Fuzja jądrowa za trzy lata? Helion Energy buduje elektrownię, która ma zasilić Microsoft

Fuzja na krawędzi możliwości

→ Czytaj też: 30 proc. komputerów wciąż na Windows 10

Gdyby ktoś powiedział Davidowi Kirtleyowi, że fuzja jądrowa jest zawsze 20 lat w przyszłości, odpowiedziałby: „Spóźniliśmy się 20 lat. Musimy przyspieszyć i budować te elektrownie na skalę przemysłową”. Jego firma, Helion Energy, obiecuje dostarczyć prąd do sieci Microsoftu już w 2029 roku. Czy to realne, czy tylko kolejny rozdział w opowieści o niemożliwej energii gwiazd?

Fuzja jądrowa – proces zasilający Słońce – od dziesięcioleci kusi naukowców wizją czystej, niemal niewyczerpanej energii. Problem w tym, że na Ziemi trzeba rozgrzać lekkie jądra do temperatury przekraczającej 100 milionów stopni Celsjusza, a potem utrzymać je w stanie plazmy wystarczająco długo, by reakcja mogła zachodzić. Helion, jeden z najlepiej finansowanych prywatnych startupów fuzyjnych, stawia na technologię, która – jak twierdzi – ominie największe przeszkody.

Dziwna plazma w kształcie dymnego pierścienia

→ Czytaj też: Komputery kwantowe rozwiązały największy problem fuzji. Kiedy zobaczymy to na rachunkach?

Większość eksperymentalnych reaktorów fuzyjnych, jak tokamaki czy stellaratory, opiera się na potężnych magnesach utrzymujących plazmę w kształcie pączka lub wstęgi. Helion wybrał inną drogę: pole-odwrotną konfigurację (FRC). Plazma w tym układzie przypomina wirujący dymny pierścień, który – jak tłumaczy Troy Carter, dyrektor wydziału fuzji w Oak Ridge National Laboratory – „samoistnie się utrzymuje, wymagając znacznie mniej magnesów, które są prostsze, słabsze i tańsze”.

Problem? FRC są notorycznie trudne do ustabilizowania, gdy dostarcza się im więcej energii. Fizyk eksperymentalny John Slough, który przez dekady rozwijał tę koncepcję na Uniwersytecie Waszyngtońskim, porównuje je do „bączka, który wiruje sam, ale jeśli zaczniesz w niego ingerować, wszystko popsujesz”. Kluczowym pomysłem Slougha było formowanie dwóch takich pierścieni na końcach reaktora, rozpędzanie ich do prędkości 1,6 miliona kilometrów na godzinę i zderzanie – sama kolizja miała dostarczyć temperatury potrzebnej do fuzji. Reakcja trwa ułamki milisekundy, a energia odzyskiwana jest bezpośrednio, bez pary i turbin.

Bez pary, bez turbin – bez kompromisów?

Większość projektów elektrowni fuzyjnych zakłada wykorzystanie ciepła z reakcji do wrzenia wody, napędzania turbiny i generatora. Helion ten krok pomija. Gdy po impulsie fuzyjnym plazma się rozszerza, ma popychać pole magnetyczne i indukować prąd w cewkach otaczających maszynę. Firma twierdzi, że odzyskuje w ten sposób energię z wydajnością przekraczającą 95 procent. „To fundamentalne dla naszej technologii” – mówi Kirtley. „Jeśli odzyskujesz energię z 95-procentową wydajnością, fuzja musi zrobić tylko tę ostatnią, małą część”. Carter przyznaje, że to największa przewaga Heliona – jeśli zadziała.

To „jeśli” jest kluczowe. Helion zbudował siedem prototypów, każdy potężniejszy od poprzedniego. Najnowszy, Polaris, to 19-metrowe urządzenie z bankami kondensatorów zdolnymi zmagazynować 50 megadżuli energii na impuls. W tym roku firma ogłosiła, że Polaris osiągnął 150 milionów stopni Celsjusza i jako pierwszy prywatny reaktor fuzyjny „zademonstrował” fuzję z użyciem paliwa deuterowo-trytowego.

Wyzwania, które nie znikają

Inżynieryjne przeszkody są ogromne. Helion musiał zastąpić laboratoryjne przełączniki półprzewodnikowymi, zdolnymi wytrzymać setki milionów impulsów. Do zasilania Polaris potrzeba tysięcy specjalnych kondensatorów wysokiego napięcia – tyle, by wypełnić 150 kontenerów transportowych. Każdy impuls wymaga synchronizacji z dokładnością do nanosekund. „To błysk światła, jak flesz aparatu” – opisuje współzałożyciel Heliona, Anthony Pancotti. „Wytwarza fuzję i odzyskuje energię, zanim zdążysz mrugnąć”.

Jednak nawet jeśli technologia zadziała, pozostaje problem paliwa. Najpraktyczniejsze paliwo fuzyjne – deuter i tryt – emituje szybkie neutrony, które bombardują ściany reaktora, degradując je. Tryt jest radioaktywny, ma krótki okres półtrwania (12 lat) i praktycznie nie występuje w naturze. Każdy reaktor na deuter i tryt będzie musiał sam wytwarzać tryt – to jedno z wyzwań, które – jak zauważa Carter – branża wciąż odkłada na później, licząc, że ciężar ten wezmą na siebie laboratoria narodowe.

Presja czasu i pieniędzy

Helion, wspierany przez Sama Altmana (CEO OpenAI), jest pierwszą firmą fuzyjną, która złożyła komercyjną obietnicę. W tle jest ogromny apetyt sztucznej inteligencji na energię – centra danych potrzebują gigawatów mocy 24/7, a fuzja ma być czystym, stabilnym źródłem. „Presja jest na Helionie i na wszystkich innych” – podkreśla Kirtley. „To sytuacja zupełnie inna niż w przypadku jakiejkolwiek innej technologii energetycznej” – dodaje Carter. „Być może inna niż jakiejkolwiek innej technologii w ogóle”.

Czy Orion – budowana właśnie elektrownia o mocy 50 megawatów – rzeczywiście zacznie zasilać serwery Microsoftu za trzy lata? Nawet jeśli nie, samo tempo i skala inwestycji prywatnych w fuzję zmieniają reguły gry. Pytanie tylko, czy da się kupić czas potrzebny na pokonanie praw fizyki.