-
Η Zap Energy είναι μια startup fusion που ελπίζει να λειτουργήσει μια πιλοτική μονάδα σύντηξης τα επόμενα χρόνια.
-
Η τεχνολογία του χρησιμοποιεί μια συσκευή Z-Pinch για να δημιουργήσει ένα πλάσμα που πυροδοτεί μια αντίδραση σύντηξης.
-
Είναι μόνο μία από τις πολλές εταιρείες που θέλουν να κάνουν μια σημαντική ανακάλυψη με την ενέργεια σύντηξης.
Πίσω από τις γυάλινες πόρτες ενός δυσδιάκριτου κτιρίου γραφείων στο Έβερετ, η Ουάσιγκτον βρίσκεται ένα μηχάνημα σχεδιασμένο να εκμεταλλεύεται τη δύναμη του ήλιου. Και ίσως μια μέρα να είναι έτσι.
Η Zap Energy ελπίζει να παράγει άφθονη ηλεκτρική ενέργεια μέσω της πυρηνικής σύντηξης με τη συσκευή Z-Pinch.
Η πυρηνική σύντηξη τροφοδοτεί τον ήλιο και αν λειτουργήσει εδώ στη Γη, θα μπορούσε να παράγει σχεδόν τέσσερα εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από τα ορυκτά καύσιμα όπως ο άνθρακας ή το πετρέλαιο.
Καθώς η κλιματική κρίση επιδεινώνεται, ορισμένοι βλέπουν την πυρηνική σύντηξη ως το εισιτήριο για άφθονη ενέργεια χωρίς ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, οι επικριτές λένε ότι η τεχνολογία είναι πολύ πίσω για να έχει σημαντικό αντίκτυπο στο πρόβλημα τις επόμενες δεκαετίες.
Ωστόσο, η Zap Energy ελπίζει να λειτουργήσει ένα πιλοτικό εργοστάσιο τα επόμενα χρόνια, αλλά δεν έχει ακόμη καθορισμένη ημερομηνία για τον στόχο.
«Η Zap Energy εξακολουθεί να κάνει κάποια βασική έρευνα και ανάπτυξη», δήλωσε στο Business Insider ο Ben Levitt, αντιπρόεδρος έρευνας και ανάπτυξης της εταιρείας, κατά τη διάρκεια πρόσφατης επίσκεψης στα γραφεία της εταιρείας. «Κατασκευάζουμε το αεροπλάνο καθώς πετάμε».
The Fusion Race
Η εταιρεία είναι μόνο μία από τις λίγες νεοφυείς επιχειρήσεις σύντηξης στο Βορειοδυτικό Ειρηνικό.
Για παράδειγμα, κοντά στο Zap βρίσκεται μια άλλη startup, η Helion Energy, η οποία έχει συγκεντρώσει πάνω από 600 εκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση. Η εταιρεία υπέγραψε πρόσφατα συμφωνία για την παροχή ενέργειας σύντηξης στη Microsoft έως το 2028.
Τόσο η κυβέρνηση των ΗΠΑ όσο και οι ιδιώτες δωρητές επενδύουν πολλά στο μέλλον που θα μπορούσε να προσφέρει η πυρηνική σύντηξη.
Πάνω από 6 δισεκατομμύρια δολάρια από ιδιώτες δωρητές έχει χυθεί έχει εισέλθει στην έρευνα σύντηξης τα τελευταία χρόνια, μεταξύ άλλων μέσω της Breakthrough Energy Ventures που υποστηρίζεται από τον Bill Gates. Η επενδυτική εταιρεία του Gates συμμετείχε στον γύρο χρηματοδότησης 160 εκατομμυρίων δολαρίων της Zap Series C το 2022.
Ανεξάρτητα από την εκκίνηση, όλοι προσπαθούν για τον ίδιο στόχο: τη δημιουργία ενός αντιδραστήρα σύντηξης που μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη λειτουργία του.
Ακούγεται αρκετά απλό, αλλά οι επιστήμονες έχουν επιτύχει ένα τέτοιο επίτευγμα μόνο δύο φορές μετά από περισσότερα από 70 χρόνια προσπάθειας.
Κάθε startup για τη σύντηξη έχει ένα όραμα για τον καλύτερο τρόπο παραγωγής καθαρής ενέργειας σύντηξης. Η έκδοση του Zap Energy βελτιώνεται σύμφωνα με μια προσέγγιση δεκαετιών.
Ο αντιδραστήρας Z-pinch
Η Zap ονομάζει τη συσκευή Z-Pinch FuZE, συντομογραφία του Fusion Z-Pinch Experiment. Είναι ένας μακρύς σωλήνας και έχει απλούστερο σχεδιασμό από ορισμένες συσκευές των ανταγωνιστών του, όπως η τεχνολογία μαγνητο-αδρανειακής σύντηξης της Helion.
«Το Z-Pinch ήταν η πρώτη ιδέα που εξερευνήθηκε για να περιορίσει ένα πλάσμα για να επιτύχει συνθήκες σύντηξης», είπε ο Levitt. “Είναι επίσης η πρώτη διαμόρφωση που μαθαίνει κάθε μαθητής γιατί είναι η πιο εύκολη.”
Για να λειτουργήσει, το αέριο ρέει στη μηχανή. Ένα μεγάλο κύμα ηλεκτρισμού μετατρέπει το αέριο σε πλάσμα. Τότε ένα ηλεκτρόδιο δημιουργεί μια μαγνητική δύναμη που περιέχει το πλάσμα.
Το πλάσμα είναι μια κατάσταση ύλης που βρίσκεται στα αστέρια, και σε αυτό το πλάσμα δημιουργούνται οι συνθήκες για την πυρηνική σύντηξη – κατά την οποία οι ατομικοί πυρήνες συντήκονται και απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας.
Για να επιτευχθεί αυτό το κατόρθωμα, το πλάσμα πρέπει να παραμείνει ζεστό και πυκνό αρκετό καιρό ώστε αυτοί οι πυρήνες να συντηχθούν. Το βασικό πρόβλημα είναι αυτό Αστάθειες Τα αέρια σχηματίζονται γρήγορα στο πλάσμα, τα οποία μπορούν να επηρεάσουν τις συνθήκες σύντηξης.
Για να αποφευχθούν αυτές οι αστάθειες, πολλοί ερευνητές τον 20ο αιώνα στράφηκαν από τις συσκευές Z-pinch και στράφηκαν σε άλλους τύπους αντιδραστήρων όπως τα tokamaks. Αλλά στη δεκαετία του 1990, ο Uri Shumlak, ο επικεφαλής επιστήμονας και ιδρυτής της Zap Energy, άρχισε να μελετά ξανά το Z-Pinch.
Ο Shumlak, τότε μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, σκέφτηκε ότι το να επιτραπεί στο πλάσμα να ρέει σε στρώματα με διαφορετικές ταχύτητες θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξομάλυνση των αστάθειών, επιτρέποντας στο πλάσμα να παραμείνει στις σωστές συνθήκες για αρκετό καιρό ώστε να συμβεί σύντηξη και να δημιουργήσει δίχτυ ενέργεια.
“Αυτός είναι ο μηχανισμός σταθεροποίησης εδώ, ο οποίος ονομάζεται σταθεροποίηση διατμητικής ροής”, είπε ο Levitt. «Αυτή είναι πραγματικά η μυστική συνταγή της Zap Energy».
Πόσο κοντά είναι το Zap Energy στην ενέργεια σύντηξης;
Δεκαετίες μετά τα πρώτα πειράματα, η Zap Energy πιστεύει ότι θα είναι μονοψήφια χρόνια πριν χρησιμοποιηθεί η σύντηξη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά υπάρχουν ακόμα πολλά εμπόδια στον δρόμο.
Ο Levitt είπε ότι η Zap Energy μπορεί επί του παρόντος να λειτουργεί το μηχάνημά της περίπου 100 φορές την ημέρα, επιτρέποντας στους ερευνητές να ασχοληθούν με τις διαφορετικές διαμορφώσεις της συσκευής Z-Pinch.
Δίπλα στο μηχάνημα Z-Pinch στην αποθήκη του Zap υπάρχουν μεγάλα power banks που περιβάλλονται από έναν φράχτη με αλυσίδα. Παρέχουν την ενέργεια για τη δημιουργία του πλάσματος. Ένας παλμός ενέργειας θα μπορούσε να δημιουργήσει ένα πλάσμα που διαρκεί για περίπου 100 μικροδευτερόλεπτα, γιατί αν διαρκέσει περισσότερο από αυτό, μπορεί να «γίνει ασταθές», είπε ο Levitt.
Η εταιρεία δεν έχει ακόμη δημιουργήσει αντιδράσεις σύντηξης με τη συσκευή της, πόσο μάλλον να παράγει καθαρή ενέργεια από αυτές τις αντιδράσεις για την τροφοδοσία των σπιτιών.
«Οπότε πιστεύουμε ότι ξέρουμε πώς θα λειτουργήσει, αλλά φυσικά πρέπει να το αποδείξεις πειραματικά», είπε ο Levitt.
Το κόστος της συγχώνευσης
Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η Zap Energy σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει τρίτιο, το οποίο είναι εξαιρετικό για τη σύντηξη αλλά είναι εξαιρετικά ακριβό, σύμφωνα με το Science, και θα κοστίζει περίπου 30.000 δολάρια ανά γραμμάριο το 2022.
Η Zap Energy δεν έχει αρχίσει ακόμη να δουλεύει με τρίτιο. Και ενώ δεν μπορεί να ελέγξει το κόστος του τριτίου, μπορεί να βοηθήσει να μειώσει το κόστος αλλού.
Για παράδειγμα, η μέθοδος περιορισμού και ελέγχου του πλάσματος για αρκετό χρονικό διάστημα για σύντηξη βασίζεται σε ένα αυτοπαραγόμενο μαγνητικό πεδίο. Χρησιμοποιεί ένα μαγνητικά δημιουργημένο μπουκάλι στο οποίο ο αντιδραστήρας δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο.
«Δεν πιέζεις πραγματικά κάποιο είδος ηλεκτρομαγνητικού μπουκαλιού γύρω από το πλάσμα», είπε ο Levitt. «Το κάνει μόνο του».
Αυτό σημαίνει ότι η συσκευή δεν βασίζεται σε ακριβούς υπεραγώγιμους μαγνήτες – όπως ο νέος αντιδραστήρας της Ιαπωνίας, του οποίου η κατασκευή κόστισε 600 εκατομμύρια δολάρια – για να περιέχει το πλάσμα.
Υπερβαίνοντας το νεκρό σημείο
Το πρώτο ορόσημο για οποιαδήποτε εκκίνηση της σύντηξης θα είναι η επίτευξη επιστημονικού νεκρού σημείου, όπου παίρνετε όση ενέργεια από τη σύντηξη χρησιμοποιείτε για να τροφοδοτήσετε το πλάσμα.
Μετά από αυτό, ο απώτερος στόχος είναι να εξισορροπηθεί και να παραχθεί 10 έως 20 φορές η ποσότητα καθαρής ενέργειας. «Πρέπει να κερδίσεις άλλο 10 και μετά να το κάνεις επανειλημμένα», είπε ο Levitt.
Αυτό απαιτεί περαιτέρω τεχνική εργασία, για την οποία ο Zap λέει ότι δουλεύεται ταυτόχρονα, όπως η ανάπτυξη πυκνωτών που μπορούν να δημιουργήσουν το Z-pinch πολύ γρήγορα ξανά και ξανά.
«Δεν έχουμε και δεν πρόκειται να σπάσουμε ούτε φέτος», δήλωσε εκπρόσωπος της Zap Energy.
Η Zap αυτή τη στιγμή εργάζεται για τη δημιουργία του δικού της ενεργειακού συστήματος που θα φορτίζει, θα αποθηκεύει και θα αποφορτίζει την ενέργεια που χρειάζεται.
Τελικά, αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να περιβάλλουν τη συσκευή Z-Pinch σε έξι έως οκτώ κουτιά στο μέγεθος των εμπορευματοκιβωτίων αποστολής.
Η Zap Energy διερευνά επίσης τη δυνατότητα να αναλάβει μέρος του μοναδικού εναπομείναντος σταθμού ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα στην πολιτεία της Ουάσιγκτον παύση των εργασιών το 2025.
Το εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας θα παρέχει χώρο zap και συνδέσεις στο δίκτυο που θα μπορούσαν μια μέρα να το βοηθήσουν να παράγει 200 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας την ώρα – αρκετά για να τροφοδοτήσουν περίπου 164.000 σπίτια όταν λειτουργούν συνεχώς — είπε ο εκπρόσωπος της εταιρείας.
Λόγω του κόστους δημιουργίας μιας εγκατάστασης για πρώτη φορά, ο Ryan Umstattä, αντιπρόεδρος προϊόντων και συνεργασιών της εταιρείας, είπε ότι οι πρώτοι πελάτες της Zap πιθανότατα θα είναι πρώιμοι χρήστες. «Θα μπορούσε να είναι κατάλληλο για πράγματα όπως τα κέντρα δεδομένων που εμφανίζονται παντού και έχουν σημαντικές ανάγκες ενέργειας», είπε.
Ρύθμιση σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης
Επειδή οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης δεν λειτουργούν ακόμη, οι προκλήσεις και οι κίνδυνοι μπορεί να μην είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί, σύμφωνα με μια μελέτη του 2020 από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης Imperial College του Λονδίνου.
Ωστόσο, η Ρυθμιστική Επιτροπή Πυρηνικών Θεωρεί ότι η πυρηνική σύντηξη είναι ασφαλέστερη από την πυρηνική σχάση, επειδή δεν ενέχει τον ίδιο κίνδυνο πυρηνικής κατάρρευσης.
Μάλιστα, το NRC νωρίτερα φέτος Ψηφίστηκε ρυθμίζουν την πυρηνική σύντηξη με παρόμοιο τρόπο με τους επιταχυντές σωματιδίων αντί για τους σταθμούς πυρηνικής σχάσης.
Αυτό θα μπορούσε να κάνει τη ζωή ευκολότερη για εταιρείες σύντηξης όπως η Zap, επειδή οι κανόνες για τους επιταχυντές σωματιδίων είναι «πολύ απλούστεροι, λιγότερο δαπανηροί και πιο αποτελεσματικοί από τους πιο περίπλοκους κανόνες για τους αντιδραστήρες σχάσης», δήλωσε ο Jeff Merrifield, πρώην επίτροπος του NRC. CNBC.
Ωστόσο, πιο απλό δεν σημαίνει εύκολο.
Ακόμα κι αν η κυβέρνηση των ΗΠΑ πιέσει για μια εμπορική εγκατάσταση σύντηξης την επόμενη δεκαετία, αυτό θα μπορούσε να συμβεί παίρνω δεκαετίες να πάρω ένα σημαντικό τμήμα του δικτύου που τροφοδοτείται από το Fusion. Και μόνο εάν έχουν λυθεί όλα τα τεχνικά και οικολογικά προβλήματα.
Διαβάστε το αρχικό άρθρο στο Business Insider