Miliardáři nám nabízejí Slunce

ABSTRACT: Huge investments, often by well-known billionaires, are flowing into the develop­ment of fusion-based sources of nuclear energy. In some cases, demonstration units could be launched by 2030.

Pohádka Jiřího Wolkera se zabývala zlým milionářem, který chtěl mít Slunce jen pro sebe, ale dnes je situace jiná. Někteří miliardáři chtějí zachránit svět a vybudovat na zemi takový zdroj energie, jako je Slunce.

Ostatně, o tom se zdá fyzikům už sedmdesát let. Fúze slibuje neomezenou energii s nulovým obsahem uhlíku a navíc neprodukuje prakticky žádný radioaktivní odpad. Ten je spojen se stávajícími jadernými elektrárnami, které fungují na bázi štěpení. 

Rok 2021 byl velkým rokem jak pro financování fúze, tak pro prognózy, protože vývojáři získali miliardy dolarů potřebné na financování dalšího kola vývoje, přičemž někteří nyní slibují komerčně životaschopnou fúzi za pouhých pět let!

HELION ZÍSKAL PŮL MILIARDY DOLARŮ

Už před deseti lety se nechal Sluncem inspirovat hvězdný investor Ajay Royan, který je zakladatelem a řídícím generálním partnerem firmy Mithril Capital. Ta je multimiliardovou společností rizikového kapitálu, které předsedá jiný miliardář Peter Thiel. Firmu založil právě s ním v oblasti San Francisco Bay Area. Pro zajímavost dodejme, že Ajay vyrostl v Indii, Abu Dhabi a Kanadě. Studoval na Yale University. Ajay Royan investoval v roce 2013 první dva miliony dolarů do Helion Energy se sídlem v Redmondu ve státě Washington, aby mohl postavit prototyp stroje s „repetitive pulse power“. Mithril od té doby investoval do Helionu, včetně nedávného kola, už celkem 500 milionů dolarů. Tato společnost je dnes oceňována na 3 miliardy dolarů a má přislíbeno dalších 1,7 miliar­- dy dolarů, pokud bude sedmý prototyp jejich zařízení fungovat podle očekávání. 

Generální ředitel Helionu David Kirtley se netají tím, že počáteční výzkumné a vývojové práce byly provedeny ve federálních laboratořích, z nichž byl Helion vyjmut v roce 2013 právě panem Royanem. Osvobozen od federální byrokracie výzkumu a vývoje, staví Helion od té doby nové prototypy fúzních zařízení jeden za druhým. 

V roce 2020 dokončil Helion svůj šestý prototyp reaktoru, nazvaný Trenta, který překročil 100 milionů stupňů Celsia, což je kritický technický milník. Je považován za ideální teplotu, při které by komerční fúzní elektrárna měla fungovat. Společnost také uvedla, že prototyp nedávno dokončil 16měsíční testovací kampaň, která posunula výkonnost fúzního paliva na bezprecedentní úroveň a provedla testování životnosti a spolehlivosti klíčových součástí fúzního systému. Nyní staví sedmý reaktor Polaris a už navrhuje osmý nazvaný Antares.

K pochopení principu, na němž staví Helion, se nejprve musí připomenout magnetické odpuzování, ke kterému dochází, když se přitlačí kladné póly dvou tyčových magnetů k sobě. Je to princip, který umožňuje technologii „mag-lev“, jako jsou slavné japonské kulové vlaky, které využívají magnetické odpuzování, aby se vznášely na vzduchovém polštáři. 

Výzkumníci zabývající se fúzí se po desetiletí snažili vyvinout nejsilnější elektromagnety na světě, s jejichž pomocí konstruují reakční komory s magnetickými poli tak silnými, že mohou pojmout a stlačit vstřikovaný proud kladně nabitých protonů do koule plazmy tak horké, že se spojí do hélia. 

V novém systému Helion se energie uvolněná při fúzních reakcích neustále tlačí ven proti svému magnetickému zadržovacímu poli, které se tlačí zpět – což způsobuje oscilace („jako píst,“ říká Kirtley), které generují elektrický proud, který Helion zachycuje přímo z reaktoru.

Investor Royan se domnívá, že možná největším lákadlem této metody přímé výroby elektřiny je její jednoduchost. Jiné fúzní principy generují teplo, kterým se ohřeje voda a změní se na páru pohánějící parní turbíny a ty pak vyrábějí elektřinu jako v tradičních jaderných elektrárnách. „My to dokážeme bez parních turbín nebo chladicích věží. Zbavíme se elektrárny,“ raduje se Royan.

Helion uvažuje o výrobě fúzních reaktorů v továrně. Poté by se dopravovaly na místo určení. Systém o malém výkonu 50 MW rozložený do tří jednotek o velikosti přepravního kontejneru by napájel 40 000 domácností. Mohl by se v budoucnu nasadit i v letadlech nebo na lodích.
 

Helion staví nové prototypy fúzních zařízení jeden za druhým.

CFS OBDRŽEL 1,8 MILIARDY

V nevypsaném soutěžení fúzních reaktorů je zatím jako druhý uváděn bostonský Com­monwealth Fusion Systems (CFS), spinoff MIT, který získal 1,8 miliardy dolarů od investorů včetně Billa Gatese a George Sorose. 

Generální ředitel Bob Mumgaard říká, že do 6 let budou mít funkční reaktor. Na světě je zhruba 150 tokamaků. Největší z nich staví ve Francii za 30 miliard dolarů mezinárodní konsorcium ITER. Ale Mumgaard má v úmyslu učinit ITER zastaralým ještě před jeho dokončením. 

Jeho optimismus povzbuzuje úspěšný test nových elektromagnetů. Ředitel říká, že je může CFS zdokonalit a využít v „tokamakovém“ reaktoru, kde výkonná magnetická pole ovládají koule plazmy o teplotě 100 milionů stupňů. 

Supravodiče prakticky s nulovými energetickými ztrátami jsou klíčem k výrobě výkonných elektromagnetů. CFS zjistil, že přidáním speciální pásky z oxidu barya a mědi může dosáhnout magnetických polí silnějších než ta, která se předpokládají v projektu ITER, ale v mnohem menším měřítku. 

Zatímco primární magnety ITER (nazývané solenoidy) budou vážit asi 400 tun a dosahovat pole silnějších než 12 tesla, CFS hledá 15tunové magnety, které vygenerují 20 tesla. 

Teoretická část výzkumu je prý téměř hotova a nyní zbývá pouze postavit reaktor. „Dobře rozumíme materiálu a myslíme si, že to dokážeme do tří let,“ říká Mumgaard. „Do roku 2030 uvidíme fúzi na síti.“

CFS se chystá postavit svůj fúzní reaktor v Massachusetts.
 

Cíl fúzní energie může být mnohem blíže realitě díky novému typu supravodivého magnetu, tvrdí výzkumníci z Commonwealth Fusion Systems, kteří představili veřejnosti 2 metry dlouhý a 1 metr široký elektromagnet ve tvaru písmene D. Uvedli, že vytvořil magnetické pole zhruba 500 000krát větší, než je přirozené pole na Zemi, a dvakrát silnější než jakýkoli podobný supravodivý magnet.

ELEKTRÁRNA ZA 4 MILIARDY

Miliardář Gates podporuje i jiné řešení. Založil firmu TerraPower. Ta se v září roku 2020 spojila s energetickou společností PacifiCorp, vlastněnou holdingovou společností Berkshire Hathaway miliardáře Warrena Buffetta. Společně zahájily projekt Natrium. Jde o malý modulární reaktor, o kterém ředitelé říkají, že také bude komerčně životaschopný do roku 2030.

Miliardáři nedávno oznámili, že už je vybrané místo pro výstavbu demonstrační elektrárny za 4 miliardy dolarů, z čehož polovinu zaplatí americká vláda. Elektrárna Natrium bude postavena v Kemmereru, na západě státu Wyoming, v místě uhelné elektrárny Naughton, která má být uzavřena v roce 2025. Kongres už stanovil časový harmonogram výstavby elektrárny, jež má být otevřena v roce 2028.

Jedná se o demonstrační elektrárnu s malým jaderným reaktorem o výkonu 345 MW, který má postavit firma Bechtel. Vyžádá si 1 miliardu dolarů, včetně inženýrských, pořizovacích a stavebních nákladů. V USA se náklady na výstavbu konvenční jaderné elektrárny o výkonu 1 000 MW pohybují kolem 25 miliard dolarů a jejich výstavba může trvat mnohem déle.

Natriové reaktory by měly doplňovat výpadky ve výrobě větrné a solární energie jako záložní generátor. Projekt zahrnuje sodíkem chlazený rychlý reaktor s akumulací (skladováním) energie na bázi roztavené soli, takže v případě potřeby může zvýšit výkon až na 500 MW. 

Natriový reaktor by byl poháněn uranem obohaceným až na 20 %, což je mnohem vyšší úroveň, než kolik vykazuje dnešní palivo. Někteří odborníci na jadernou energetiku však tvrdí, že takto obohacené palivo by mohlo být atraktivním cílem pro militanty, kteří chtějí vytvořit jadernou zbraň. Naproti tomu zastánci těchto reaktorů tvrdí, že jsou bezpečnější a vytvářejí méně odpadu.

Gates původně doufal, že postaví experimentální jadernou elektrárnu poblíž Pekingu se státní China National Nuclear Corp. TerraPower však byla nucena hledat nové partnery poté, co administrativa Donalda Trumpa omezila jaderné dohody s Čínou.
 

 Takto by mohla vypadat elektrárna firmy TerraPower.

A JEŠTĚ BEZOS

Pozadu nechtěl zůstat ani Jeff Bezos z Amazonu. Investoval tedy do kanadské společnosti General Fusion, jež je jednou z předních soukromých firem, jejichž cílem je proměnit příslib fúze v komerčně životaschopný zdroj energie. Společnost, podporovaná Bezosem více než deset let, získala ve svém posledním kole financování 100 milionů dolarů.

Společnost General Fusion (GF) nyní uzavřela s Britským úřadem pro atomovou energii smlouvu o výstavbě svého zařízení ve vědeckém centru Culham Center for Fusion Energy, což je britská národní laboratoř pro výzkum fúze. Nachází se v hrabství Oxfordshire v jihovýchodní Anglii a je místem společného evropského torusu (JET), me­gaampérového sférického tokamaku (MAST) a nyní uzavřeného tokamaku (START).

Společnost GF říká, že zaujímá velmi odlišný přístup k řešení než jiné fúzní programy v Culhamu. „Příchod do Culhamu nám ale dává příležitost těžit ze zdejších odborných znalostí,“ řekl Christofer Mowry, generální ředitel General Fusion. Rozhodnutí umístit demonstrační závod v Oxfordshire bylo možné díky financování od vlády Spojeného království, přičemž finanční částku Christofer Mowry popsal jako „velmi smysluplnou“.

Vláda tvrdí, že dohoda s General Fu­sion podpoří stovky pracovních míst během 3leté výstavby a poté v provozu. Prý to doplní vládní závazek ve výši 222 milionů GBP na program Spherical Tokamak for Energy Production, jehož cílem je navrhnout a postavit první prototyp fúzní elektrárny na světě do roku 2040.

Společnost GF používá přístup zvaný magnetizovaná fúze cíle. Při tomto procesu je přehřátý plyn, nazývaný plazma, sestávající z určité formy vodíku, vstřikován do válce, který je obklopen stěnou z tekutého kovu. Stovky pneumatických pístů se pak používají ke stlačování plazmatu, dokud se atomy neslučují a negenerují obrovské množství tepla. Toto teplo je přenášeno tekutým kovem a používáno k vaření vody a výrobě páry pro pohon turbíny.

Mohly by být elektrárny, které si představují miliardáři, lepší než tradiční jaderné elektrárny? Možná, ale zatím jde stále jen o experimenty.
 

Projekční představa zařízení společnosti General Fusion