Nguồn năng lượng cuối cùng mà chúng ta sẽ chế ngự: Nhà máy năng lượng tổng hợp hat nhân The last energy source we will ever tame: B.C. startups $400M U.K. plant aims to harness nuclear fusion technology
Năng lượng tổng hợp hạt nhân : Nguồn năng lượng cuối cùng mà chúng ta sẽ chế ngự
Jeff Bezos và công ty General Fusion Cenovus đầu tư tạo ra một ngôi sao sản xuất năng lượng trên trái đất bằng công nghệ tổng hợp hạt nhân
Jeff Bezos and Cenovus Energy-backed General Fusion aims to create a star on earth with its nuclear fusion technology — straight out of a sci-fi novel
PHOTO BY GENERAL FUSION
Burnaby-based General Fusion, a company backed by Jeff Bezos and Cenovus Energy Inc., harbours ambitions as big as they come: it wants to master nuclear fusion, essentially the same process that generates heat in the sun.
But nuclear fusion is still an emerging technology that has yet to be commercialized. As the name suggests, it involves the fusion of two hydrogen atoms, which produces massive energy: one pound of fusion fuel is said to be equivalent 10 million pounds of coal.
Unlike conventional nuclear power, which involves fission or splitting atoms, the emerging fusion technology promises clean energy where the only emission would be helium, and importantly, no radioactive waste.
Now, after decades of largely government funded research, the industry is in the midst of a transition to the private realm with a couple dozen companies sprouting up around the world Investors say nuclear fusion would provide a baseload source of clean energy, that could be switched on or off, to complement renewable power, such as wind and solar.
Last week, Chris Mowry, chief executive of the Burnaby-based company signed paperwork with the United Kingdom government to build a US$400 million nuclear fusion test plant at Culham in Oxfordshire. If construction on the proposed plant, announced on June 16, begins as expected next summer, it may be the first public-private nuclear fusion demonstration plant in the world.
“This is the commercialization of fusion,” Chris Mowry, chief executive of Burnaby-based General Fusion told the Financial Post as his triumphant week came to a close. “A great analogy is the commercialization of space over the past decade or two, which was historically just the focus of governments.”
While the company remains private, Mowry acknowledged the company has ample funding needs and would likely access public markets as it seeks to commercialize its technology by 2030.
Other investors include Cenovus Energy Inc., The Business Development Bank of Canada and Sustainable Development Technology Canada, while collaborators include Microsoft Corp.
But Mowry also added that government grants account for roughly a third of the estimated US$300 million that his company has raised since being founded in 2020, with the Canadian government leading the way, followed by the U.S., U.K. and other countries.
By far, the largest nuclear fusion project is taking shape in southern France. Known as ITER, it is a product of the combined research and funds from 35 countries with the European Union leading the way and India, Japan, South Korea, Russia, and the US also contributing to a US$23.5 billion effort to build a nuclear fusion reactor.
Canada has contributed to the project and has a memorandum of understanding to explore future co-operation.
But the project is still in assembly phase, and not expected to begin producing energy until 2025. Meanwhile, the challenges to nuclear fusion remain formidable.
In February, the U.S.-based National Academy of the Sciences issued a report on nuclear fusion that concluded “successful operation of a pilot plant in the 2035-2040 timeframe requires urgent investments by (the U.S. Department of Energy) and private industry — both to resolve the remaining technical and scientific issues and to design, construct, and commission a pilot plant.”
Dennis Whyte, a Canadian scientist who is director of plasma science fusion center at MIT, said the U.S.-based Fusion Industry Association has grown from just a few companies two decades ago to more than 20, amid a proliferation of investor interest.
He said General Fusion had come up with some interesting ways to make fusion more cost-effective.
“The overarching consideration here is, although there’s still science and innovation to come, it’s not whether it’s possible anymore,” he said, “it’s a pivot towards, ‘can we make it economically viable?’”
Scientifically, Whyte said fusion is more difficult to achieve than nuclear fission. Fusion mimics the process that takes place inside stars and the sun and generates heat.
“It sounds like a sci-fi novel,” he said. “We create a star on earth, it’s not quite as simple as that.”
Indeed, the technology being developed by General Fusion sounds like it could have been pulled from the pages of a fantasy or science fiction novel.
The General Fusion website explains that pneumatic pistons surround a cylindrical wall of liquefied lithium metal and hammer away until it changes shape from a cylinder to a sphere. Next, hydrogen plasma is injected into the sphere, compressed and heated to above 100 million degrees Celsius.
All that effort creates steam, which powers a turbine and produces energy.
“The way to think about this is a fusion version of a diesel engine,” Mowry said. “Obviously it’s a bit more complicated, but (that’s) the basic concept.”
Of course, there is a nuclear reaction at the heart of fusion, in which two hydrogen atoms are fused.
Unlike conventional nuclear power, which needs uranium as a fuel, nuclear fusion uses isotopes of hydrogen called “deuterium” and “tritium,” which can be extracted from water. Helium is the only emission from fusion, making it attractive as a means to decarbonize energy.
“The beauty of fusion is there’s no radioactive waste,” Mowry said.
The company’s proposed Fusion Demonstration Plant in the U.K., near that country’s national fusion research centre, would be about 70 per cent of the size of a commercial nuclear fusion reactor. It won’t produce power, but would instead serve to demonstrate the viability of its technology and could come online by 2025.
Mowry said that while the science around hydrogen plasma has advanced in the last two decades, a suite of other technology is also enabling fusion, citing things like 3-D printing and digital control systems.
Currently based in Burnaby, General Fusion is looking for a new headquarters in the Vancouver metropolitan area to house its 140 or so workers.
It continues to raise funds as well, Mowry said, who predicted the market would grow to US$1 trillion by 2030.
In Canada, nuclear power supplies about 15 per cent of the total electricity with 19 reactors, all but one of which are based in Ontario, according to the World Nuclear Association.
But ten of those reactors are coming offline in Ontario, so the plants can be refurbished in order to function for another 30 years. Nuclear power has been growing in recent years even as some countries such as Germany and Japan move away from the technology because of the dangers associated with using radioactive materials at extremely high temperatures.
Whyte, the MIT scientist who works on fusion, said it uses very little fuel — about 70 grams per day would be required for a plant for a small city. As a result, he argued it’s “inherently safe.”
Artist’s rendition of Burnaby, B.C.-based General Fusion’s demonstration plant in the U.K.PHOTO BY HANDOUT/GENERAL FUSION
“When you hear about it, you say ‘oh 100 million degrees,’” he said. “But there’s very few particles, so what this means is it’s like a pot of boiling water. It sounds strange … but if you were to blow on this thing, it just turns itself off.”
He described it as the ultimate energy, with some ironic laughter.
“It’s probably the last energy source we’ll ever tame,” said Whyte. “I think of the trajectory from taming fire and it finally completes in fusion, because we’ll have tamed the energy source of the stars.”
Jeff Bezos và công ty General Fusion được Cenovus đầu tư tạo ra một ngôi sao sản xuất năng lượng trên trái đất bằng công nghệ tổng hợp hạt nhân - như một cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng
General Fusion có trụ sở tại Burnaby, một công ty được hỗ trợ bởi Jeff Bezos và Cenovus Energy Inc., nuôi dưỡng tham vọng lớn : nó muốn làm chủ phản ứng tổng hợp hạt nhân, về cơ bản giống quá trình tạo ra nhiệt trong mặt trời.
Nhưng phản ứng tổng hợp hạt nhân vẫn là một công nghệ mới nổi và chưa được thương mại hóa. Như tên gọi, nó liên quan đến sự hợp nhất của hai nguyên tử hydro, tạo ra năng lượng khổng lồ: một pound nhiên liệu nhiệt hạch tương đương với 10 triệu pound than.
Không giống như năng lượng hạt nhân thông thường, liên quan đến phân hạch hoặc tách nguyên tử, công nghệ nhiệt hạch mới nổi hứa hẹn năng lượng sạch, nơi phát thải duy nhất sẽ là heli và quan trọng là không có chất thải phóng xạ.
Giờ đây, sau nhiều thập kỷ nghiên cứu được chính phủ tài trợ phần lớn, ngành công nghiệp này đang trong quá trình chuyển đổi sang lĩnh vực tư nhân với vài chục công ty mọc lên trên khắp thế giới Các nhà đầu tư cho rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ cung cấp một nguồn năng lượng sạch cơ bản, có thể được chuyển đổi bật hoặc tắt, để bổ sung năng lượng tái tạo, chẳng hạn như gió và mặt trời.
Tuần trước, Chris Mowry, giám đốc điều hành của công ty có trụ sở tại Burnaby đã ký thủ tục giấy tờ với chính phủ Vương quốc Anh để xây dựng một nhà máy thử nghiệm nhiệt hạch hạt nhân trị giá 400 triệu USD tại Culham ở Oxfordshire. Nếu việc xây dựng nhà máy được đề xuất, được công bố vào ngày 16 tháng 6, bắt đầu như dự kiến vào mùa hè năm sau, nó có thể là nhà máy trình diễn phản ứng tổng hợp hạt nhân công-tư đầu tiên trên thế giới.
Chris Mowry, giám đốc điều hành của General Fusion, có trụ sở tại Burnaby, nói với tờ Financial Post khi tuần lễ thành công của ông kết thúc. “Một phép tương tự lớn là việc thương mại hóa không gian trong một hoặc hai thập kỷ qua, vốn trước đây chỉ là trọng tâm của các chính phủ”.
Trong khi công ty vẫn là tư nhân, Mowry thừa nhận công ty có nhu cầu tài trợ dồi dào và có khả năng sẽ tiếp cận thị trường công cộng khi họ tìm cách thương mại hóa công nghệ của mình vào năm 2030.
Các nhà đầu tư khác bao gồm Cenovus Energy Inc., Ngân hàng Phát triển Kinh doanh Canada và Công nghệ Phát triển Bền vững Canada, trong khi các cộng tác viên bao gồm Microsoft Corp.
Nhưng Mowry cũng nói thêm rằng các khoản trợ cấp của chính phủ chiếm khoảng một phần ba trong số 300 triệu đô la Mỹ ước tính mà công ty của ông đã huy động được kể từ khi được thành lập vào năm 2020, với chính phủ Canada dẫn đầu, tiếp theo là Hoa Kỳ, Anh và các quốc gia khác.
Cho đến nay, dự án tổng hợp hạt nhân lớn nhất đang hình thành ở miền nam nước Pháp. Được biết đến với cái tên ITER, nó là sản phẩm của sự kết hợp nghiên cứu và tài trợ từ 35 quốc gia với Liên minh Châu Âu dẫn đầu và Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ cũng đóng góp vào nỗ lực trị giá 23,5 tỷ đô la Mỹ để xây dựng phản ứng tổng hợp hạt nhân. lò phản ứng.
Canada đã đóng góp vào dự án và có một biên bản ghi nhớ để tìm hiểu sự hợp tác trong tương lai.
Tuy nhiên, dự án vẫn đang trong giai đoạn lắp ráp và dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất năng lượng cho đến năm 2025. Trong khi đó, những thách thức đối với phản ứng tổng hợp hạt nhân vẫn còn ghê gớm.
Vào tháng 2, Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia có trụ sở tại Hoa Kỳ đã ban hành một báo cáo về phản ứng tổng hợp hạt nhân kết luận “vận hành thành công một nhà máy thí điểm trong khung thời gian 2035-2040 đòi hỏi các khoản đầu tư khẩn cấp của (Bộ Năng lượng Hoa Kỳ) và ngành công nghiệp tư nhân - cả hai để giải quyết các vấn đề khoa học và kỹ thuật còn lại và để thiết kế, xây dựng và vận hành một nhà máy thử nghiệm. ”
Dennis Whyte, một nhà khoa học người Canada hiện là giám đốc trung tâm hợp nhất khoa học plasma tại MIT, cho biết Hiệp hội Công nghiệp Hợp nhất có trụ sở tại Hoa Kỳ đã phát triển từ một vài công ty cách đây hai thập kỷ lên hơn 20, trong bối cảnh sự quan tâm của các nhà đầu tư ngày càng tăng.
Ông cho biết General Fusion đã đưa ra một số cách thú vị để làm cho quá trình nhiệt hạch tiết kiệm chi phí hơn.
“Cân nhắc tổng thể ở đây là, mặc dù vẫn còn khoa học và sự đổi mới, nhưng không phải là liệu nó có khả thi nữa hay không,” ông nói, “đó là mục tiêu hướng tới,‘ chúng ta có thể làm cho nó khả thi về mặt kinh tế không? ’”
Về mặt khoa học, Whyte cho biết phản ứng tổng hợp khó đạt được hơn là phân hạch hạt nhân. Nhiệt hạch bắt chước quá trình diễn ra bên trong các ngôi sao và mặt trời và tạo ra nhiệt.
“Nó giống như một cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng,” anh nói. "Chúng tôi tạo ra một ngôi sao trên trái đất, nó không hoàn toàn đơn giản như vậy."
Thật vậy, công nghệ đang được phát triển bởi General Fusion nghe có vẻ như nó có thể được lấy từ các trang của một cuốn tiểu thuyết giả tưởng hoặc khoa học viễn tưởng.
Trang web của General Fusion giải thích rằng các piston khí nén bao quanh một bức tường hình trụ bằng kim loại liti hóa lỏng và dùng búa đập đi cho đến khi nó thay đổi hình dạng từ hình trụ sang hình cầu. Tiếp theo, plasma hydro được bơm vào quả cầu, nén và làm nóng lên trên 100 triệu độ C.
Tất cả những nỗ lực đó tạo ra hơi nước, cung cấp năng lượng cho tuabin và sản xuất năng lượng.
Mowry nói: “Cách nghĩ về điều này là một phiên bản nhiệt hạch của động cơ diesel. “Rõ ràng là nó nhiều hơn một chút