Η πόλη της Σαγκάης σηματοδοτεί τις εθνικές γιορτές με τα παγκοσμίου φήμης σόου, φωτίζοντας τους ουρανοξύστες της με εκθαμβωτικά χρώματα που λειτουργούν ως φάροι της κινεζικής καινοτομίας.
Στην μεγαλούπολη της Κίνας είναι που επιστήμονες και μηχανικοί εργάζονται νυχθημερόν για να κυνηγήσουν το επόμενο big thing στην παγκόσμια τεχνολογία: Από το διαδίκτυο 6G και την προηγμένη Τεχνητή Νοημοσύνη μέχρι τη ρομποτική επόμενης γενιάς.
Εδώ βρίσκεται επίσης μια μικρή start-up με την ονομασία Energy Singularity που εργάζεται πάνω σε κάτι εξαιρετικό: Την ενέργεια πυρηνικής σύντηξης.
Οι αμερικανικές εταιρείες και οι ειδικοί της βιομηχανίας ανησυχούν ότι η Αμερική χάνει το προβάδισμα δεκαετιών στον αγώνα για την κατάκτηση αυτής της σχεδόν απεριόριστης μορφής καθαρής ενέργειας, καθώς ξεφυτρώνουν νέες εταιρείες σύντηξης στην Κίνα και το Πεκίνο, ξεπερνώντας την Ουάσινγκτον.
Η πυρηνική σύντηξη, η διαδικασία που τροφοδοτεί τον ήλιο και άλλα αστέρια, είναι εξαιρετικά δύσκολο να αναπαραχθεί στη Γη. Πολλές χώρες έχουν επιτύχει αντιδράσεις σύντηξης, αλλά η διατήρησή τους για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα ώστε να χρησιμοποιηθούν στον πραγματικό κόσμο παραμένει ασύλληπτη.
Η κατάκτηση της σύντηξης είναι μια δελεαστική προοπτική που υπόσχεται πλούτο και παγκόσμια επιρροή σε όποια χώρα την κατακτήσει πρώτη.
Το βραβείο αυτής της ενέργειας είναι η απόλυτη αποτελεσματικότητά της. Μια ελεγχόμενη αντίδραση σύντηξης απελευθερώνει περίπου τέσσερα εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από την καύση άνθρακα, πετρελαίου ή φυσικού αερίου και τέσσερις φορές περισσότερη από τη σχάση, το είδος της πυρηνικής ενέργειας που χρησιμοποιείται σήμερα. Δεν θα αναπτυχθεί εγκαίρως για την καταπολέμηση της κλιματικής κρίσης σε αυτή την κρίσιμη δεκαετία, αλλά θα μπορούσε να αποτελέσει τη λύση για τη μελλοντική υπερθέρμανση.
Η κινεζική κυβέρνηση ρίχνει χρήματα στο εγχείρημα, βάζοντας περίπου 1 έως 1,5 δισεκατομμύριο δολάρια ετησίως στη σύντηξη, σύμφωνα με τον Ζαν Πολ Αλαίν, επικεφαλής του Γραφείου Επιστημών Ενέργειας Σύντηξης του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ. Συγκριτικά, η κυβέρνηση Μπάιντεν δαπάνησε περίπου 800 εκατομμύρια δολάρια ετησίως.
Οι ιδιωτικές επιχειρήσεις και στις δύο χώρες είναι αισιόδοξες, λέγοντας ότι μπορούν να βάλουν την ενέργεια σύντηξης στο δίκτυο μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 2030, παρά τις τεράστιες τεχνικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν.
Οι ΗΠΑ ήταν μεταξύ των πρώτων στον κόσμο που προχώρησαν σε αυτό το φουτουριστικό παιχνίδι, καθώς εργάζονταν σοβαρά στην έρευνα για τη σύντηξη από τις αρχές της δεκαετίας του 1950. Η είσοδος της Κίνας στη σύντηξη έγινε αργότερα την ίδια δεκαετία.
Πιο πρόσφατα, ο ρυθμός της έχει επιταχυνθεί: Από το 2015, οι πατέντες σύντηξης της Κίνας έχουν αυξηθεί κατακόρυφα και τώρα διαθέτει περισσότερες από οποιαδήποτε άλλη χώρα, σύμφωνα με τα στοιχεία της βιομηχανίας που δημοσιεύονται από το Nikkei.
Η Energy Singularity, η start-up επιχείρηση στη Σαγκάη, είναι μόνο ένα παράδειγμα της Κίνας.
Κατασκεύασε το δικό της Τόκαμακ μέσα σε τρία χρόνια από την ίδρυσή της, ταχύτερα από ό,τι έχει κατασκευαστεί ποτέ οποιοσδήποτε συγκρίσιμος αντιδραστήρας.
Ένα Τόκαμακ είναι μια εξαιρετικά πολύπλοκη κυλινδρική μηχανή ή μηχανή σε σχήμα ντόνατ που θερμαίνει το υδρογόνο σε ακραίες θερμοκρασίες, σχηματίζοντας ένα πλάσμα που μοιάζει με σούπα και στο οποίο λαμβάνει χώρα η αντίδραση πυρηνικής σύντηξης.
Για μια νεοσύστατη εταιρεία που εργάζεται πάνω σε έναν από τους πιο δύσκολους γρίφους της φυσικής στον κόσμο, η Energy Singularity είναι απίστευτα αισιόδοξη.
Έχει λόγο να είναι: Έχει λάβει περισσότερα από 112 εκατομμύρια δολάρια σε ιδιωτικές επενδύσεις και έχει επίσης επιτύχει μια παγκόσμια πρωτιά - το σημερινό της Τόκαμακ είναι το μοναδικό που έχει χρησιμοποιήσει προηγμένους μαγνήτες σε ένα πείραμα πλάσματος.
Γνωστοί ως υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας, οι μαγνήτες είναι ισχυρότεροι από τους χάλκινους που χρησιμοποιούνταν σε παλαιότερα Τόκαμακ. Σύμφωνα με τους επιστήμονες του ΜΙΤ που ερευνούν την ίδια τεχνολογία, επιτρέπουν μικρότερα Τόκαμακ που μπορούν να παράγουν τόση ενέργεια σύντηξης όση τα μεγαλύτερα και μπορούν να περιορίσουν καλύτερα το πλάσμα.
Η εταιρεία σχεδιάζει να κατασκευάσει ένα Τόκαμακ δεύτερης γενιάς για να αποδείξει ότι οι μέθοδοί της είναι εμπορικά βιώσιμες έως το 2027, και αναμένει μια συσκευή τρίτης γενιάς που θα μπορεί να τροφοδοτεί το δίκτυο πριν από το 2035, δήλωσε η εταιρεία.
Αντίθετα, τα Τόκαμακ στις ΗΠΑ είναι γερασμένα, δήλωσε ο Αντρίου Χόλαντ, διευθύνων σύμβουλος της Ένωσης Βιομηχανίας Σύντηξης με έδρα την Ουάσινγκτον. Ως αποτέλεσμα, οι ΗΠΑ βασίζονται στις μηχανές των συμμάχων τους στην Ιαπωνία, την Ευρώπη και το Ηνωμένο Βασίλειο για να προωθήσουν την έρευνά τους.
Ο Χόλαντ επεσήμανε ένα νέο υπό κατασκευή ερευνητικό πάρκο σύντηξης στην ανατολική Κίνα, ύψους 570 εκατομμυρίων δολαρίων, το οποίο ονομάζεται CRAFT και αναμένεται να ολοκληρωθεί το επόμενο έτος.
«Δεν έχουμε κάτι τέτοιο», δήλωσε στο CNN. «Το Εργαστήριο Φυσικής Πλατινίου του Πρίνστον αναβαθμίζει το Τόκαμακ του εδώ και 10 χρόνια. Το άλλο εν λειτουργία Τόκαμακ στις Ηνωμένες Πολιτείες, το DIII-D, είναι ένα μηχάνημα 30 ετών. Δεν υπάρχουν σύγχρονες εγκαταστάσεις σύντηξης στα αμερικανικά εθνικά εργαστήρια».
Υπάρχει μια αυξανόμενη ανησυχία στην αμερικανική βιομηχανία ότι η Κίνα κερδίζει την Αμερική σε αυτή την κούρσα.
Μερικά από τα Τόκαμακ επόμενης γενιάς που έχει κατασκευάσει η Κίνα ή σχεδιάζει να κατασκευάσει, είναι ουσιαστικά «αντίγραφα» αμερικανικών σχεδίων και χρησιμοποιούν εξαρτήματα που μοιάζουν με αυτά που κατασκευάζονται στην Αμερική, δήλωσε ο Χόλαντ: Το κρατικά χρηματοδοτούμενο Τόκαμακ BEST της Κίνας, το οποίο αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2027, είναι αντίγραφο αυτού που σχεδίασε η Commonwealth Fusion Systems, δήλωσε ο Χόλαντ, μια εταιρεία στη Μασαχουσέτη που συνεργάζεται με το MIT. Τα δύο σχέδια διαθέτουν το ίδιο είδος προηγμένων μαγνητών που χρησιμοποιεί η Energy Singularity.
«Είναι γρήγοροι ακόλουθοι και στη συνέχεια παίρνουν το προβάδισμα κυριαρχώντας στην αλυσίδα εφοδιασμού», δήλωσε ο Χόλαντ, χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα την τεχνολογία των ηλιακών πάνελ. «Το γνωρίζουμε αυτό και θέλουμε να βεβαιωθούμε ότι δεν θα συνεχιστεί έτσι».
Λέιζερ εναντίον Τόκαμακ
Η πυρηνική σύντηξη είναι μια εξαιρετικά πολύπλοκη διαδικασία που περιλαμβάνει την αναγκαστική συνένωση δύο πυρήνων που κανονικά θα απωθούνται.
Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι η αύξηση της θερμοκρασίας σε ένα Τόκαμακ (ειδική τεχνολογική διάταξη θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα, μορφής δακτυλιοειδούς θαλάμου που χρησιμοποιείται στην έρευνα θερμοπυρηνικής ενέργειας) στους 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, 10 φορές υψηλότερη από αυτή του πυρήνα του ήλιου.
Όταν συνδέονται, οι πυρήνες εκλύουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας ως θερμότητα, η οποία μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση στροβίλων και την παραγωγή ενέργειας. Οι ΗΠΑ είναι πρωτοπόροι στη σύντηξη εδώ και δεκαετίες- ήταν το πρώτο έθνος που εφάρμοσε την ενέργεια σύντηξης στον πραγματικό κόσμο - σε μια βόμβα υδρογόνου.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1950, ο στρατός των ΗΠΑ δοκίμασε μια σειρά πυρηνικών όπλων στον Ειρηνικό Ωκεανό, τα οποία «ενισχύθηκαν» από αέρια που δημιούργησαν μια αντίδραση σύντηξης, με αποτέλεσμα μια έκρηξη 700 φορές μεγαλύτερη από την ισχύ της έκρηξης της Χιροσίμα.
Η διατήρηση της πυρηνικής σύντηξης για μεγάλα χρονικά διαστήματα είναι πολύ πιο δύσκολη, και ενώ η Κίνα τρέχει μπροστά με τα Τόκαμακ της, οι ΗΠΑ βρίσκουν πλεονέκτημα σε άλλη τεχνολογία: Τα λέιζερ.
Στα τέλη του 2022, οι επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια πυροβόλησαν με σχεδόν 200 λέιζερ έναν κύλινδρο που περιείχε μια κάψουλα καυσίμου στο μέγεθος ενός κόκκου πιπεριού, στο πρώτο επιτυχημένο πείραμα στον κόσμο για την παραγωγή καθαρού κέρδους ενέργειας σύντηξης.
Αυτό σημαίνει ότι από τη διαδικασία προέκυψε περισσότερη ενέργεια απ’ όση χρησιμοποιήθηκε για τη θέρμανση της κάψουλας (αν και δεν υπολογίστηκε η ενέργεια που χρειάστηκε για την τροφοδοσία των λέιζερ).
Υπάρχουν ακόμη περισσότεροι τρόποι για να επιτευχθεί η πυρηνική σύντηξη και οι ΗΠΑ επενδύουν σε μια ποικιλία τεχνολογιών. Δεν αποκλείεται αυτή η προσέγγιση να αποδώσει.
«Δεν ξέρουμε ακριβώς ποια θα είναι η καλύτερη ιδέα, και μπορεί να μην είναι μία», δήλωσε η Μελανί Γουντμπίτζ, φυσικός πλάσματος με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο και διευθύνουσα σύμβουλος της Fusion Energy Insights. Μπορεί τελικά να υπάρξουν αρκετές βιώσιμες προσεγγίσεις για την ενέργεια σύντηξης, δήλωσε στο CNN. «Και στη συνέχεια θα εξαρτηθεί από το κόστος και άλλους παράγοντες μακροπρόθεσμα».
Αλλά το είναι η καλύτερα ερευνημένη ιδέα, είπε. «Με την πάροδο του χρόνου, έχουν γίνει οι περισσότερες έρευνες σε αυτό, οπότε είναι το πιο προηγμένο από άποψη φυσικής», δήλωσε η Windridge. «Και πολλές ιδιωτικές εταιρείες βασίζονται σε αυτό».
Με τα χρήματα που βάζει η Κίνα στην έρευνα, η ιδέα του Τόκαμακ εξελίσσεται ραγδαία. Το Τόκαμακ EAST της Κίνας στο Χεφέι κράτησε το πλάσμα σταθερό στους 70 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου - πέντε φορές θερμότερο από τον πυρήνα του ήλιου - για περισσότερα από 17 λεπτά, ένα Τόκαμακ παγκόσμιο ρεκόρ και μια αντικειμενικά εκπληκτική ανακάλυψη.
Αλλά αν η κινεζική κυβέρνηση συνεχίσει να επενδύει πάνω από 1 δισεκατομμύριο δολάρια ετησίως, αυτό θα μπορούσε σύντομα να επισκιάσει τις δαπάνες των ΗΠΑ, ακόμη και στον ιδιωτικό τομέα. Κι αν αυτές οι επενδύσεις αποδώσουν, οι πολύχρωμες γιορτές στη Σαγκάη όχι μόνο θα τροφοδοτούνται από τη σύντηξη, αλλά θα δώσουν στην Κίνα ένα νέο φως.
Πηγή: CNN