Ο οδικός χάρτης για το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας σύντηξης των Η.Π.Α. έρχεται σε σαφέστερη εστίαση—κάπως
Τα σχέδια για την κατασκευή ενός πρωτότυπου σταθμού σύντηξης στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν εστιαστεί περισσότερο, καθώς μια νέα έκθεση καθορίζει ένα πρόχειρο χρονοδιάγραμμα για την κατασκευή του εργοστασίου πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων και μια στρατηγική για την ανάπτυξη του σχεδιασμού του. Οι Ηνωμένες Πολιτείες θα πρέπει να προσπαθήσουν να ξεκινήσουν την κατασκευή του πιλότου έως το 2035 και να το θέσουν σε λειτουργία έως το 2040, σύμφωνα με μια έκθεση που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα από τις Εθνικές Ακαδημίες Επιστημών, Μηχανικής και Ιατρικής (NASEM). Για να ανταποκριθεί σε αυτό το σφιχτό χρονοδιάγραμμα, η έκθεση καλεί το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) να βοηθήσει στη χρηματοδότηση δύο έως τεσσάρων ομάδων που, σε συνεργασία με τον ιδιωτικό κλάδο, θα αναπτύξουν έως το 2028 διαφορετικά εννοιολογικά σχέδια.
«Είναι αξιόπιστο και εφικτό», λέει ο William Madia, επίτιμος αντιπρόεδρος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, ο οποίος έχει ασκήσει συχνά κριτική στις προσπάθειες σύντηξης της DOE. Ωστόσο, ο Edwin Lyman, διευθυντής πυρηνικής ασφάλειας στην Ένωση Ανησυχούμενων Επιστημόνων, σημειώνει ότι η έκθεση επισημαίνει επίσης πολλές βασικές τεχνολογίες που βρίσκονται σε χαμηλή τεχνική ετοιμότητα και αμφισβητεί εάν μπορούν να αναπτυχθούν εγκαίρως. "Διαβάζοντας ανάμεσα στις γραμμές, δεν ένιωσα ότι σου δίνει μεγάλη σιγουριά ότι αυτά τα χρονοδιαγράμματα είναι ρεαλιστικά", λέει ο Lyman.
Το χρονοδιάγραμμα που προτείνεται από την έκθεση 91 σελίδων, που κυκλοφόρησε στις 17 Φεβρουαρίου, δεν αντικατοπτρίζει μια εκτίμηση από κάτω προς τα πάνω για το χρόνο που θα χρειαζόταν για να ολοκληρωθεί η Ε&Α για ένα συγκεκριμένο σχέδιο. Αντιθέτως, παρουσιάζει μια αξιολόγηση από πάνω προς τα κάτω για το πότε πρέπει να είναι εφικτή η ισχύς σύντηξης, εάν οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας θέλουν να τη συμπεριλάβουν καθώς στρέφονται προς πηγές ενέργειας χωρίς άνθρακα έως το 2050. "Το χρονοδιάγραμμα καθορίστηκε πραγματικά από εισροές από επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας", λέει ο Brian Wirth , πυρηνικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Τενεσί, στο Knoxville, και ένας από τους 12 συγγραφείς της έκθεσης. Η Madia προβλέπει ότι εάν η σύντηξη δεν έχει αποδειχθεί εφικτή μέχρι το 2035, «θα χάσει το τρένο» και θα μείνει έξω από το μελλοντικό ενεργειακό μείγμα χωρίς άνθρακα.
Ο ενθουσιασμός έχει αυξηθεί μεταξύ των ερευνητών σύντηξης των ΗΠΑ για την κατασκευή ενός πρωτότυπου σταθμού ηλεκτροπαραγωγής που θα αξιοποιήσει τελικά την πυρηνική σύντηξη, τη διαδικασία που τροφοδοτεί τον Ήλιο, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ιδέα προέκυψε το 2018 σε μια άλλη έκθεση NASEM που πρότεινε τις Ηνωμένες Πολιτείες να τηρήσουν τη δέσμευσή τους στο ITER, το γιγάντιο διεθνές πείραμα σύντηξης υπό κατασκευή στη Γαλλία, αλλά και να προετοιμαστούν να κατασκευάσουν μια εγχώρια πιλοτική μονάδα σύντομα μετά. Τον Δεκέμβριο του 2020, Αμερικανοί ερευνητές σύντηξης αγκάλιασαν το πιλοτικό εργοστάσιο στο νέο τους σχέδιο μεγάλης εμβέλειας.
Χρησιμοποιώντας έντονα μαγνητικά πεδία, το ITER θα παγιδεύσει ένα πλάσμα δευτερίου και τριτίου - τα βαριά ισότοπα του υδρογόνου - σε έναν θάλαμο κενού σε σχήμα ντόνατ και θα θερμανθεί στους 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Το πείραμα στοχεύει να δείξει ότι η σύντηξη των πυρήνων δευτερίου και τριτίου μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια από την παραγωγή του πλάσματος που καταναλώνεται. Η πιλοτική μονάδα θα προχωρούσε ένα βήμα παραπέρα και θα παράγει χρήσιμα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι υποστηρικτές της πρότασης λένε ότι η κατασκευή μιας πιλοτικής μονάδας θα επιτρέψει στους αμερικανούς ερευνητές να ξεπεράσουν τους ανταγωνιστές στην Ευρώπη και την Ασία και να διεκδικήσουν εκ νέου το προβάδισμα στην έρευνα σύντηξης. Επιπλέον, λένε, λόγω της πρόσφατης προόδου στους μαγνήτες από υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας, τρισδιάστατη εκτύπωση και μοντελοποίηση υπολογιστή, το εργοστάσιο θα μπορούσε να είναι πολύ μικρότερο και λιγότερο ακριβό από το ITER, το οποίο έχει ύψος 30 μέτρα και θα κοστίζει πάνω από 20 δολάρια δισεκατομμύρια.
Το πιλοτικό εργοστάσιο δεν θα ήταν συντριπτικά ισχυρό. Η νέα έκθεση προβλέπει ότι θα παράγει μόλις 50 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας, λίγο τοις εκατό από αυτό που μπορεί να παράγει μια μεγάλη μονάδα που λειτουργεί με φυσικό αέριο. Αυτό είναι αρκετό για να δούμε πώς μια τέτοια μονάδα θα αλληλεπιδράσει με το ηλεκτρικό δίκτυο, λέει ο David Roop, μηχανικός της DWR Associates LLC και συγγραφέας της νέας έκθεσης. «Αυτή η τιμή τουλάχιστον 50 μεγαβάτ σάς επιτρέπει να δοκιμάσετε την ικανότητά σας να μεταφέρετε ρεύμα στο δίκτυο», λέει. Η πιλοτική μονάδα δεν θα κοστίζει περισσότερο από 5 δισεκατομμύρια ή 6 δισεκατομμύρια δολάρια, λέει η έκθεση, το οποίο είναι το ποσό που εκτιμά ότι οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας θα ήταν διατεθειμένες να πληρώσουν για την πρώτη εμπορική μονάδα που θα ακολουθήσει, η οποία θα παράγει εκατοντάδες μεγαβάτ ενέργειας.
Προτού καταστεί δυνατή η κατασκευή οποιασδήποτε πιλοτικής μονάδας, πρέπει να ξεπεραστούν πολλές μεγάλες τεχνολογικές προκλήσεις, αναφέρει η έκθεση. Για παράδειγμα, εάν το εργοστάσιο λειτουργεί όπως το ITER και συντήξει δευτέριο και τρίτιο (υπάρχουν μερικές άλλες δυνατότητες), τότε οι ερευνητές πρέπει επίσης να αναπτύξουν έναν τρόπο να παράγουν περισσότερο τρίτιο σε μια ειδικά κατασκευασμένη «κουβέρτα» υλικού που περιβάλλει τον αντιδραστήρα. Διαφορετικά, το εργοστάσιο θα μπορούσε γρήγορα να καταναλώσει ολόκληρη την παγκόσμια προσφορά τριτίου, το οποίο προέρχεται μόνο από ορισμένους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Εάν η κουβέρτα περιέχει λίθιο, τα νετρόνια θα χωρίσουν μερικούς από αυτούς τους πυρήνες για να σχηματίσουν περισσότερο τρίτιο. Ωστόσο, το τρίτιο είναι μια εξαιρετικά ρυθμιζόμενη ραδιενεργή ουσία που είναι δύσκολο να χειριστεί κανείς και ο Lyman αμφισβητεί εάν ένα τέτοιο κλειστό σύστημα μπορεί να αναπτυχθεί μέχρι το 2035.
Η συζήτηση για το χρονοδιάγραμμα αντανακλά τις εντάσεις σχετικά με την εμφάνιση νέων ιδιωτικών εταιρειών σύντηξης, οι οποίες πιθανώς θα συνεργάζονταν με την DOE για να αναπτύξουν τις ιδέες που έχουν ήδη. Ορισμένες startups έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον δισεκατομμυριούχων υψηλής τεχνολογίας. Για παράδειγμα, ο Bill Gates υποστηρίζει την Commonwealth Fusion Systems, οι ιδέες της οποίας επικεντρώνονται στη χρήση μαγνητών πηνίων από υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας και ο Jeff Bezos υποστηρίζει τη General Fusion, η οποία χρησιμοποιεί μηχανικές αντλίες για να συμπιέσει και να θερμάνει ένα πλάσμα. Τέτοιες ιδιωτικές επενδύσεις είναι ένας βασικός λόγος που ο Madia λέει ότι είναι ανοδικός για το πιλοτικό εργοστάσιο. «Όταν εμπλέκονται τύποι όπως ο Μπιλ Γκέιτς και ο Τζεφ Μπέζος, κάνουν ενδιαφέροντα πράγματα», λέει.
Αλλά οι νεοφυείς επιχειρήσεις σύντηξης υπόσχονται περισσότερα από όσα μπορούν να προσφέρουν, υποστηρίζει ο Lyman. Ανησυχεί ότι οι επενδυτές που είναι εξοικειωμένοι με την οικονομία της υψηλής τεχνολογίας, στην οποία η αποτυχία μπορεί να μην είναι μοιραία, μπορεί να ακολουθούν την ίδια στάση υψηλού κινδύνου απέναντι στην ενεργειακή έρευνα έντασης κεφαλαίου, η οποία είναι πολύ λιγότερο επιεική. «Νομίζουν ότι μπορούν απλώς να έχουν μια ιδέα και να πλουτίσουν από την ιδέα χωρίς να την έχουν εκπληρώσει», λέει ο Lyman. Η ανάπτυξη ενός αντιδραστήρα σύντηξης «δεν είναι κάτι που μπορείτε να κάνετε στο γκαράζ σας, επομένως πρέπει να είστε προσεκτικοί σχετικά με αυτή τη νοοτροπία». Ο Lyman προειδοποιεί επίσης ότι οι νεοφυείς επιχειρήσεις σύντηξης ζητούν από τη Ρυθμιστική Επιτροπή Πυρηνικών να χαλαρώσει τις απαιτήσεις ασφάλειας με τρόπους που λέει ότι δεν δικαιολογούνται.
Ωστόσο, η έκκληση της έκθεσης να σχηματιστούν ομάδες δημόσιου-ιδιωτικού τομέα για να εμπλουτίσουν τις διάφορες έννοιες για ένα πιλοτικό εργοστάσιο θα ήταν εξαιρετικά επωφελής, λέει ο Steven Cowley, διευθυντής του Εργαστηρίου Φυσικής Πλάσματος του Πρίνστον, του εργαστηρίου σύντηξης του DOE. «Οι ΗΠΑ πρέπει να έχουν τη δική τους εκδοχή για το σχεδιασμό ενός αντιδραστήρα σύντηξης για να δούμε τι είναι και πόσο κοντά είμαστε», λέει ο Cowley. "Νομίζω ότι έχει τεράστια αξία σε αυτό."
