Tekma za prvo fuzijsko elektrarno se je začela. Kdo je v vodstvu?

Jedrska fuzija v teoriji obljublja neomejene količine poceni in brezogljične energije – kot bi na Zemlji ukrotili energijo sonca -, a žal za izmuzljivo tehnologijo velja, da je že zadnjih 50 let komercialna uporaba oddaljena le še 10 do 15 let. Dva start upa pa ob podpori tehnoloških velikanov vseeno upata na preboj in zagon prve fuzijske elektrarne – vsak na svoji strani Atlantika.

V Evropi k prvi fuzijski elektrarni stremi nemški Proxima Fusion. Start up je minuli teden prejel 411 milijonov evrov naložb v krogu financiranja, pri tem pa dosegel vrednotenje v višini 2,4 milijarde evrov. Med strateškimi vlagatelji je bil Google, ki jedrsko fuzijo vidi kot perspektiven vir za vse večje energetske potrebe digitalnih tehnologij, zlasti umetne inteligence, in nemški energetski velikan RWE.

Z naložbo bo Proxima Fusion financiral gradnjo demonstracijske elektrarne v okolici Münchna. Ta naj bi obratovala do prve polovice prihodnjega desetletja, komercialno uporabo pa pričakujejo v drugi polovici desetletja.

Podobne časovnice imajo tudi tekmeci, ki jih je največ v ZDA. Med njimi izstopa Helion Energy iz zvezne države Washington, ki s pomočjo glavnega izvršnega direktorja OpenAI Sama Altmana in soustanovitelja LinkedIna Reida Hoffmana gradi elektrarno Orion z ambiciozno časovnico. Dokončati jo želijo že do leta 2028 in energijo dobaviti Microsoftu, v skladu z dogovorom iz leta 2023. Junija je podjetje v seriji financiranja G prejelo 465 milijonov dolarjev in doseglo tržno vrednost 15 milijard dolarjev, doslej pa so skupaj zbrali 1,5 milijarde dolarjev.

Zlivanje namesto cepitve atomskih jeder

Jedrska energija se od 50. let prejšnjega stoletja komercialno pridobiva s pomočjo jedrske fisije, torej cepitve atomskih jeder na dva dela, pri čemer se uporabljajo nestabilni težki elementi, kot sta uran in plutonij. Čeprav ne ustvarja izpustov ogljikovega dioksida, v procesu nastajajo radioaktivni odpadki, ki jih je treba skladiščiti tudi do 100 let, kompleksna verižna reakcija pa lahko privede do nesreč in omogoča razvoj jedrskega orožja.

Fuzija je nasproten proces, v katerem pride do združitve dveh atomskih jeder, kar sprosti tudi do petkrat več energije kot fisija. Za razliko od fisije gre za naraven proces, ki poteka na Soncu in drugih zvezdah. Pri fuziji se uporabljajo lahki elementi, najpogosteje izotopa vodika devterij in tritij, iz katerih nastaneta izotop helija in nevtron – ter nič radioaktivnega odpadka. Devterij se pridobiva iz slane vode, tritij pa nastane v reaktorjih z uporabo litija.

Za fuzijsko reakcijo sta potrebna izredno visoka temperatura in pritisk, da nastane plazma, v kateri se dva atoma zlijeta. Temperature plazme morajo v zemeljskih reakcijah znašati od 100 do 150 milijonov stopinj Celzija. To je do desetkrat več od temperature na Soncu (okrog 15 milijonov stopinj), ki zaradi svoje velikosti ustvari večji pritisk.

Helion je januarja sporočil, da je s svojim sedmim prototipom polaris prvič doslej segrel plazmo na 150 milijonov stopinj Celzija. Po navedbah podjetja je prag za komercialno relevantnost pri 100 milijonih stopinjah Celzija, kar so pri Helionu dosegli že s šestim prototipom, imenovanim trenta.

Zakaj je fuzija tako izmuzljiva

Fuzija za zdaj ni komercialno uporabna, ker se raziskovalci še trudijo doseči neto-pozitivno reakcijo, kjer bi fuzijski reaktor ustvaril več energije, kot je porabi. Izziv je tudi ohraniti vročo plazmo stabilno in preprečiti, da ne stopi zidov reaktorja, kar se najpogosteje rešuje z magneti v reaktorjih, imenovanih tokamak. Alternativna metoda je tako imenovano inercijsko omejevanje plazme s pomočjo laserjev.

Raziskave so zaradi oddaljenosti komercialne uporabe dolgo časa financirale predvsem države. Javne raziskovalne institucije so zgradile največje svetovne tokamake, WEST v Franciji, EAST na Kitajskem in največji JT-60SA na Japonskem. Pod okriljem mednarodnega konzorcija je v Franciji v gradnji še večji tokamak ITER, ki bo predvidoma operativen do leta 2034. Tudi Kitajska nadgrajuje svoje eksperimente s tokamakom BEST, ki naj bi bil dokončan prihodnje leto in ustvaril neto-pozitivno energijo do leta 2030.

Najdaljša fuzijska reakcija doslej je trajala dobrih 20 minut, dosegli so jo februarja lani v tokamaku WEST v Franciji. Medtem je laboratorij National Ignition Facility (NIF) ameriškega ministrstva za energijo z zelo zmogljivim laserjem v eksperimentu leta 2022 prvič s fuzijsko reakcijo ustvaril več energije, kot jo je porabila reakcija sama. Toda ustvarjene energije je bilo še vedno veliko manj od energije, potrebne za delovanje celotnega laserskega sistema. Po poročanju portala Techcrunch laboratorij od takrat vztrajno povečuje količino ustvarjene energije.

Iz javnega v zasebni sektor

V zadnjih letih tudi zasebna podjetja v sektorju privabljajo vse več denarja vlagateljev, kar kaže na približevanje komercializaciji. Med vlagatelji so tehnološki milijarderji, kot so Altman, Bill Gates in Jeff Bezos ter korporacije, kot sta Google in Microsoft.

Ti igralci so v času buma umetne inteligence vpeti v gradnjo podatkovnih centrov, ki obremenjujejo obstoječa omrežja, zato z nekaterimi start upi že sklepajo sporazume za prihodnjo dobavo. Vlagajo tudi naftni velikani, ki skušajo razpršiti svoje energetske portfelje v luči zelenega prehoda, in države. EU vlaga 222 milijonov evrov v prihodnjih dveh letih prek javno-zasebnega partnerstva.

Dober primer prehoda iz javnega v zasebni sektor je Proxima Fusion, ki je nastal leta 2023 iz nemškega Inštituta Maxa Plancka, kjer je potekal razvoj stelaratorja, to je naprave za zadržanje fuzijske plazme s pomočjo magnetov, ki je alternativa tokamaku. Start up gradi na prototipu Wendelstein 7-X, ki ga je inštitut razvil leta 2015, in ga želi do začetka naslednjega desetletja nadgraditi v demonstracijsko elektrarno Alpha, nato pa v komercialno elektrarno Stellaris. Z javnim in zasebnim financiranjem so doslej zbrali okrog 650 milijonov evrov.

Vse več denarja in igralcev

Fuzijski start upi so v letu dni do julija letos zbrali rekordnih 4,8 milijarde dolarjev na globalni ravni, kar je 69 odstotkov več kot leto prej, je pokazalo poročilo industrijskega združenja Fusion Industry Association iz Washingtona. Od leta 2021, ko je združenje objavilo prvo poročilo, je sektor prejel 14,2 milijarde dolarjev naložb.

Do 2021 so večino denarja, ki ga je bilo le za slabi dve milijardi dolarjev, vložile države, pa še to skoraj v celoti le v štiri podjetja od takratnih 23. Združenje pravi, da industrija zdaj zaposluje 16 tisoč ljudi, zasebne naložbe so se okrepile za 650 odstotkov, na svetu pa je 56 fuzijskih podjetij. Dominirajo ameriška, ki jih je 28. Pridružujejo se jim podjetja iz 12 drugih držav; po štiri iz Združenega kraljestva, Nemčije in Kitajske ter po tri iz Indije, Francije in Japonske.

Leto je zaznamoval niz velikih krogov financiranja. Poleg Proxime in Heliona je 450 milijonov dolarjev februarja zbral ameriški Inertia Enterprises, ki gradi na laserski tehnologiji laboratorija NIF in v katerega prek investicijskega sklada GV vlaga Alphabet, lastnik Googla. Avgusta lani je 863 milijonov dolarjev zbral ameriški Commonwealth Fusion Systems (CFS), ki ga podpirata Google in Gatesov sklad Breakthrough Energy Ventures. CFS je nastal iz raziskav na univerzi Massachusetts Institute of Technology (MIT) in se usmerja v razvoj manjših fuzijskih reaktorjev, Google pa je z njimi lani sklenil dogovor o prihodnji dobavi. Gates podpira tudi start up Type One Energy, ki v Tennesseeju načrtuje gradnjo fuzijske elektrarne na osnovi stelaratorja.

Dve fuzijski podjetji letos načrtujeta vstop na borzo. Uvrstitev na Nasdaq pripravljata TAE Technology, ki je za ta namen napovedal obratno združitev s podjetjem ameriškega predsednika Donalda Trumpa, Trump Media & Technology Group, in kanadski General Fusion, ki ga med drugim financira Bezos in prav tako načrtuje obratno združitev.

Kdo bo prvi

Za zdaj 71 odstotkov podjetij v sektorju ocenjuje, da bo fuzijska energija komercialno dostopna nekje sredi prihodnjega desetletja, ugotavlja poročilo združenja. To časovnico skuša prehiteti Helion, ki je leta 2023 sklenil dogovor z Microsoftom o dobavi fuzijske energije do leta 2028. Junija letos so sporočili, da so postali prvo ameriško podjetje z vsemi potrebnimi dovoljenji regulatorjev, medtem ko je v zvezni državi Washington stekla gradnja reaktorja.

Nekateri opazovalci so sicer skeptični do napredka podjetja, saj to ne objavlja pogosto poročil oziroma znanstvenih člankov, ki bi jih pregledali zunanji strokovnjaki. Glavni izvršni direktor Heliona David Kirtley je za portal Tech Crunch dejal, da bi morali končni rezultati govoriti sami zase. “Ne želimo teoretizirati o fuziji. Želimo jo zgraditi,” pravi.

Za petami jim je Type One, ki svojo rešitev razvija na isti osnovi stelaratorja iz inštituta Maxa Plancka kot Proxima. Podjetje si je za cilj dokončanja elektrarne zadalo leto 2029, pri čemer jim je v pomoč, da gradijo na območju, kjer je v preteklosti obratovala termoelektrarna, kar olajša povezave z obstoječim omrežjem.

Medtem je Proxima Fusion z največjo naložbo v 2026 eden od najbolj perspektivnih evropskih tekmecev v sektorju. “Evropa tekmuje z ZDA in Kitajsko, da bi prišla do prve fuzijske elektrarne. Financiranje Proxime dokazuje, da Evropa ne zmore le izumiti prebojnih tehnologij, temveč okoli njih graditi tudi globalno konkurenčna podjetja,” je ob sklenjenem krogu financiranja dejal soustanovitelj in glavni izvršni direktor podjetja Francesco Sciortino.