เชื้อเพลิงจากมหาเศรษฐีพันล้าน นิวเคลียร์ฟิวชั่นเข้าสู่ยุคใหม่

หลังจากระดมทุนได้มากกว่า 3 พันล้านดอลลาร์ในปี 2021 จากสิ่งที่ชอบของ Bill Gates และ Jeff Bezos นักพัฒนาด้านฟิวชั่นยืนยันว่าแหล่งพลังงานศูนย์คาร์บอนนี้อาจเป็นจริงได้ภายในหนึ่งทศวรรษ

เป็นที่ชัดเจนว่านิวเคลียร์ฟิวชันสามารถทำงานได้ในวงกว้าง แค่มองดูดวงดาว เป็นเวลา 70 ปีที่นักฟิสิกส์ใฝ่ฝันที่จะบรรจุพลังงานของดาวฤกษ์นั้นในรูปแบบของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันที่จะให้พลังงานแก่กริดไฟฟ้าด้วยปฏิกิริยาไร้คาร์บอนที่ไร้ขีดจำกัดแบบเดียวกันที่ทำให้ดวงอาทิตย์ส่องแสง Holy Grail นี้ได้รับการโฆษณามานานแล้วว่าอยู่ห่างออกไปเพียง 20 หรือ 30 ปี แต่แฟน ๆ ฟิวชั่นปฏิเสธที่จะเลิกศรัทธา และด้วยเหตุผลที่ดี ฟิวชั่น (การรวมอะตอมไฮโดรเจนเข้าด้วยกันเป็นฮีเลียม) ให้สัญญาว่าพลังงานไฟฟ้าเป็นศูนย์คาร์บอนที่ไม่มีความเสี่ยงของการล่มสลาย และแทบไม่มีกากกัมมันตภาพรังสีที่เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีอยู่ซึ่งทำงานบนปฏิกิริยาฟิชชัน (การแยกอะตอมของยูเรเนียมออกเป็นองค์ประกอบที่มีขนาดเล็กลง) 

ความฝันเป็นแรงบันดาลใจให้ Ajay Royan ผู้ร่วมก่อตั้ง Mithril Capital (กับมหาเศรษฐี Peter Thiel) ซึ่งในปี 2013 ลงทุน 2 ล้านดอลลาร์ครั้งแรกใน Redmond, Wash.-based Helion Energy เพื่อที่จะสร้างเครื่องต้นแบบ “พลังชีพจรซ้ำๆ” มิธริลได้ลงทุนใน Helion นับตั้งแต่นั้นมา ซึ่งรวมถึงรอบล่าสุดที่มีมูลค่า 500 ล้านดอลลาร์ (มูลค่าบริษัทอยู่ที่ 3 พันล้านดอลลาร์) โดยให้คำมั่นว่าจะเพิ่มอีก 1.7 พันล้านดอลลาร์หากต้นแบบที่ XNUMX ของบริษัททำงานได้ตามที่หวังไว้ รอบของ Helion นำโดย Sam Altman จาก Y Combinator 

ปี 2021 เป็นปีที่ยิ่งใหญ่สำหรับทั้งเงินทุนฟิวชันและการคาดการณ์ เนื่องจากนักพัฒนาระดมเงินมากกว่า 3 พันล้านดอลลาร์เพื่อใช้เป็นเงินทุนสำหรับเครื่องจักรในรอบถัดไป ซึ่งขณะนี้บางส่วนมีแนวโน้มว่าจะสามารถหลอมรวมได้ในเชิงพาณิชย์ภายในเวลาเพียงห้าปี Royan มีความสุขที่ได้เห็นการผสมผสานได้รับความสนใจมากขึ้น “แน่นอนว่าปี 2021 อาจเป็นจุดเปลี่ยนสำหรับการหลอมรวมตามการวิเคราะห์ของ Google แต่จุดเปลี่ยนที่แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อทศวรรษที่แล้วเมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าผ่านเกณฑ์” 

David Kirtley ซีอีโออธิบายว่างาน R&D เบื้องต้นที่อยู่เบื้องหลัง Helion นั้นเสร็จสิ้นในห้องปฏิบัติการของรัฐบาลกลาง ซึ่ง Helion ถูกหมุนในปี 2013 Helion ได้สร้างต้นแบบใหม่ขึ้นมาเรื่อยๆ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา “ความคิดในการเริ่มต้นนั้นไม่ดีเลย มันเป็นข้อกำหนด และสิ่งที่เรามุ่งเน้นตั้งแต่ต้น” เคิร์ทลีย์กล่าว

ในปี 2020 Helion ได้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบเครื่องที่ 3 เสร็จเรียบร้อยแล้ว ซึ่งมีชื่อว่า Trenta ตอนนี้กำลังสร้าง Polaris แห่งที่ XNUMX ในขณะที่กำลังออกแบบ Antares ตัวที่แปด ซึ่ง Kirtley ตั้งใจที่จะเป็นเครื่องฟิวชันเครื่องแรกที่จะใช้พลังงานมากกว่าที่มันใช้เข้าไป นอกจากการทำซ้ำอย่างรวดเร็วแล้ว Helion ยังได้รับประโยชน์จากความเชี่ยวชาญในท้องถิ่นอีกด้วย บริษัทกำลังสร้างเครื่องจักร Polaris ในเมืองเอเวอเร็ตต์ รัฐวอชิงตัน ใกล้กับโรงงานที่ใหญ่ที่สุดของโบอิ้ง ที่ซึ่งพวกเขาสามารถใช้ประโยชน์จากระบบนิเวศที่เป็นมิตรของวิศวกรสัญญาจ้างและผู้ผลิตที่มีความแม่นยำ Kirtley กล่าวว่าพวกเขาใช้เวลาช่วงเช้าในการซ่อมแซม อัปเดตระบบ และเปิดตัวเก็บประจุ “ทุกบ่าย XNUMX โมงเย็น เราจะเริ่มทำฟิวชั่น”

เพื่อให้เข้าใจแนวทางของ Helion อันดับแรก ให้พิจารณาแรงผลักแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเมื่อคุณพยายามบังคับขั้วบวกของแม่เหล็กแท่งสองแท่งเข้าด้วยกัน เป็นหลักการที่ทำให้เทคโนโลยี "mag-lev" เหมือนกับรถไฟหัวกระสุนชื่อดังของญี่ปุ่น ซึ่งใช้แรงผลักแม่เหล็กเพื่อลอยอยู่บนเบาะอากาศ 

นักวิจัยฟิวชั่นได้พยายามคิดค้นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงที่สุดในโลกมาหลายทศวรรษแล้ว โดยพวกเขาสร้างห้องปฏิกิริยาด้วยสนามแม่เหล็กที่แรงมากจนบรรจุและบีบอัดกระแสโปรตอนที่มีประจุบวกเข้าไปในลูกบอลพลาสม่าที่ร้อนจนหลอมรวมกันเป็นก้อน ฮีเลียม 

ในระบบใหม่ของ Helion พลังงานที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาฟิวชันจะผลักออกอย่างต่อเนื่องกับสนามแม่เหล็กซึ่งผลักกลับ ทำให้เกิดการสั่น (“เหมือนลูกสูบ” Kirtley) ที่สร้างกระแสไฟฟ้า ซึ่ง Helion จับได้โดยตรงจากเครื่องปฏิกรณ์ . (อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์) 

Royan จาก Mithril กล่าวว่าสิ่งดึงดูดที่ใหญ่ที่สุดของวิธีการผลิตไฟฟ้าโดยตรงของ Helion คือความเรียบง่าย วิธีการฟิวชันแบบอื่นๆ มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างความร้อน เพื่อต้มน้ำและกังหันไอน้ำซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้าได้ เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิม “เราสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้กังหันไอน้ำหรือคูลลิ่งทาวเวอร์ เรากำจัดโรงไฟฟ้า” 

เพื่อให้แน่ใจว่า Kirtley เข้าใจความกังขาแบบฟิวชั่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเวลาที่ก้าวร้าวของเขา เขาเริ่มต้นอาชีพในสาขาฟิวชั่น โดยได้รับแรงบันดาลใจจากนักวิทยาศาสตร์ในห้องทดลองระดับประเทศในช่วงทศวรรษ 1960 ที่มีความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในด้านการบรรจุแม่เหล็ก (แข่งขันกับนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียเพื่อประดิษฐ์เครื่องปฏิกรณ์รูปโดนัทที่เรียกว่าโทคามักส์) แม้กระทั่งก่อนการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ แต่เคิร์ทลีย์หมดศรัทธาหลังจากกำหนดแนวทางแรกเริ่มไม่สามารถพัฒนาได้เร็วพอที่จะแก้ปัญหาเชิงพาณิชย์ได้ ดังนั้นเขาจึงไปทำงานเกี่ยวกับการขับเคลื่อนยานอวกาศขั้นสูงโดยใช้ไอพ่นพลาสมาที่ควบคุมโดยแม่เหล็กไฟฟ้า เขากลับมาที่สนามในปี 2008 เพื่อช่วยขายเทคโนโลยีของ Helion 

ในเวลาต่อมา เขาจินตนาการถึงการผลิตเครื่องกำเนิดฟิวชันในโรงงานแห่งหนึ่ง ระบบมาตราส่วนขนาด 50 mw ที่บรรจุในหน่วยขนาดตู้คอนเทนเนอร์สำหรับการขนส่งสามหน่วยจะจ่ายพลังงานให้กับบ้านเรือน 40,000 หลัง “อีก 10 ปี เราจะมีไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ขายอย่างแน่นอน” 

นั่นทำให้ Helion แข่งขันกับ Commonwealth Fusion Systems ในบอสตัน ซึ่งเป็นผลพลอยได้จาก MIT ซึ่งระดมทุนได้ 1.8 พันล้านดอลลาร์จากนักลงทุนรวมถึง Bill Gates และ George Soros CEO Bob Mumgaard กล่าวว่าพวกเขาจะมีเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานได้ภายใน 6 ปี การมองโลกในแง่ดีของเขาได้รับแรงหนุนจากการทดสอบภาคฤดูร้อนที่ประสบความสำเร็จของเครือจักรภพเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าใหม่ที่ออกแบบด้วยตัวนำยิ่งยวดที่ทำจากแบเรียมคอปเปอร์ออกไซด์ที่หายาก 

Mumgaard กล่าวว่าแม่เหล็กพลังพิเศษเหล่านี้จะช่วยให้เครือจักรภพสามารถหลอมรวมแบบดั้งเดิมได้อย่างสมบูรณ์แบบในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ "tokamak" รูปโดนัทซึ่ง Mumgaard เรียกว่า "ขวดแม่เหล็กขนาดใหญ่" ซึ่งสนามแม่เหล็กอันทรงพลังควบคุมลูกบอลพลาสม่า 100 ล้านองศา - " ของดารา” 

มีโทคามักประมาณ 150 ตัวทั่วโลก ที่ใหญ่ที่สุดอยู่ระหว่างการก่อสร้างในฝรั่งเศสมูลค่า 30 พันล้านดอลลาร์โดยสมาคมระหว่างประเทศที่เรียกว่า ITER เครื่องจักรขนาด 20,000 ตัน ซึ่งเท่ากับสนามบาสเก็ตบอล มีกำหนดแล้วเสร็จภายในปี 2035 

แต่ Mumgaard ตั้งใจให้ Commonwealth Fusion ทำให้ ITER ล้าสมัยก่อนที่มันจะเสร็จสมบูรณ์ ขอบของมันอยู่ในการประยุกต์ใช้ตัวนำยิ่งยวด "อุณหภูมิสูง" ที่ทำด้วยแบเรียมคอปเปอร์ออกไซด์ที่หายาก (aka ReBCO) 

ตัวนำยิ่งยวดเคลื่อนกระแสไฟฟ้าโดยแทบไม่สูญเสียอะไรเลย (เช่น มีประสิทธิภาพมากกว่าทองแดงมาก) และเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลัง เครือจักรภพพบว่าการสร้างแม่เหล็กโดยใช้เทปแบเรียมคอปเปอร์ออกไซด์พิเศษ (เช่นเทปที่พบในตลับเทป VHS) สามารถทำให้สนามแม่เหล็กมีพลังมากกว่าที่คาดไว้ใน ITER แต่ที่ 1/20 ของมาตราส่วน 

ในขณะที่แม่เหล็กหลักของ ITER (เรียกว่าโซลินอยด์) จะมีน้ำหนักประมาณ 400 ตันและบรรลุสนามที่แข็งแกร่งกว่า 12 เทสลา เครือจักรภพกำลังมองหาแม่เหล็กขนาด 15 ตัน ซึ่งแต่ละอันใช้เทปฟิล์มบาง ReBCO 300 กม. ซึ่งจะสร้าง 20 เทสลา (สำหรับการเปรียบเทียบ เครื่องถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กทำได้ 1.5 เทสลา) 

"นี่เป็นการปลดล็อกเครื่องฟิวชัน" Mumgaard กล่าว CES ทดสอบแม่เหล็กเมื่อฤดูร้อนที่แล้วและประกาศว่าเป็น "ข้อพิสูจน์" ว่าศาสตร์แห่งการหลอมรวมเกือบจะเสร็จสมบูรณ์แล้ว และสิ่งที่เหลืออยู่ก็คือการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ “เราเข้าใจเนื้อหานี้เป็นอย่างดีและคิดว่าเราสามารถทำได้ภายในสามปี” Mumgaard กล่าว “ภายในปี 2030 เราจะเห็นการผสมผสานบนกริด” 

CES ถูกกำหนดให้สร้างเครื่องฟิวชันบนพื้นที่ 47 เอเคอร์ในรัฐแมสซาชูเซตส์ และกำลังทำงานเพื่อจัดหาเทป ReBCO หลายพันกิโลเมตร ความพร้อมใช้งานของธาตุหายากจะกลายเป็นปัจจัยจำกัดในการเปิดตัวฟิวชั่นหรือไม่? ไม่มี Mumgaard กล่าว “โรงงานฟิวชันจะมีธาตุหายากน้อยกว่ากังหันลม ฟิวชั่นไม่ได้เกี่ยวกับทรัพยากรที่คุณต้องการในการขุดหรือสูบฉีด มันเกี่ยวกับเทคโนโลยี” 

ควรมีที่ว่างสำหรับผู้ชนะฟิวชั่นมากกว่าหนึ่งราย ผู้นำคนอื่นๆ ได้แก่ General Fusion ซึ่งตั้งอยู่ในแคนาดาและได้รับการสนับสนุนจาก Jeff Bezos ซึ่งระดมทุนได้ 130 ล้านดอลลาร์ในปีนี้ มหาเศรษฐีที่มีชื่อเสียงอื่นๆ ในเกมฟิวชั่น ได้แก่ Neal และ Linden Blue ซึ่งเป็นเจ้าของ General Atomics ในซานดิเอโก ซึ่งดำเนินการวิจัย tokamak ในนามของ DOE มานานหลายทศวรรษ และในปีนี้ได้ส่งมอบความกล้าของแม่เหล็กไฟฟ้า tokamak ให้กับ ITER — โซลินอยด์กลาง 1,000 ตัน และมี TAE Energy แห่งแคลิฟอร์เนีย ซึ่งได้ทำการทดลองด้วยเงิน 1 พันล้านดอลลาร์ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา และระดมทุนได้ 130 ล้านดอลลาร์ในช่วงการระบาดใหญ่

เทคโนโลยีฟิวชั่นอาจเริ่มต้นในห้องทดลองที่ได้รับทุนสนับสนุนจากรัฐบาล แต่การบรรลุผลจะต้องอาศัยเงินทุนส่วนตัว Amy Roma หุ้นส่วนที่ Hogan Lovells ในวอชิงตัน ดี.ซี. กล่าวว่าการเรียกเก็บเงิน Build Back Better ในตอนนี้จะรวมเงิน 875 ล้านดอลลาร์สำหรับนิวเคลียร์ขั้นสูง แต่สำหรับตอนนี้ อุตสาหกรรมจะต้องชำระสำหรับสำนักงานใหม่ของการสาธิตเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงภายใต้ กระทรวงพลังงานได้รับทุนจากพระราชบัญญัติโครงสร้างพื้นฐานฉบับล่าสุด นิวเคลียร์นิวเคลียร์เป็นศูนย์จะได้รับประโยชน์จากคำสั่งของผู้บริหารล่าสุดของประธานาธิบดีไบเดนที่เรียกร้องให้การซื้อพลังงานของรัฐบาลกลางเป็น "ศูนย์สุทธิ" ภายในปี 2030 

Steve Jurvetson นักลงทุนด้านเทคโนโลยีในตำนาน ซึ่งเป็นผู้สนับสนุน Commonwealth Fusion ที่เขียนเช็คครั้งแรกของเขาเกี่ยวกับการวิจัยฟิวชันเมื่อ 25 ปีที่แล้ว เกือบจะหวิว ๆ ว่าความฝันที่เลื่อนออกไปอีกนานอาจกลายเป็นจริงได้ในไม่ช้า “มีคนไม่ยอมรับมากมายจนกว่าจะเสร็จ แล้วพวกเขาก็บอกว่ามันชัดเจน” 

Royan จาก Mithril กล่าวว่าเขากำลังทำงานเพื่อปรับกรอบการทำงานเพื่อพิจารณาว่าโลกจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อฟิวชั่นเป็นจริง — “ลองนึกถึงโอกาสสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำ และการผลิตปุ๋ย โดยพื้นฐานแล้วสิ่งนี้จะเปลี่ยนเศรษฐศาสตร์น้ำในชั่วข้ามคืน และทำให้เศรษฐกิจของการเกษตรเปลี่ยนแปลงไปด้วย” ทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางของมนุษยชาติ เขากล่าว "เพื่อพิสูจน์ว่า Malthus เป็นคนงี่เง่าต่อไป" 

เพิ่มเติมจาก FORBESนิวเคลียร์ใหม่: ยูนิคอร์นพลังงานฟิวชั่นมูลค่า 600 ล้านเหรียญสหรัฐวางแผนที่จะเอาชนะพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างไรBy คริสโตเฟอร์เฮลแมน
เพิ่มเติมจาก FORBESมหาเศรษฐีผู้เงียบงันเบื้องหลังโดรน Predator ของอเมริกาที่สังหารสุไลมานีของอิหร่านBy เดนิซ คัม