弗兰克Laukien,美国——物理学家和亿万富翁企业家,通常散发出冷静理性的CEO经营着一家大型跨国公司。在他漫长的职业生涯中,他已经把他的力量公司,不在波士顿,成一个世界领先的科学仪器制造商。
但当Laukien最近把麦克风在论坛融合,一年一度的聚会的科学家,工程师,和商人在柏林,他听起来生气盎然。在20年内,他明显,科学家能够模仿的过程燃料太阳和地球上使用它来生成无限的绿色能源。“如果我们真的想要一个完全可再生能源供应,我们需要融合的第三大支柱,“Laukien说,除了风电场和太阳能电池板。“融合的关键是脱碳的未来。”
观察者可以原谅反应Laukien的说法持怀疑态度。融合已经谈论很久,面临如此严峻的挑战,它的实现——如果它是意识到——似乎总是非常遥远的未来。甚至追求它,一些批评者认为,是一个分心采取更直接的行动来降低温室气体排放。
超过47亿美元注入聚变能源初创公司,一个行业调查显示。
但是最近在美国和英国技术突破——加上增加了全球能源供应的不安全感——重新关注融合。去年12月,劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们在加州,实现聚变点火,点一个核聚变反应变得自给自足。2021年末,欧洲联合环面,科学家们在英国研究机构生成,产生等离子体,在短11兆瓦的电力,但重要的一段时间。资金开始流入私人融合公司从美国能源部和德国和英国政府,等等。私人投资者大量投资于这些公司。总共超过47亿美元被注入聚变能源初创企业,根据2022年的一项调查融合行业协会。
科学家一直在研究核聚变——这使得能源结合原子,与核裂变,分裂——自1950年代。但实际构建一个电厂的前景被视为如此之小,预期成本如此之高,研究和开发了政府资助的项目。失败和延迟是如此根深蒂固的他们启发了一个经常引用的笑话:“你知道融合常数吗?”“成功总是30年了。”
世界上最大的融合项目,国际热核实验反应堆(ITER),是由1985年罗纳德·里根和米哈伊尔·戈尔巴乔夫。项目运行非常缓慢——35政府和反应器,在Cardache还在建设中,在法国南部,尚未提供任何有形的结果。
在磁等离子体发光,核聚变实验的一部分在牛津附近的身为Culham聚变能源中心,英格兰。礼貌的桅杆
但是今天,越来越多的企业家和科学家认为,一种不同的方法是必要的,这更小、更灵活的私营企业有更大的机会产生一个实际的聚变反应堆。“核聚变研究是非常成功的在过去的两年里,我们的视力接近取之不尽的能源,”Sibylle冈特说,马克斯·普朗克等离子物理研究所主任在德国。
弗兰克Laukien最近加入了一群所谓的“深度科技”的企业家发现高斯融合,德国数学家命名的。公司汇集了一流的科学家和高科技公司从意大利、西班牙、法国、和德国各领域与专业知识相关的融合——从磁铁表面材料。
高斯只是一个超过30家企业启动近年来,他们的全球竞争中竞争来实现聚变能。预计的时间是不同的。微软已经签约购买50兆瓦的融合电力来自美国的启动氦核,声称它将于2028年交付的权力。这笔交易被广泛认为是一个宣传噱头,因为有一个蓄势待发聚变反应堆在五年内被认为是极不可能的。其他公司也声称他们将提供一个原型反应堆在2030年代早期。
1000兆瓦的聚变装置的价格标签可能范围从27亿美元至97亿美元,根据普林斯顿大学的研究人员。Laukien计算的成本约110亿美元的商业电站产生2000到3000兆瓦。
美国能源部长称最近在激光核聚变突破”的一个最令人印象深刻的科学的21世纪的壮举。”
2021年,托尼·多恩EuroFusion的CEO,一个组织,汇集了欧洲大陆领先的融合研究机构、告诉自然”,私人公司说他们会在十年的工作,但那只是吸引投资者。“本月早些时候,在论坛融合,他捕捉到这新的乐观告诉观众,“我们需要加入风险投资家速度和公共研究的整体观点。”
核裂变和核聚变使用能源丰富的中子来加热水。产生的蒸汽涡轮机发电能力。但是方法是完全不同的。在核裂变,大铀原子分裂导致连锁反应使中子自由。在核聚变,两个氢原子都不得不团结起来,变成一个氦原子。这个过程还设置中子免费加热水,但主要区别。
核裂变反应堆可以融化并释放大量辐射,核聚变反应堆,如果打扰,只需关闭。核聚变反应堆积聚高放射性核废料也不需要长期储存。一个燃料组件,氢同位素氘,没有放射性,在自然界中广泛使用。二氢同位素,氚,是极其罕见的,但它可以化学反应器中生产和回收通过把它接触锂嵌入到室墙壁。融合的支持者声称一个克燃料可以提供尽可能多的能量——零11吨煤有限公司2排放。
图描绘了核聚变的过程。美国能源部360年/耶鲁大学环境
科学家从2022年12月,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国际头条新闻由初始氢融合成氦与一个强大的激光能量。他们能够产生能量略多于需要开始这个过程。LLNL主任金伯利Budil形容这一结果是一个“真正的”的第一步,“转型奠定了基础的十年”在融合研究。美国能源部长珍妮弗称赞这项成就为“最令人印象深刻的科学的壮举之一21圣世纪。”
罗宾·格兰姆斯,伦敦帝国理工学院材料物理教授他并没有参与这个实验,被称为它“可能的通路上的关键一步商业融合”和一个“一个工程的胜利。”
激光核聚变的作品拍摄强大的光束与高频冻丸的氢。格里姆斯和其他科学家指出,巨大的挑战依然存在。“尽管利好消息,这个结果仍有很长的路从实际的能源获得所需电力的生产,”托尼Roulstone说,核能在剑桥大学的一位讲师。而收益率3.15焦耳的能量输出的能量输入2.05磅的炮弹是成功的,他说,推动整个实验设备需要400磅的炮弹的权力(足够的能量运行10个美国家庭一年)five-microsecond实验。
“激光核聚变持有很多承诺,但仍有许多技术挑战来解决,”一位科学家指出。
为融合商业工作,Roulstone补充说,这个过程必须扩大规模,实现“能源获得双(什么)进入激光”的目标仍然遥远。其他人指出,劳伦斯利弗莫尔产生强大的能量枪只有一天一次,而“聚变电厂需要每秒10次,“根据贾斯汀华克,牛津大学的物理学教授未参与实验。
这就是集中精力,实验室和办公室在奥斯汀,德克萨斯州,达姆施塔特,德国承诺交付。该公司表示,它计划建造在黑森州激光聚变示范工厂,德国,2028年和2030年之间。和它计划发射第一个示范电厂进入美国电网提供电力,在奥斯丁,2037年。植物被称为超新星,计划300年发电量500兆瓦。
集中精力是八家公司分享4600万美元的资金从最近美国能源部的竞争;也收到了从SPRIN-D相当于近5000万美元的资金,德国政府机构负责推进突破创新。
一些专家认为集中精力的时间轴是不现实的。“激光核聚变持有很多承诺,但仍有许多技术挑战来解决,”哈伊弗纳说,江诗丹顿,弗劳恩霍夫研究所主任激光技术在亚琛,德国。”需要12到15年建造发电厂,和在此之前,它将需要几年时间才能使核聚变技术准备程序。”
一个工程师在牛津附近的欧洲联合环,英格兰设有一对远程机器人手臂用于聚变反应堆的维修和维护工作。利昂尼尔/盖蒂图片社
像哈伊弗纳,Laukien广泛融合的前景持乐观态度,但他怀疑任何人将激光核聚变能源在2040年代。Laukien和高斯融合而不是押注年长得多-和久经考验的技术称为磁约束聚变,他们计划构建煤炭和核裂变反应堆在德国的废弃的发电厂。
在磁性融合,一个大的反应室周围是强大的磁铁。里面,氢气加热等离子体的形成。这个云的带电粒子,达到超过1.5亿摄氏度,在地方举行由磁铁和真空,所以它从来没有接触到墙壁。目标是增加热量和压力,直到产生融合,产生更多的能量比等离子体用于创建放在第一位。在ITER的情况下,使用这种技术,我们的目标是500兆瓦的电力,相当于一个中型火力发电厂,从输入50兆瓦。
激光核聚变、磁约束聚变最近的一些突破。科学家们联合欧洲环(飞机),一个研究机构的英国,英国2021年12月,设法产生等离子体,交付11兆瓦在一段时间内的5秒:一项新的世界纪录。
无论当这些初创企业跨越终点线——如果他们可能在ITER的前面,世界上最大的、持续时间最长,融合项目。ITER的第一次严重的目标是创造一个稳定的等离子体和维护它超过400秒。最初,它旨在在2018年实现这一目标,但在2022年末科学家和工程师构建大型反应室发现缺陷焊接和热盾牌。
“核聚变来不及帮助气候危机,”一位气候科学家说。
修复这些缺陷可能需要数年时间,据科学家参与的项目。甚至ITER不是应该对电网发电:其任务仅仅是演示技术,最终将为一个实际的发电厂,被称为演示。支持完成ITER是一致的科学家参与,但EuroFusion,代表ITER的政府间机构的研究组织,现在提出直接跳跃到演示电厂。多恩,EuroFusion首席执行官,建议建立一个规模较小、专用测试设备来解决剩下的最大挑战:找到一个方法回收氚在反应堆的钱伯斯的工厂可以提供最自己的燃料。
融合公司辩称,ITER的主要障碍是不科学或技术本身,但调整的复杂的挑战来自35个国家的官僚机构和动员足够的资金来自政府。他们声称,初创企业,精益和私人资金来源结构,可以把工作做得更好。
“作为一个小组织的好处是我们可以更快更敏捷,”斯图尔特说白色,托卡马克装置的能量,融合启动位于牛津大学,英国的原型,它占据了一个107000平方英尺的建筑,已经达到了等离子体温度1亿度,商业融合的门槛。公司的设备比ITER数量级较小的和更便宜的。因此,白色声称,他们将会更快地建立商业部署的能源来源。
一个模块被聚集在国际核聚变项目ITER Saint-Paul-les-Durance,法国,2023年1月5日。尼古拉斯Tucat /法新社通过盖蒂图片社
但考虑到剩余的挑战,以及不确定的时间,一些科学家警告追求融合作为能源。“核聚变来不及帮助气候危机,”斯坦说,地球上的气候科学家他研究部门的负责人在波茨坦气候影响系统分析研究。他认为所有的资源都应该花在可再生能源和能源效率。
融合科学家和企业家都认为不应该阻止政府大大扩大可再生能源。“我们必须专注于100%的可再生能源,实现这一目标,到2045年,“哈伊弗纳说,援引欧盟的零排放临界点为避免不可挽回的损害。但他指出,电力需求后将继续上升。
“如果我们想要永久覆盖加热需求和燃料的卡车和飞机的需要,例如,电力,”他说,“然后我们会建立一个电源总是可用的。”
弗兰克Laukien进一步。他将目光投向国际气候变化专门委员会的任务描述为避免灾难性的气候影响的核心:实现所谓的“负排放。我们不仅需要退出燃烧化石燃料,而且还直接从大气中吸收二氧化碳,Laukien说。“我们需要聚变能做到这一点。”
