Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Σε ένα εργαστήριο στη βόρεια Κίνα, λιγότερο από μία ώρα μακριά από το Πεκίνο, μια ομάδα επιστημόνων εργάζεται πάνω σε μια νέα τεχνολογία με τεράστιες δυνατότητες ως καθαρή πηγή ενέργειας: την πυρηνική σύντηξη. Η ευρύχωρη πανεπιστημιούπολη του Ομίλου ENN στο Λανγκφάνγκ της επαρχίας Χεμπέι, φιλοξενεί ένα σύμπλεγμα πειραματικών εγκαταστάσεων. Στην καρδιά της βρίσκεται μια σφαιρική συσκευή που ονομάζεται EXL-50U – ένα συμπαγές tokamak που χρησιμοποιεί ένα μαγνητικό πεδίο για να εγκλωβίσει φορτισμένο αέριο ή πλάσμα και να συντήξει πυρήνες υδρογόνου.
Την ημέρα που η South China Morning Post επισκέφθηκε τις εγκαταστάσεις, οι μηχανικοί εγκαθιστούσαν νέα συστήματα θέρμανσης (γνωστά ως συστήματα ουδέτερης δέσμης), για να αυξήσουν τη θερμοκρασία του πλάσματος.
Ο αρχιμηχανικός Yang Yuanming δήλωσε ότι στόχος τους ήταν να φτάσουν το πλάσμα στους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Για να επιτευχθεί σύντηξη, τα ελαφρά άτομα πρέπει να θερμανθούν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες και να περιοριστούν για αρκετό χρονικό διάστημα ώστε να συντηχτούν σε βαρύτερα άτομα. Η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν συμβαίνει αυτό θα μπορούσε στη συνέχεια να μετατραπεί σε τεράστιες ποσότητες καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας.
Ο Όμιλος ENN, κορυφαίος πάροχος καθαρής ενέργειας, συγκαταλέγεται μεταξύ μιας σειράς ιδιωτικών κινεζικών εταιρειών και επιχειρήσεων που χρηματοδοτούνται από το κράτος, οι οποίες αγωνίζονται για την κατασκευή ενός εμπορικού αντιδραστήρα σύντηξης έως το 2035 ή νωρίτερα. Τα φιλόδοξα έργα τους – όπως το Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak, ή BEST, που κατασκευάζεται από την NeoFusion στο Χεφέι της επαρχίας Ανχουί – σημειώνουν ταχεία πρόοδο.
Αυτό επιτυγχάνεται με την αξιοποίηση των δυνατών σημείων της Κίνας στους υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας, την κατασκευή ακριβείας και τη μηχανική μεγάλης κλίμακας, καθώς προσπαθούν να αμφισβητήσουν την κυριαρχία της Δύσης στην έρευνα σύντηξης. Πρόκειται για μια συντονισμένη στρατηγική επιθετικής χρηματοδότησης, επαναπατρισμού ταλέντων και ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων που εγείρει το ερώτημα κατά πόσο η Κίνα θα μπορούσε να είναι η πρώτη που θα αξιοποιήσει την ενέργεια που τροφοδοτεί τον ήλιο και άλλα άστρα.
Η ENN έχει επενδύσει αρκετά δισεκατομμύρια γιουάν στην έρευνα για την πυρηνική σύντηξη τα τελευταία οκτώ χρόνια και σχεδιάζει να επενδύσει δισεκατομμύρια ακόμη για την κατασκευή της συσκευής επόμενης γενιάς Helong-2. Διαθέτει μια ομάδα έρευνας και ανάπτυξης άνω των 300 ατόμων, ορισμένα από τα οποία έχουν εργαστεί στο παρελθόν σε κορυφαία διεθνή ιδρύματα.
Τώρα, η εστίασή τους είναι στην υπερνίκηση των τεχνολογικών και μηχανικών προκλήσεων για την κατασκευή ενός εμπορικού αντιδραστήρα σύντηξης εντός μιας δεκαετίας.
Η πυρηνική σύντηξη είχε από καιρό χαρακτηριστεί ως μια μακρινή πιθανότητα, αλλά καθώς η τεχνολογία και η κατασκευή έχουν προχωρήσει, ένας αυξανόμενος αριθμός εταιρειών παγκοσμίως επιδιώκει τον στόχο να θέσει σε λειτουργία εμπορικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας έως το 2035, το 2030 ή και νωρίτερα.
Η Κίνα ηγείται σε τρεις από τις έξι βασικές βιομηχανίες, σύμφωνα με ειδικούς στον τομέα της πυρηνικής σύντηξης από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT). Γράφοντας στο MIT Technology Review τον Ιούλιο, διαπίστωσαν ότι η Κίνα ήταν μπροστά στην επεξεργασία λεπτών υμενίων, στις μεγάλες κατασκευές μεταλλικών κραμάτων και στα ηλεκτρονικά ισχύος, και ότι θα μπορούσε να ξεπεράσει τη Δύση σε άλλους δύο τομείς της πυρηνικής σύντηξης.
Αυτοί οι τομείς υποστηρίζονται από σημαντική κυβερνητική χρηματοδότηση και ιδιωτικές πηγές, καθώς και από την συγκέντρωση ταλέντων και μια τεράστια βιομηχανική αλυσίδα εφοδιασμού.
«Η Κίνα είναι μια χώρα με πολύ εξαιρετική και σχεδιασμένη πρωτοβουλία», δήλωσε στο περιοδικό Time ο Mark Warner, Δημοκρατικός αντιπρόεδρος της Επιτροπής Πληροφοριών της Γερουσίας των ΗΠΑ, σε μια εκδήλωση για την πυρηνική σύντηξη τον Φεβρουάριο.
«Επενδύει έγκαιρα στον ένα μετά τον άλλο τομέα», πρόσθεσε.
Η ENN άλλαξε το επίκεντρο της το 2017, στρεφόμενη από πηγές ενέργειας χαμηλών εκπομπών άνθρακα – όπως η γεωθερμική ενέργεια σε βάθος και η βιοενέργεια – σε λύσεις εντελώς απαλλαγμένες από άνθρακα. Τελικά, έστρεψε το βλέμμα της στον εξαιρετικά απαιτητικό τομέα της πυρηνικής σύντηξης. «Συνειδητοποιήσαμε ότι η πυρηνική σύντηξη είναι η απόλυτη ενεργειακή λύση», είπε ο Yang.
Η διαδικασία που χρησιμοποιείται σήμερα σε πυρηνικούς σταθμούς παγκοσμίως είναι η σχάση, όπου άτομα όπως αυτό του ουρανίου διασπώνται για την παραγωγή ενέργειας. Η πυρηνική σύντηξη, αντίθετα, συντήκει άτομα για να απελευθερώσει μια ασφαλή, σχεδόν απεριόριστη πηγή ενέργειας χωρίς να δημιουργεί μακροχρόνια ραδιενεργά απόβλητα. Είναι η ίδια διαδικασία που έχει κρατήσει τον ήλιο ενεργό τα τελευταία 5 δισεκατομμύρια χρόνια, γι’ αυτό και οι πυρηνικοί αντιδραστήρες σύντηξης αναφέρονται συχνά ως «τεχνητός ήλιος».
Αφού αξιολόγησε πολλαπλές προσεγγίσεις, η ENN επέλεξε ένα πιο συμπαγές, σφαιρικό tokamak – μια τεχνολογία «μαγνητικής συγκράτησης» – αντί για μια συμβατική συσκευή σε σχήμα ντόνατ. Η εταιρεία επέλεξε επίσης το υδρογόνο-βόριο ως πηγή καυσίμου, το οποίο όπως είπε ο Yang, είναι πιο βιώσιμο. Σύμφωνα με τον Σύνδεσμο Βιομηχανίας Σύντηξης (FIA), έναν μη κερδοσκοπικό οργανισμό με έδρα την Ουάσιγκτον, έχουν γίνει τεράστιες επενδύσεις στον κλάδο της ενέργειας σύντηξης παγκοσμίως από το 2018.
Σε έκθεση του Ιουλίου, ο FIA ανέφερε ότι μέχρι τότε είχαν ιδρυθεί περισσότερες από 50 εταιρείες πυρηνικής σύντηξης – πάνω από τις μισές από αυτές με έδρα στις Ηνωμένες Πολιτείες. Από τις εταιρείες που ιδρύθηκαν τελευταία στην Κίνα ξεχωρίζουν η Startorus Fusion στην επαρχία Σαανξί και η Energy Singularity στη Σαγκάη, οι οποίες ιδρύθηκαν και οι δύο το 2021.
Οι ειδικοί του κλάδου λένε ότι ένας παράγοντας που συμβάλλει σε αυτήν την ανάπτυξη είναι οι εξελίξεις σε νέα υλικά, όπως οι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας. Ο πρώτος στον κόσμο υπεραγώγιμος μαγνήτης για χρήση στην πυρηνική σύντηξη, με μαγνητικό πεδίο 20 tesla, αναπτύχθηκε σε συνεργασία του MIT και της νεοσύστατης εταιρείας Commonwealth Fusion Systems το 2021.
Ο Yang είπε ότι επρόκειτο για μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα, επειδή οι υπεραγωγοί θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία πιο συμπαγών συσκευών που θα είχαν τη δυνατότητα να συμβάλουν στην εμπορική βιωσιμότητα της τεχνολογίας σύντηξης.
Η Κίνα ελπίζει ότι η γενναιόδωρη κρατική χρηματοδότηση θα δώσει στη χώρα ανταγωνιστικό πλεονέκτημα στον τομέα. Η ετήσια επένδυση εκτιμάται σε 1,5 δις δολ ΗΠΑ – σχεδόν διπλάσια από την κρατική χρηματοδότηση των ΗΠΑ, σύμφωνα με άρθρο στο Nature τον περασμένο Αύγουστο.
Ο κρατικός κολοσσός China Fusion Energy ιδρύθηκε τον Ιούλιο με εγγεγραμμένο κεφάλαιο 2,1 δις δολ ΗΠΑ. Στόχος της είναι η εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας πυρηνικής σύντηξης έως το 2050. Με έδρα τη Σαγκάη, υποστηρίζεται από επτά κρατικούς κολοσσούς στους πυρηνικούς και πετρελαϊκούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της China National Nuclear Corporation, της Kunlun Capital της PetroChina και του Shanghai Future-Oriented Industries Fund.
Ο επικεφαλής της Commonwealth Fusion Systems, Bob Mumgaard, δήλωσε σε μια ανάρτηση στο LinkedIn ότι «παρακολουθούσε την Κίνα να εντείνει τις προσπάθειές της για την ενέργεια σύντηξης εδώ και χρόνια» και ότι η νέα – υπό κρατική χορηγία – εταιρεία «την πηγαίνει στο επόμενο επίπεδο».
«Είναι μια από εκείνες τις προσπάθειες που συνδυάζουν την κρατική υποστήριξη και μια ιδιωτική εταιρεία, με δεσμούς με πανεπιστήμια, κρατικές εταιρείες και ειδικούς στον τομέα της κατασκευής, γεγονός που την τοποθετεί σε καλή θέση για να αναπαράγει την επιτυχία που είχε η Κίνα σε άλλες τεχνολογίες όπως τα ηλεκτρικά οχήματα, τα ηλιακά πάνελ και οι μπαταρίες», είπε.
Ο Mumgaard σημείωσε επίσης ότι η Κίνα προσελκύει ταλέντα από το εξωτερικό, χρησιμοποιώντας τη συμμετοχή της σε διεθνή έργα και τον κεντρικό σχεδιασμό για την ανάπτυξη τεχνολογιών σύντηξης. Διαθέτει επίσης ένα μεγάλο δυναμικό μηχανικών σύντηξης από το οποίο μπορεί να αντλήσει ταλέντα, που έχουν αφιερώσει περισσότερες από δύο δεκαετίες στην κατασκευή του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειραματικού Αντιδραστήρα, στη Νότια Γαλλία. Επιστήμονες από 35 χώρες συνεργάζονται σε αυτό το μεγα-έργο για την κατασκευή του μεγαλύτερου τοκαμάκ στον κόσμο.
Σύμφωνα με τον Yang, η Κίνα έχει επίσης ένα πλεονέκτημα όσον αφορά την τεχνολογική καινοτομία, καθώς και μια ισχυρή αλυσίδα εφοδιασμού και παραγωγική βάση και επίσης την ικανότητα ταχείας κατασκευής και αναβάθμισης πειραματικών εγκαταστάσεων. Ένα από αυτά είναι το BEST, το tokamak στο Χεφέι. Η φάση συναρμολόγησής του ξεκίνησε τον Μάιο και αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2027. Το BEST βασίζεται στην κληρονομιά του υπεραγώγιμου tokamak πρώτης γενιάς της χώρας, γνωστού ως EAST, ή Experimental Advanced Superconducting Tokamak. Το EAST λειτουργεί στα Ινστιτούτα Φυσικών Επιστημών του Χεφέι από το 2006.
Ενώ το EAST έχει δείξει επιστημονικά ότι η ελεγχόμενη σύντηξη είναι εφικτή, το BEST σχεδιάστηκε για να επιτρέψει στους επιστήμονες να προχωρήσουν από τον πειραματισμό στην παραγωγή πραγματικής ενέργειας μέσω αντιδράσεων σύντηξης – ένα ορόσημο γνωστό ως καθαρή παραγωγή ενέργειας. Η κατασκευάστρια εταιρεία του BEST δήλωσε ότι οι εργασίες πολιτικού μηχανικού ολοκληρώθηκαν σε λιγότερο από δύο χρόνια και ορισμένα στοιχεία ήταν έτοιμα για λειτουργία. Αντίθετα, η κατασκευή της εγκατάστασης SPARC από την Commonwealth Fusion Systems στη Μασαχουσέτη ξεκίνησε στα τέλη του 2021 και στοχεύει επίσης σε καθαρό ενεργειακό κέρδος έως το τέλος του 2027.
Ωστόσο, ο ιδρυτής μιας κινεζικής εταιρείας τεχνολογίας σύντηξης, που θέλησε να κρατήσει την ανωνυμία του, δήλωσε ότι οι ΗΠΑ παρέμεναν κυρίαρχες στον τομέα, δεδομένων των πολλών ετών συνεργασίας τους με την τεχνολογία, την έρευνα και τις τεράστιες κεφαλαιακές επενδύσεις.
Η Commonwealth Fusion Systems ηγείται της προσπάθειας. Είχε συγκεντρώσει σχεδόν 3 δισ. δολάρια ΗΠΑ μέχρι τον Αύγουστο – περίπου το ένα τρίτο του συνολικού κεφαλαίου που επενδύθηκε σε ιδιωτικές εταιρείες πυρηνικής σύντηξης παγκοσμίως – και είναι πιθανό να προσελκύσει περισσότερα. «Η εταιρεία διαθέτει μια δεξαμενή ταλέντων άνω των 1.000 ατόμων και είναι καινοτόμος σε πολλές πρωτότυπες τεχνολογίες, επομένως είναι σίγουρα πρωτοπόρος», είπε.
Η Helion Energy στην Ουάσιγκτον είναι ένας άλλος μεγάλος παίκτης, που ιδρύθηκε το 2013 και υποστηρίζεται από τον Sam Altman της OpenAI και τον βραχίονα επιχειρηματικών κεφαλαίων της SoftBank. Στα τέλη Ιουλίου δήλωσε ότι είχε ξεκινήσει την κατασκευή ενός σταθμού παραγωγής ενέργειας από σύντηξη που θα αρχίσει να προμηθεύει ενέργεια στη Microsoft έως το 2028. Η εταιρεία έχει αφιερωθεί στην έρευνα για την πυρηνική σύντηξη εδώ και πάνω από μια δεκαετία και έχει συγκεντρώσει περίπου 1 δισ. δολάρια ΗΠΑ. Δοκιμάζει επίσης μια νέα προσέγγιση με μια τεχνική που ονομάζεται διαμόρφωση αντίστροφου πεδίου για την παραγωγή πυρηνικής σύντηξης αντί για tokamak.
Η ίδια τεχνολογία διερευνάται επίσης από την κινεζική εταιρεία NovaFusionX, με έδρα τη Σαγκάη που ιδρύθηκε τον Απρίλιο και στοχεύει στην αξιοποίηση της ενέργειας σύντηξης.
Σύμφωνα με τους ειδικούς, η Κίνα έχει μακρά εμπειρία στο σχεδιασμό και την κατασκευή εγκαταστάσεων σύντηξης, ξεκινώντας με τον πρώτο μεγάλης κλίμακας αντιδραστήρα tokamak, τον HL-1. Οι εργασίες για τον HL-1 στο Νοτιοδυτικό Ινστιτούτο Φυσικής στο Τσενγκντού ξεκίνησαν τη δεκαετία του 1970 και ολοκληρώθηκαν το 1984. Έκτοτε έχει αναπτυχθεί και αναβαθμιστεί περαιτέρω.
Όσον αφορά το ερώτημα ποιος θα φτάσει πρώτος στον αγώνα για την αξιοποίηση της πυρηνικής ενέργειας σύντηξης, ο Κινέζος ιδρυτής της νεοσύστατης εταιρείας δήλωσε ότι είναι πολύ νωρίς για να το πούμε. «Νομίζω ότι πιθανότατα θα γνωρίζουμε το αποτέλεσμα σε πέντε χρόνια», είπε.
Πηγή: South China Morning Post