачено на запуск процесса. Эксперименты в декабре 2022 года и июле 2023 года в Ливерморской национальной лаборатории достигли того, что иногда называют научным чистым приростом энергии (или, в технической терминологии, Q больше единицы). Но этот расчет не учитывает энергию, необходимую для питания лазерных установок Ливермора, поэтому в целом реактор лаборатории все еще производил меньше энергии, чем потреблял из электросети для своей работы.
Переход от символической вехи безубыточности к экономически целесообразным и повторяемым реакциям, необходимым для коммерческой выработки электроэнергии, потребует еще одного огромного технологического скачка.
Сроки
В 2021 году компания объявила об успешной демонстрации электромагнита на 20 Тесла — самого мощного из когда-либо созданных. А в декабре прошлого года на новом объекте Commonwealth в ДеВенсе, штат Массачусетс, где также строится завод по производству магнитов, началась сборка токамака SPARC.
Компания заявляет, что SPARC должен будет сгенерировать первую плазму уже к концу 2025 года, и эта модель будет включать 14 из 17 систем, необходимых для ее преемника, термоядерной электростанции ARC. Если все пойдет по плану, этот реактор ARC может начать подавать энергию в сеть в начале 2030-х годов.
Следующие шаги
Стоит обратить внимание на начало 2026 года. Именно тогда Commonwealth планирует добиться от SPARC первого Q больше единицы, что будет означать чистый прирост энергии. Компания ожидает, что в конечном итоге SPARC достигнет Q больше 10 — это уровень производительности, необходимый для компенсации значительных потребностей реактора в обогреве, охлаждении и системных потерях. Симуляции Commonwealth предполагают, что SPARC сможет производить до 100 мегаватт термоядерной мощности.
Даже разрабатывая 200-мегаваттный реактор ARC, Commonwealth ищет для него площадку. Хотя Комиссия по ядерному регулированию США недавно уточнила нормативные акты, которые должны упростить размещение здесь термоядерных реакторов, компания рассматривает варианты по всему миру.
Исследуйте список 15 климатических технологических компаний, за которыми стоит следить в 2023 году.
