http://www.usinenouvelle.com/article/la-course-a-la-fusion-nucleaire.N378725
Wyścig o fuzję jądrową
Marzenie o nieograniczonej, czystej energii z syntezy jądrowej wymykało się człowiekowi przez pół wieku. Ale start-upy, finansowane przez największe nazwiska gospodarki cyfrowej, obiecują to w ciągu dziesięciu lat.
Nowy Jork, 2050. Plazma wodorowa właśnie zapaliła się w temperaturze 150 milionów stopni Celsjusza. Atomy wodoru łączą się i uwalniają ogromną ilość energii. Reaktor, w którym zachodzi reakcja termojądrowa, jest wielkości kontenera z przyczepą. Mimo niewielkich rozmiarów zaopatruje prawie 150 000 domów. Dalej identyczny reaktor pcha gigantyczny statek towarowy o wyporności 200 000 ton do ataku na oceany. Kilkaset kilometrów na niebie prom kosmiczny przyspiesza. Napędzany syntezą jądrową, dotrze do Marsa w zaledwie miesiąc. Sześć razy szybciej niż tradycyjne sondy!
Rozwój w latach 2025-2050 wielu małych reaktorów termojądrowych przez firmy północnoamerykańskie to rewolucja. Odtwarzając reakcję zachodzącą w sercu Słońca [patrz obok], świat może teraz wytwarzać duże ilości energii elektrycznej z niemal nieograniczonego paliwa, jakim jest wodór, bez generowania gazów cieplarnianych lub odpadów. Po drugiej stronie Atlantyku, w Cadarache (Bouches-du-Rhône), zostaje zamknięty Iter ze swoim gigantycznym tokamakiem, instalacją zdolną stworzyć warunki do uzyskania syntezy jądrowej. Ten megaprojekt, finansowany przez siedem krajów i Unię Europejską, wszedł do służby w 2025 r. Pierwsze fuzje przeprowadzono w 2029 r., oferując społeczności naukowej bezprecedensowe zrozumienie fizyki plazmy. Ale zbyt drogi, zbyt skomplikowany, nigdy nie stał się oczekiwanym modelem przedindustrialnym.
Fantastyka naukowa? Oczywiście ! Ale ten optymistyczny scenariusz zaspokaja ambicje nowego pokolenia przedsiębiorców. W latach pięćdziesiątych świat fizyki obiecywał fuzję przed rokiem 1950… Jednak w obliczu ogromnego wyzwania technologicznego i konkurencji ze strony dużych projektów (takich jak Inicjatywa Obrony Strategicznej, słynne Gwiezdne Wojny rozpoczęte przez prezydenta Ronalda Reagana w 2000 r., które zmonopolizowały wiele mózgów), wydawało się, że fuzja spadła na śmietnik historii.
Zakład nowej ekonomii
Dziś powstaje z popiołów pod wpływem start-upów w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie, które budują w swoich garażach prototypy przyszłych reaktorów termojądrowych. Ich nazwy: General Fusion [patrz strona 34], Helion Energy, Tri Alpha Energy. Znakomite niewiadome. Jednak z kilkudziesięcioma pracownikami, budżetami poniżej 100 milionów dolarów i małymi maszynami te start-upy twierdzą, że są w stanie wyprzedzić budowany reaktor Iter w Cadarache, z jego 23 000 ton i budżetem 15 miliardów euro [patrz strona 38]. Lepsza ! Tam, gdzie Iter zapowiada pierwsze eksperymenty na lata 2025-2030, planują dostarczać funkcjonalne i komercyjne reaktory od 2025 roku! Szalona nadzieja dla jednych, arogancja dla innych… Tyle że we wrześniu ubiegłego roku kalifornijska firma Tri Alpha zdmuchnęła świat. Właśnie zamknęła plazmę o temperaturze 10 milionów stopni Celsjusza na pięć milisekund w reaktorze wykorzystującym odwrócone pole magnetyczne, zupełnie inną technologię niż Iter. Skromne wykonanie, które do tej pory wydawało się być w zasięgu dużych grup badawczych.
Tri Alpha chce przeprowadzić złożoną fuzję bez wytwarzania neutronów, które ostatecznie uszkadzają reaktory. Ta fuzja wymaga temperatury około 300 milionów stopni Celsjusza, dwukrotnie większej niż w przypadku tradycyjnej fuzji. „Ta reakcja fuzji jest idealna, ale niedostępna dzisiaj. Pomysł jest zachęcający, ale wciąż jesteśmy od niego daleko”, uspokaja Frank Carré, dyrektor naukowy departamentu energii jądrowej w Komisji Energii Atomowej (CEA). „Dziesięć milionów stopni przez pięć milisekund to dobrze… ale tokamaki już to robiły w latach 1970.” — żartuje Tony Donné, kierownik programu w Eurofusion, europejskiej organizacji zajmującej się badaniami nad syntezą jądrową.
Czy cel Tri Alpha i jej sióstr jest dla nich zbyt wysoki? Część społeczności naukowej byłaby skłonna tak sądzić. Ale niektórzy z największych szefów nowej gospodarki stawiają na te start-upy. Peter Thiel, współzałożyciel firmy PayPal, który nie waha się potępiać frywolności cyfrowych innowacji, zainwestował ponad 10 milionów dolarów za pośrednictwem swojego funduszu Mithril Capital Management w Helion Energy, firmę z siedzibą w stanie Waszyngton. Paul Allen, współzałożyciel Microsoftu i twórca funduszu Vulcan Capital, finansuje badania Tri Alpha kwotą 40 milionów dolarów. Dyrektor generalny Amazon, Jeff Bezos, zebrał swój fundusz Bezos Expeditions, aby przekazać ponad 20 milionów dolarów General Fusion. Sam Bill Gates, który podczas COP 21 uruchomił program zielonej energii Mission Innovation, żywo interesuje się syntezą jądrową. Niedawno odwiedził obiekty włoskiej narodowej agencji ds. nowych technologii (Enea).
Jaki jest cel tych cyfrowych gigantów? „Obserwujemy wzrost zainteresowania syntezą jądrową sektora prywatnego. Inwestycje te stymulują globalne badania, mówi Richard Kamendje, fizyk syntezy jądrowej i plazmy w Międzynarodowej Agencji Energii (MAEA). Badania nad syntezą jądrową są bardzo interesujące, ponieważ mogą doprowadzić do przełomów technologicznych w nadprzewodnikach czy druku 3D, które znajdą zastosowanie w innych dziedzinach, takich jak medycyna. „Bernard Blanc, dyrektor ds. rozwoju nuklearnego w Assystem, chce wierzyć, że ci miliarderzy atakują przede wszystkim kwestię energii i ochrony klimatu, na które „fuzja jest prawdziwą odpowiedzią”. Nawet jeśli jest to również okazja do „rozwoju nowych technologii w innych obszarach, jak to miało miejsce podczas programu kosmicznego. Fuzja pełni rolę inkubatora technologicznego”.
Oprócz tych start-upów, trzy potwory z przemysłu i badań rozpoczynają przygodę z fuzją. Amerykański koncern Lockheed Martin, największy na świecie sprzedawca broni, obiecuje budowę reaktora termojądrowego za pięć lat. „Jeśli odkryli przełom technologiczny, dlaczego go nie opublikują? pyta Bernard Saoutic, inżynier z CEA's Magnetic Confinement Fusion Research Institute (IRFM). Oprócz ultrakrótkiego czasu rozwoju, amerykański koncern zapewnia, że jego reaktor, na tyle mały, że można go przewieźć ciężarówką, posłuży do zaopatrywania miast, napędzania samolotów i wahadłowców. Mimo krytyki dotrzymuje terminu do 2020 roku. „To kompletna fantastyka naukowa! », sędzia Tony Donné z Eurofusion. Bardziej wiarygodny wydaje się Instytut Fizyki Plazmy im. Maxa-Plancka w Greifswaldzie (Niemcy). Zainaugurował Wendelstein 7-X (W7X), eksperymentalny reaktor, który kosztował 1,1 miliarda euro. W grudniu 2015 roku zamknął plazmę o temperaturze miliona stopni na jedną setną sekundy. W7X to stellarator, konkurencyjny model tokamaka używanego w Iter, który charakteryzuje się niezwykle złożonym pozycjonowaniem cewek w celu wytworzenia pola magnetycznego. „Oferuje technologiczną alternatywę, o której nie należy zapominać” — ostrzega Franck Carré z CEA.
Po drugiej stronie Atlantyku potężny Massachusetts Institute of Technology (MIT) przystąpił do wyścigu w sierpniu 2015 r. Ogłosił opracowanie w ciągu dziesięciu lat reaktora ARC (niedrogi, solidny, kompaktowy). Wykorzystując nowe materiały nadprzewodzące o nazwie Rebco (tlenek baru i miedzi z metali ziem rzadkich), właśnie z laboratoriów, centrum badawcze zapewnia, że jego reaktor będzie mocniejszy niż Iter, mniej gigantyczny. Po stronie europejskiej uwodzi nas koncepcja, ale relatywizujemy, zapewniając, że nad tymi nadprzewodnikami trzeba będzie pracować co najmniej trzydzieści lat, aby można je było zastosować w środowisku przemysłowym.
Czy ci gracze mogą zepchnąć Itera na dalszy plan? „Pewne jest to, że pojawienie się projektów reaktorów o wartości 100 milionów dolarów szkodzi wizerunkowi Iter i jego miliardom dolarów! “mówi Tony Donné. „W tej chwili Iter pozostaje najbardziej zaawansowaną demonstracją. Jest to jedyna maszyna, która zademonstruje reakcję syntezy jądrowej, podczas gdy inne prototypy wykazują jedynie uwięzienie”, podkreśla Franck Carré z CEA. Nawet Stephen Dean, jeden z założycieli amerykańskiego programu syntezy jądrowej w latach 1960., dziś prezes Fusion power Associates, nie grzebie Itera. Jest zachwycony widząc odradzającą się syntezę jądrową na masową skalę w Stanach Zjednoczonych, ale zapewnia, że „wszystkie te projekty są oddalone o całe lata świetlne od Iter, jedynego reaktora, który jest tylko o krok od produkcji energii elektrycznej”.
Czyste źródło energii
Niezależnie od tego, czy Iter jako pierwszy dokonał syntezy jądrowej, czy nie, wszyscy zgadzają się, że to budowa tego reaktora, od dawna uważanego za niemożliwy, wznowiła prace nad syntezą jądrową. Zdaniem Tony'ego Donné „świadomość zbliżającej się zmiany klimatu sprzyja inwestycjom w syntezę jądrową”. Gra warta zachodu: 10 gramów deuteru i 15 gramów trytu, czyli dwóch izotopów wodoru, wystarczy, by zapewnić energię mieszkańcowi rozwiniętego kraju na całe życie! Zasoby deuteru w oceanie liczą miliony lat. Jeśli chodzi o tryt, powstaje on w reaktorze z litu. Reaktor o mocy 1 megawatów (odpowiednik francuskiej elektrowni jądrowej) emitowałby rocznie tylko 000 kilogramów helu, gazu obojętnego. W razie wypadku plazma rozproszyłaby się w ciągu kilku sekund, a reaktor zostałby wyłączony bez dalszych konsekwencji.
Fuzja jest jednak częścią, zdaniem jej zwolenników, zróżnicowanego miksu energetycznego. „W 2100 roku powinien był znaleźć swoje miejsce w światowej produkcji energii elektrycznej”, przewiduje Bernard Blanc z Assystem. Inni wspominają nawet o roku 2060. „Rozkład fuzji będzie zależał od dobrej woli gmin. Dzięki syntezie jądrowej rozwiązujemy główny problem ludzkości: energię”, zapewnia Richard Kamendje z MAEA. Obietnica złożona światu przez ponad sześćdziesiąt lat. A co jeśli tym razem był ten właściwy?
Pięć dużych konkurencyjnych projektów
Iter: najbardziej znany(i najdroższy! przyp. red.! )
Pierwsza fuzja: 2029 r
Inwestorzy: Unia Europejska, Szwajcaria, Rosja, Indie, Korea Południowa, Stany Zjednoczone, Japonia, Chiny
Międzynarodowy eksperymentalny reaktor termojądrowy (Iter), budowany w Cadarache (Bouches-du-Rhône), to największy projekt syntezy jądrowej na świecie, którego budżet wynosi 15 miliardów euro. Nie będzie produkował energii elektrycznej, ale pozwoli lepiej zrozumieć plazmę, aby w 2050 roku zrodził się przedindustrialny reaktor.
Fuzja ogólna: najłatwiejsza
Pierwszy reaktor: 2025 r
Inwestorzy: Bezos Expeditions, Cenovus, malezyjski państwowy fundusz majątkowy itp.
Start-up General Fusion z siedzibą w Kanadzie, niedaleko Vancouver, przejął model syntezy jądrowej testowany w latach 1970. Polega on na utrzymywaniu plazmy za pomocą uwięzienia magnetycznego, takiego jak Iter, oraz uwięzienia bezwładnościowego, takiego jak laser megadżulowy w Barp (Gironde). Ale ponieważ lasery są drogie, firma General Fusion zastępuje je tłokami parowymi, bardziej wytrzymałymi i ekonomicznymi rozwiązaniami.
Lockheed Martin: najbardziej tajemniczy
Reaktor komercyjny: 2020 r
Inwestor: Lockheed Martin*
Kiedy wielki amerykański konglomerat zbrojeniowo-lotniczy zdecydował się zainwestować w syntezę jądrową, wszyscy byli zaskoczeni. Zwłaszcza, że Lockheed Martin twierdzi, że jest w stanie wprowadzić na rynek reaktor w mniej niż pięć lat. Poza dostawami energii, międzynarodowe koncerny zapewniają, że jego reaktor będzie wykorzystywany do napędu morskiego, powietrznego i kosmicznego.
MIT: najbardziej wiarygodne
Prototyp: 2025
Inwestor: Departament Energii Stanów Zjednoczonych
Słynny Massachusetts Institute of Technology (MIT) również ma swój projekt syntezy jądrowej: reaktor ARC. Jest bardzo podobny do Itera, z wyjątkiem tego, że wykorzystuje materiały nadprzewodzące nowej generacji. Umożliwiłyby one stworzenie mniejszego i mocniejszego reaktora. Jednak te nowe materiały właśnie wyszły z laboratoriów. Nadal będą musiały zostać przetestowane w środowisku przemysłowym.
Tri Alpha: najbardziej sensacyjna
Brak konkretnej daty
Inwestorzy: Goldman Sachs, Wolkańska Stolica, Venrock…
Amerykańska firma Tri Alpha wywołała sensację pod koniec 2015 roku, utrzymując plazmę o temperaturze 10 milionów stopni Celsjusza przez pięć milisekund. Wyczyn, który naszym zdaniem był zarezerwowany dla dużych instytutów badawczych, a nie dla małego start-upu. Tri Alpha chce pójść dalej niż inni, tworząc fuzję bez wytwarzania neutronów, które uszkadzają maszyny.
*Fakt, że światowy lider w dziedzinie obronności tak bardzo interesuje się fuzją, jest bardzo symboliczny dla tego, jak powinien wyglądać świat po opanowaniu fuzji:totalna wojna ze środowiskiem.