Стартап Commonwealth Fusion Systems планирует сделать энергию термоядерного синтеза доступнее

После того, как Брэндон Сорбом в 2010 году окончил университет Лойола Мэримаунт в Лос-Анджелесе, он взял свои сбережения и отправился в Бостон. 

Он хотел получить докторскую степень в области ядерного синтеза, но все его вступительные заявки были отклонены. Массачусетский технологический институт сказал Сорбому, изучавшему электротехнику и инженерную физику, что у него недостаточно практического лабораторного опыта. Поэтому Брендон решил найти работу в школьной лаборатории термоядерной энергии.

«Возможно, это была действительно глупая стратегия, — говорит Сорбом. — Но мне было 22 года, и мне казалось, что я справлюсь».

И у него получилось, спустя 12 лет он получил докторскую степень в Массачусетском технологическом институте, а теперь является соучредителем и главным научным сотрудником Commonwealth Fusion Systems (CFS). Это быстрорастущая компания, которая родилась из научной работы Сорбома и его партнеров. CFS стремится коммерциализировать безопасный и практически безграничный источник чистой энергии для борьбы с изменением климата. Компания финансируется Джеффом Безосом и Биллом Гейтсом через инвестиционный фонд энергетических инноваций Breakthrough Energy.

Почему термоядерный синтез?

В основе Commonwealth Fusion Systems лежит термоядерная реакция. Это процесс, при котором два атома сталкиваются и сливаются в один более тяжелый атом, генерируя энергию. Это то, что питает солнце.

У этой энергии множество достоинств:

• она чистая — большая часть энергии, используемой в мире, вырабатывается путем сжигания материалов на основе углерода, которые выделяют газы в атмосферу, нагревая планету;
• это практически неограниченный ресурс, другие чистые виды энергии ограничены — например, энергия ветра и солнечная энергия зависит от погодных условий;
• ядерный синтез в целом безопасен, поэтому реакторы могут быть расположены недалеко от населенных пунктов или городов.  Это отличает технологию от ядерного деления или расщепления атома, в основе которых тот же процесс, что и в атомной бомбе. При делении частиц образуются опасные радиоактивные отходы, что может стать причиной масштабных катастроф.

«Термоядерный синтез обеспечивает как производство электроэнергии, так и тепло, а это означает, что он может удовлетворить все виды спроса: электроснабжения домов, подзарядки батарей, создание чистого топлива, управление химическими процессами и другие промышленные цели», — говорит Эндрю Холланд, исполнительный директор Fusion Industry Association.

По словам Холланда, технология «впишется непосредственно в существующие сети и не потребует значительных нововведений». В идеале после масштабирования стоимость энергии термоядерного синтеза будет сопоставима с текущей ценой электроэнергии.

С другой стороны, у термоядерного синтеза есть существенный недостаток: современная технология захватывает всю энергию, созданную для поддержания реакции, и ее не остается для питания других объектов.

Объединение из 35 стран трудится над решением проблемы, создавая самый большой термоядерный реактор на планете — Iter (от латинского слова «путь»). По словам Эгемена Колемена, доцента кафедры механической и аэрокосмической техники Принстонского университета, это «самый дорогой научный эксперимент, который когда-либо проводился человечеством. Его стоимость оценивается приблизительно в $20 млрд».

Но Сорбом и остальная часть команды Commonwealth Fusion Systems считают, что Iter обходится слишком дорого и потребуется много времени, чтобы заметить положительное влияние на надвигающийся кризис глобального потепления.

Решение CFS

Создание и захват энергии солнца — процесс довольно тонкий. Специальная форма водорода должна быть нагрета до четвертого состояния вещества — плазмы.

«Если нагреть твердое вещество, оно превратится в жидкость. Если нагреть эту жидкость, она превратится в газ. Если вы нагреете этот газ, он превратится в плазму, — говорит он, — и вы получите заряженный суп из частиц».

Плазма — чрезвычайно нестабильное состояние вещества. Если процесс прерывается, реакция синтеза прекращается. Поэтому ученые разработали токамак — машину, которая использует магнитные поля для безопасного удержания плазмы.

Сорбом рассказывает, что вместе с коллегами они пытаются улучшить токамак, в частности, за счет «создания лучших магнитов».

Более качественные и прочные магниты обеспечат лучшую изоляцию для плазмы. Чем эффективнее нагревается плазма, тем больше энергии, в том числе и чистой, можно произвести.

В машинах, над которыми работает CFS, температура будет около 100 млн °C.

Изначально исследования финансировались Массачусетским технологическим институтом и Министерством энергетики США. Но позже Сорбом и его коллеги решили монетизировать проект и в 2018 году создали стартап Commonwealth Fusion Systems.

На данный момент CFS привлекла более $215 млн, при этом последний раунд финансирования был объявлен в мае. Свой вклад в развитие стартапа внесла компания венчурного капитала The Engine и фонд Breakthrough Energy Ventures, инвесторами которого являются Гейтс, Безос, Рэй Далио, Ричард Брэнсон, Джек Ма, Майкл Блумберг и другие. Стартап заявляет, что текущее финансирование позволит компании вести свою деятельность до 2021 года.

По словам директора по связям с общественностью CFS Кристен Каллен, компания будет зарабатывать деньги на проектировании и строительстве термоядерных электростанций, которые могут начать приносить доход уже в этом десятилетии.

Commonwealth Fusion Systems заявляет, что, когда термоядерный синтез в конечном итоге заменит другие источники энергии, он станет конкурентоспособным на одном из крупнейших рынков в мировой экономике.

Компания также работает над другими коммерческими применениями своей магнитной технологии, например, в аппаратах МРТ или ветряных турбинах.

CFS планирует представить свою магнитную технологию этим летом, а затем к 2025 году разработает SPARC, машину, которая станет примером успешной генерации чистой энергии.

После этого стартап приступит к разработке ARC, своей первой термоядерной электростанции, подключенной к электросети. Компания заявляет, что планирует производить термоядерную энергию в начале 2030-х годов.

Сорбому и команде CFS предстоит сделать многое, прежде чем термоядерный синтез выйдет на рынок в крупных масштабах. Но специалисты настроены оптимистично. Голландская ассоциация производителей термоядерного синтеза надеется, что инновации в следующем десятилетии сделают возможной коммерциализацию к 2030-м годам, что «достаточно скоро, чтобы иметь значение для климатического кризиса».

Несмотря на то, что прогнозы коммерциализации этого проекта более долгосрочные, профессор физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Трой Картер считает, что это может случиться быстрее.

Он был главой комитета, который опубликовал отчет с изложением стратегического плана строительства экспериментальной термоядерной установки к 2040-м годам.

Сорбома также воодушевляет то внимание, которое администрация Байдена уделяет проблеме изменения климата. «Изменение климата — действительно большая проблема, — говорит Сорбом. — Люди думают, что пандемия — это ужасно, но если вы посмотрите на прогнозы того, как изменение климата может повлиять на нашу жизнь к 2050 году ... вы ужаснетесь».

«Термоядерная энергия — это решение проблемы глобального потепления, — считает Холланд. — Главная задача состоит в том, чтобы как можно быстрей ввести его в сеть».

Источник.

Фото на обложке: Shotsstudio / Depositphotos