Zephyrnet-logo

Kunnen commerciële fusiecentrales ons naar het nulpunt brengen?

Datum:


ST40 compacte bolvormige tokamak

Fusie is eenvoudig. Twee lichte kernen smelten samen om een ​​grotere kern te vormen, waarbij energie vrijkomt. Het is wat de sterren aandrijft, maar het bouwen van een fusiereactor die op een controleerbare manier stroom kan leveren, is niet eenvoudig. Fusion heeft hoge temperaturen, hoge drukken en een behoorlijke opsluitingstijd nodig. Die eisen hebben echter geleid tot een aantal verbazingwekkende benaderingen om fusie-energie werkelijkheid te maken.

Het probleem is dat niemand echt weet wat het beste werkt. Wat meer is, als je eenmaal fusie hebt bereikt, moet je meer energie opwekken dan je erin stopt, zodat de verhouding Q > 1. Maar een fusiereactor hier op aarde is tot nu toe nooit tot een 'break-even' resultaat gekomen. In feite, wat je echt wilt is een Q tussen 5 en 10 zodat uw reactor een bruikbare hoeveelheid vermogen produceert.

Fusion heeft ook een toenemende commerciële invalshoek met 35 fusiebedrijven over de hele wereld.

De aanpak die wordt gevolgd bij de ITER-fusiereactor, dat momenteel wordt gebouwd door een enorm internationaal consortium in Zuid-Frankrijk, gaat een heet plasma met grote supergeleidende magneten opsluiten in een donutvormige tokamak. ITER, die in 2025 online zal komen, zal de weg wijzen naar een commerciële fusiereactor genaamd DEMO, die in 2060 zal worden gebouwd. Ik bezocht het in 2019 en ITER is echt ongelooflijk om te zien.

Maar het is niet het enige spel in de stad. Afgelopen jaar, China's experimentele geavanceerde supergeleidende Tokamak bereikte een temperatuur van 120 miljoen kelvin gedurende 101 seconden. Dat versloeg het vorige record van 100 miljoen kelvin dat in 20 2020 seconden werd vastgehouden door de Zuid-Koreaanse KSTAR-reactor. Gezamenlijke Europese Torus (JET) in Oxfordshire, VK – de voorloper van ITER – die nog steeds het record voor de hoogste heeft Q ooit (het moet Q = 0.67 in 1997). JET heeft zojuist tests uitgevoerd die meer dan 59 MJ energie produceerde in vijf seconden, meer dan een verdubbeling van de output die in 1997 werd behaald.

industriële inspanning

Fusion heeft ook een steeds grotere commerciële invalshoek. Volgens De wereldwijde fusie-industrie in 2021 rapport, zijn er nu 35 fusiebedrijven over de hele wereld, die samen meer dan 1.8 miljard dollar aan financiering hebben ontvangen sinds de jaren negentig. De vier grootste spelers - Commonwealth Fusion-systemen Fusion (CVS), Algemene fusie, TAE-technologieën en Tokamak Energie – goed voor 85% van dat geld.

Uit het rapport bleek dat de meeste particuliere fusiebedrijven verwachten dat fusie-energie in de jaren 2030 elektriciteit aan het net zal leveren. Als hun inspanningen slagen, zou dat hen een ruime voorsprong geven op ITER, dat zijn ontwerp rond 2001 grotendeels bevroor en niet in staat is geweest om de recente enorme vooruitgang in supergeleidende hoge-temperatuur-magneten (HTS) te benutten. Sinds de publicatie van het rapport zijn de investeringen in particuliere fusiebedrijven inderdaad omhooggeschoten.

CFS – dat vorig jaar werd voortgebracht door het Massachusetts Institute of Technology – met succes een 20 T HTS-magneet gedemonstreerd. Simulaties suggereren dat deze magneet krachtig genoeg zou kunnen zijn om de SPARC Tokamak-reactor van het bedrijf netto-energie uit fusie te laten halen. Sindsdien heeft CFS $ 1.8 miljard opgehaald om de reactor te bouwen, wat de weg zal effenen voor ARC – de eerste commercieel levensvatbare fusiecentrale. De ontwikkeling zou in 2025 kunnen beginnen.

Wat betreft Tokamak Energie, bereikte de ST40 sferische tokamakreactor met HTS-magneten van dit Britse bedrijf een verbluffende 15 miljoen kelvin in 2018. Het bedrijf, dat in januari 67 de laatste financiering van £ 2020 miljoen ontving, mikt nu op een plasma van 100 miljoen kelvin uit zijn verbeterde ST40-reactor. Ik vraag me af of 2022 ook een groot doorbraakjaar kan zijn voor het bedrijf?

googletag.cmd.push (function () {googletag.display ('div-gpt-ad-3759129-1');});

Ondertussen kondigde de Britse regering vorig jaar een korte lijst aan voor locaties voor een prototype fusie-installatie die bekend staat als Sferische Tokamak voor energieproductie, of STAP. Gebaseerd op technologie die is ontwikkeld door het Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) van de UK Atomic Energy Authority, zou STEP tegen 2040 operationeel kunnen zijn. De definitieve locatie wordt dit jaar bepaald.

CCFE, waar JET is gevestigd, heeft ook: gekozen door General Fusion als de locatie voor zijn fusiedemonstratiefabriek. Het gebruikt een draaiende vloeistofmantel om een ​​plasma vast te houden, dat met krachtige zuigers snel tot een bol wordt samengeperst. De brandstof smelt en de resulterende warmte wordt geabsorbeerd door het vloeibare metaal en gebruikt om een ​​generator aan te drijven. Nadat in november vorig jaar nog een investering van $ 130 miljoen was aangekondigd, hoopt het bedrijf dit jaar te beginnen met werken aan de reactor, die tegen 2025 klaar zou kunnen zijn.

Een andere speler op de markt is: Eerste lichte fusie, dat in 25 $ 2020 miljoen ophaalde en afgelopen mei een "gaspistool met hoge snelheid" op zijn "Machine 3". Het vuurt een projectiel af op een brandstofdoel, waarbij de resulterende schokgolven de brandstof zo hard samendrukken dat deze heet genoeg wordt om te smelten. De gemiddelde nettokosten voor het opwekken van elektriciteit gedurende de levensduur van de centrale kunnen slechts $ 25/MWh bedragen, ongeveer de helft van die van een onshore windenergiecentrale.

Met elke technische mijlpaal die wordt bereikt, zien verschillende benaderingen er steeds geloofwaardiger uit.

Dan is er Helion, een Amerikaans bedrijf dat vorig jaar de grootste inzamelingsactie in de geschiedenis van particuliere fusie aankondigde. Het kreeg een financieringspakket van $ 2.2 miljard om hun fusiereactor van de zevende generatie te bouwen, genaamd Polaris met behulp van deuterium- en helium-3-brandstof om rechtstreeks elektriciteit te produceren. De reactoren van Helion zullen naar verwachting ongeveer de grootte van een zeecontainer hebben en ongeveer 50 MWe kunnen leveren, terwijl de centrales tegen 2024 in bedrijf zijn.

De race is gaande

Het is niet eenvoudig om al deze prestaties te begrijpen - en te weten wie de race zal winnen - omdat elke reactor anders is en zijn eigen technische problemen heeft. Een veelvoorkomende uitdaging is echter de "cyclustijd" tussen elke opschalingsstap, aangezien dit uiteindelijk de snelheid bepaalt waarmee de energiecentrale op de markt komt. Het is me echter duidelijk dat verschillende benaderingen er met elke bereikte technische mijlpaal steeds geloofwaardiger uitzien.

Niemand weet precies hoe groot de fusiemarkt zal zijn, aangezien de timing, kosten en het vermogen van potentiële reactoren allemaal zo verschillend zijn. Maar kernfusie heeft veel voordelen ten opzichte van kernsplijting, waaronder een uitstekende staat van dienst op het gebied van veiligheid, geen langlevend afval en het potentieel voor goedkope brandstof. Als fusiereactoren wettelijke goedkeuring kunnen krijgen en kunnen aantonen dat ze een concurrerend prijskaartje hebben, zouden we binnen vijf tot tien jaar een commerciële fabriek kunnen zien.

Bij fusie is het niet de vraag of – maar wanneer.

De post Kunnen commerciële fusiecentrales ons naar het nulpunt brengen? verscheen eerst op Natuurkunde wereld.

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img