Десятки частных компаний ищут способы коммерциализировать технологию, которая до сих пор считается святым Граалем энергетики
Одним из важных направлений энергоперехода, по всей видимости, может стать термоядерный синтез. Эта технология может дать огромное количество чистой энергии, но пока, несмотря на все достижения, сделать ее эффективной не удавалось.
За последний месяц стартапы, работающие в этой области, привлекли больше средств, чем за все предыдущее время, когда, по информации недавно созданной Ассоциации участников индустрии термоядерного синтеза (FIA) и британского Управления по атомной энергии, они получили от инвесторов $1,9 млрд.
В начале ноября американский стартап Helion Energy объявил о рекордном раунде инвестиций в этом секторе в размере $500 млн. Инвесторами стали фонд Mithril Capital сооснователя PayPal и первого внешнего инвестора Facebook Питера Тиля, а также венчурный капиталист из Кремниевой долины Сэм Олтман. И вот всего месяц спустя бостонский стартап Commonwealth Fusion Systems (CFS), выросший из экспериментов в Массачусетском технологическом институте (MIT) и ставший отдельной компанией в 2018 г., побил этот рекорд и привлек более $1,8 млрд. Среди инвесторов CFS — звезды мирового бизнеса: Билл Гейтс, Soros Fund Management Джорджа Сороса, Google, венчурный фонд гендиректора Salesforce.com Марка Беньоффа, фонд Tiger Global Management (в общей сложности около 30 инвесторов). До этого раунда крупнейшим внешним инвестором стартапа была итальянская Eni, которая сотрудничает с MIT с 2008 г.
Кроме того, канадская General Fusion, одним из инвесторов которой является Джефф Безос, на прошлой неделе закрыла раунд на $130 млн, причем спрос превысил количество предложенных акций, рассказал The Wall Street Journal гендиректор Кристофер Моури. По его словам, среди новых инвесторов — государственный пенсионный фонд и хедж-фонд Segra Capital Management.
Мир готов делать крупные инвестиции в коммерческий ядерный синтез как в ключевое направление глобального энергоперехода.
В следующем году General Fusion планирует привлечь еще больше средств. А инвесторы Helion Energy пообещали дополнительно $1,7 млрд, если компания достигнет определенных показателей, в частности, построит к 2024 г. демонстрационную модель, которая сможет дать положительный чистый поток электричества.
CFS планирует построить демонстрационную станцию с положительным потоком электричества к 2025 г., а коммерческую электростанцию — в 2030-е гг.
Месяц с небольшим назад FIA сообщила, что ее членами стали 35 частных компаний из разных стран. По прогнозу ассоциации, электричество, созданное с помощью термоядерного синтеза, сможет поставляться в энергосистему уже в 2030-е гг. «Это лучший выход из климатического кризиса, к тому же менее дорогая энергия изменит наше общество», — сказал Financial Times Олтман, который вложил в Helion $375 млн в последнем раунде.
Современная атомная энергетика основана на реакции распада, когда из тяжелых ядер получаются более легкие. В синтезе, наоборот, предполагается «слияние» более легких ядер в более тяжелые с целью получения энергии. При реакции термоядерного синтеза практически не создается радиоактивных отходов, и она не может привести к аварии вроде той, что произошла в Чернобыле или Фукусиме. Для нее используются изотопы водорода дейтерий и тритий, получить которые несложно.
Первый реактор для управляемого термоядерного синтеза, токамак (тороидальная камера с магнитными катушками), в 1950-е гг. разработали советские физики Игорь Тамм, Андрей Сахаров, Олег Лаврентьев. Плазма из дейтерия и трития удерживается в токамаке с помощью специально создаваемого комбинированного магнитного поля и нагревается до температуры выше, чем на Солнце, превышая 100 млн градусов Цельсия. В результате инициируется синтез между атомами водорода и выделяется энергия.
Проблема в том, что до сих пор для обеспечения работы токамака требуется больше энергии, чем он производит.
В последнее время исследователи добились значимых прорывов. В мае в Китае реактор под названием EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) поддержал реакцию синтеза при 120 млн градусов Цельсия в течение рекордной 101 секунды. В начале декабря физики Национальной лаборатории воспламенения при Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса сообщили, что в августе впервые получили больше энергии (в 5 раз больше), чем поглотило топливо, из которого она была произведена. Правда, общий расход энергии все равно оказался больше произведенной (часть ушло на нагревание корпуса). Но полученный результат (рекордный 1,3 мегаджоуля) оказался в 8 раз больше, чем в экспериментах, проведенных несколько месяцев назад, и в 25 раз больше, чем в экспериментах 2018 г., пишет Science Alert.
CFS в сентябре продемонстрировала использование сверхпроводника для создания гораздо более сильного магнитного поля, чем в традиционном токамаке. Это поможет создать более эффективный реактор — менее крупный, более дешевый и практичный, считают в стартапе. Мумгард проводит аналогию с развитием компьютеров: сначала мейнфреймы занимали целые комнаты, затем появились транзисторы, компьютеры стали меньше, «и люди, которые ими не пользовались, начали ими пользоваться».
Helion намерена строить не реакторы, а генераторы на 50 МВт размером с морской грузовой контейнер, которые можно будет доставлять на нужное место и подключать к электросети. Этой энергии хватит для обеспечения 40 000 домов, но поначалу компания планирует обслуживать дата-центры и промышленные площадки. В отличие от традиционных токамаков, энергия от которых должна использоваться для вращения паровых турбин, Helion пытается получить электричество из самого реактора при расширении топлива. Дэвид Кертли, гендиректор Helion, сравнивает этот подход с тем, что используется в Tesla, где кинетическая энергия автомобиля используется для подзарядки аккумулятора. «Здесь главное, что мы можем обойтись без всех капитальных расходов и сложностей, связанных со всеми этими системами паровых турбин, и сконцентрироваться на том, чтобы сделать [генератор для синтеза] как можно меньше и быстрее», — сказал Кертли FT:
С небольшим количеством топлива можно произвести гигантское количество энергии.
По оценке Helion, один стакан топлива, полученного в результате этого процесса, имеет такой же энергетический потенциал, как 1 млн галлонов (3,785 млн л) нефти, и способен произвести 9 млн кВт ч электричества; этого достаточно для обеспечения одного дома в течение 865 лет. А итоговая цена электричества у Helion будет менее $0,01/кВт ч, тогда как средняя цена для жилого сектора в США сейчас — $0,13; правда, нужно еще решить некоторые технические сложности, оговаривается Кертли.