Revoluția energiei de fuziune: cum funcționează „puterea stelelor” și ce startup-uri vor să o aducă în rețea

De zeci de ani, oamenii încearcă să valorifice puterea stelelor pentru a genera electricitate pe Pământ. Iar pentru aproape tot acest timp, atingerea acestui obiectiv a părut mereu la aproximativ un deceniu distanță. Acum însă, un val de startup-uri este mai aproape ca niciodată de realizare și se grăbește să construiască reactoare de fuziune capabile să livreze energie direct în rețea.

Companiile din domeniul fuziunii nucleare au atras investiții de peste 10 miliarde de dolari, iar mai mult de o duzină dintre ele au reușit să strângă peste 100 de milioane fiecare. Numeroase runde mari de finanțare s-au încheiat în ultimul an, investitorii fiind atrași atât de creșterea cererii de energie din partea centrelor de date, cât și de faptul că aceste startup-uri par tot mai aproape de linia de sosire.

În esență, energia din fuziune urmărește să folosească energia eliberată de unirea atomilor pentru a produce electricitate. Oamenii știu să realizeze fuziunea atomică de decenii întregi, de la bomba cu hidrogen — un exemplu de fuziune nucleară necontrolată — până la numeroasele dispozitive de fuziune construite în laboratoare din întreaga lume. Dispozitivele experimentale au reușit să controleze procesul de fuziune, iar unul dintre ele a generat chiar mai multă energie decât a fost necesară pentru a porni reacția.

Totuși, niciun astfel de dispozitiv nu a reușit până acum să producă un surplus suficient de mare pentru a face posibilă o centrală electrică funcțională. Pentru a rezolva această problemă, startup-urile de fuziune testează mai multe abordări diferite. Experții au opinii variate cu privire la metodele cu cele mai mari șanse de reușită, însă industria este încă la început, astfel că nu există nicio garanție.

Iată, așadar, o scurtă trecere în revistă a principalelor abordări în domeniul energiei din fuziune.

Confinarea magnetică este una dintre cele mai utilizate tehnici. Ea folosește câmpuri magnetice foarte puternice pentru a confina plasma, „supă” de particule extrem de încălzite aflată în centrul oricărui dispozitiv de fuziune. Magneții trebuie să fie extraordinar de puternici. De exemplu, Commonwealth Fusion Systems (CFS) asamblează magneți capabili să genereze câmpuri magnetice de 20 de tesla, de aproximativ 13 ori mai puternice decât cele ale unui aparat RMN obișnuit. Pentru a rezista la cantitatea imensă de electricitate necesară, magneții sunt fabricați din supraconductori de înaltă temperatură. Aceștia trebuie totuși răciți până la –253˚ C (–423˚ F) cu ajutorul heliului lichid.

CFS construiește în prezent un dispozitiv demonstrativ numit Sparc, pe un calendar mult accelerat, în statul Massachusetts. Compania estimează că îl va porni la sfârșitul anului 2026. Dacă totul va decurge conform planului, CFS va începe apoi construcția lui Arc, centrala sa comercială de mari dimensiuni, în Virginia, în 2027 sau 2028.

Există două tipuri principale de dispozitive de fuziune care folosesc confinarea magnetică: tokamak-urile și stellaratoarele.

Tokamak-urile au fost teoretizate pentru prima dată de oamenii de știință sovietici în anii 1950. De atunci au fost intens studiate. Ele apar în două forme de bază: una în formă de gogoașă cu profil în D și alta sferică, cu un orificiu mic în centru. Joint European Torus (JET) și ITER sunt două tokamak-uri experimentale notabile. JET a funcționat în Regatul Unit între 1983 și 2023, în timp ce ITER este de așteptat să își înceapă operațiunile în Franța la sfârșitul anilor 2030.

Compania Tokamak Energy, cu sediul în Marea Britanie, dezvoltă un design de tokamak sferic. Mașina sa experimentală ST40 trece în prezent printr-o serie de modernizări, pentru a atinge parametri operaționali mai avansați.

Stellaratoarele sunt celălalt tip principal de dispozitive cu confinare magnetică. Sunt similare cu tokamak-urile prin faptul că mențin plasma într-o formă asemănătoare unui inel sau unei gogoși. Însă, spre deosebire de liniile geometrice ale tokamak-urilor, stellaratoarele se răsucesc și se curbează complex. Forma lor neregulată este determinată prin modelarea comportamentului plasmei, iar câmpul magnetic este adaptat pentru a lucra cu particularitățile acesteia, și nu pentru a o forța într-o formă regulată.

Wendelstein 7-X este un stellarator de mari dimensiuni, cu bobine supraconductoare modulare, care este operat în Germania din 2015 de Institutul Max Planck pentru Fizica Plasmei. Mai multe startup-uri își dezvoltă și ele propriile stellaratoare, inclusiv Proxima Fusion, Renaissance Fusion, Thea Energy și Type One Energy.

Cealaltă abordare principală în fuziune este cunoscută sub numele de confinare inerțială. Aceasta comprimă mici pastile de combustibil până când atomii din interiorul lor fuzionează. Majoritatea proiectelor de confinare inerțială folosesc impulsuri de lumină laser pentru a comprima aceste pastile de combustibil. Mai multe fascicule laser sunt trase simultan, iar impulsurile lor converg asupra pastilei din toate direcțiile, în același timp.

Până acum, confinarea inerțială este singura metodă care a depășit pragul numit „breakeven științific”, momentul în care reacția eliberează mai multă energie decât a consumat direct. Experimentele de acest tip au avut loc la National Ignition Facility (NIF), din cadrul Lawrence Livermore National Laboratory din California. Trebuie subliniat însă că, în calculul pentru breakeven științific, nu se includ elemente precum energia electrică necesară pentru a alimenta întreaga facilitate experimentală.

Chiar și așa, aproape o duzină de startup-uri văd suficient potențial în confinarea inerțială pentru a proiecta reactoare bazate pe această tehnologie. Printre exemplele notabile care folosesc lasere se numără Focused Energy, Inertia Enterprises, Marvel Fusion și Xcimer.

Există însă și două companii care nu se bazează pe lasere. First Light Fusion propune folosirea unor pistoane pentru a comprima combustibilul, în timp ce Pacific Fusion intenționează să utilizeze impulsuri electromagnetice în locul laserelor.

Acestea sunt cele două mari direcții de dezvoltare pentru energia din fuziune, însă nu sunt singurele. În curând vor fi prezentate mai multe detalii despre concepte alternative, cum ar fi fuziunea cu țintă magnetizată, confinarea magneto-electrostatică și fuziunea catalizată de muoni, care deschid la randul lor căi noi pentru a aduce energia stelelor pe Pământ.