«Ο Τεχνητός Ήλιος»: Το στοίχημα της Google στην πυρηνική σύντηξη – Τι σημαίνει για τον κλάδο 

Τα τελευταία χρόνια, και καθώς αυξονται οι ανάγκες, οι ερευνητές αξιολογούν τις δυνατότητες ανάπτυξης πυρηνικών αντιδραστήρων σύντηξης, ικανών να παράγουν άφθονη καθαρή ενέργεια. Ωστόσο, παρά τις αρκετές ανακαλύψεις που βλέπουν το φως της δημοσιότητας, οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν ότι απέχουμε πολύ από την επίτευξη της εμπορικής εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας. Παρ' όλα αυτά, το εμπόδιο δεν έχει σταματήσει τις εκτεταμένες επενδύσεις στη συγκεκριμένη τεχνολογία, η πιο πρόσφατη από τις οποίες προήλθε από τον αμερικανικό τεχνολογικό γίγαντα Google.

Ειδικότερα, η Google συμφώνησε να αγοράσει ενέργεια από έναν σχεδιαζόμενο σταθμό παραγωγής ενέργειας από σύντηξη τη δεκαετία του 2030, μόλις στη δεύτερη συμφωνία απορρόφησης ηλεκτρικής ενέργειας που υπογράφεται στον αναδυόμενο τομέα της ενέργειας από σύντηξη.

Ο τεχνολογικός όμιλος έχει δεσμευτεί να αγοράσει 200 ​​μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας από τον σχεδιαζόμενο σταθμό παραγωγής ενέργειας της Commonwealth Fusion Systems στη Βιρτζίνια, βάσει πολυετούς συμφωνίας αγοράς ενέργειας.

Η CFS, με έδρα τις ΗΠΑ, η οποία συγκέντρωσε το ρεκόρ των 1,8 δισεκατομμυρίων δολαρίων από επενδυτές, συμπεριλαμβανομένης της Google, το 2021, ελπίζει ότι η προτεινόμενη εγκατάσταση 400 MW θα είναι ο πρώτος σταθμός παραγωγής ενέργειας από σύντηξη που θα συνδεθεί στο δίκτυο.

Τα πειράματα

Οι επιστήμονες επιδιώκουν να παράγουν καθαρή ενέργεια συνδυάζοντας άτομα από τη δεκαετία του 1950, αλλά σε δεκαετίες πειραμάτων καμία ομάδα δεν έχει καταφέρει να παράγει περισσότερη ενέργεια από μια αντίδραση σύντηξης από όση καταναλώνει το ίδιο το σύστημα.

Η CFS είναι αναμφισβήτητα η πιο προηγμένη από μερικές δεκάδες ιδιωτικές εταιρείες σύντηξης που αγωνίζονται να τελειοποιήσουν την τεχνολογία και να αναπτύξουν μια εμπορικά βιώσιμη μηχανή.

Αυτή τη στιγμή κατασκευάζει ένα εργοστάσιο στη Μασαχουσέτη, το οποίο σκοπεύει να θέσει σε λειτουργία το 2027. Ελπίζει ότι το εργοστάσιο που θα προμηθεύει την Google θα είναι έτοιμο στις αρχές της δεκαετίας του 2030.

«[Αυτό] δεν είναι απλώς ένα εργοστάσιο με κάποια επινοημένη ημερομηνία ή κάποιο αδύναμο έγγραφο», δήλωσε στους Financial Times ο διευθύνων σύμβουλος και συνιδρυτής της CFS, Μπομπ Μάμγκααρντ, αναφερόμενος στη συμφωνία αγοράς ενέργειας. «Πρόκειται για μια πλήρη PPA», είπε, προσθέτοντας: «Εμείς παράγουμε ενέργεια και αυτοί είναι υποχρεωμένοι να την αγοράσουν».

Σε αναζήτηση ενέργειας

Η συμφωνία έρχεται σε μια περίοδο που εταιρείες τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένης της Google, που ανήκει στην Alphabet, ανταγωνίζονται για να εξασφαλίσουν πρόσβαση σε ηλεκτρική ενέργεια, ώστε να προμηθεύσουν την μαζική ανάπτυξη κέντρων δεδομένων που απαιτούνται για την τροφοδοσία συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης.

Η Microsoft υπέγραψε συμφωνία αγοράς ενέργειας το 2023 με την εταιρεία σύντηξης Helion του Σαμ Άλτμαν, συμφωνώντας να προμηθευτεί ηλεκτρική ενέργεια από μια προτεινόμενη εγκατάσταση 50MW, η οποία, σύμφωνα με τις εταιρείες, θα τεθεί σε λειτουργία έως το 2028.

Σύμφωνα με τον ορισμό του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας (IEA) , σύντηξη είναι η ένωση δύο ελαφρών πυρήνων ατόμων σε ένα βαρύτερο, η οποία αποδεσμεύει τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Η διαδικασία αυτή, η οποία συμβαίνει διαρκώς στον πυρήνα του ήλιου και στιγμιαία κατά την ανεξέλεγκτη έκρηξη μιας θερμοπυρηνικής βόμβας, απαιτεί θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου για να ξεκινήσει. 

Τόσο η δημιουργία των θερμοκρασιών αυτών, όσο και η συγκράτηση του υπέρθερμου αερίου πλάσματος, απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας αφού η αντίδραση αιωρείται μέσα σε ισχυρότατο μαγνητικό πεδίο (αντιδραστήρας σύντηξης τύπου Tokamak). Έτσι, μέχρι τώρα τα πειράματα που γίνονται καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια από όση παράγουν. Επιπρόσθετα δεν μπορούν να διατηρήσουν τη σύντηξη για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Η πυρηνική σύντηξη διαφέρει από την πυρηνική σχάση , την τρέχουσα διαδικασία παραγωγής πυρηνικής ενέργειας που χρησιμοποιείται παγκοσμίως, η οποία συμβαίνει όταν ένα νετρόνιο συγκρούεται με ένα μεγαλύτερο άτομο, αναγκάζοντάς το να διεγείρει και να διασπαστεί σε δύο μικρότερα άτομα, γνωστά και ως προϊόντα σχάσης. 

Απελευθερώνονται επίσης επιπλέον νετρόνια που μπορούν να ξεκινήσουν μια αλυσιδωτή αντίδραση. Όταν κάθε άτομο διασπάται, απελευθερώνεται μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Το ουράνιο και το πλουτώνιο είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα καύσιμα για αντιδράσεις σχάσης. 

Σημαντικές επενδύσεις

Από την αρχή του 2025, οι εμπορικές εταιρείες σύντηξης έχουν συγκεντρώσει πάνω από 9 δισεκατομμύρια δολάρια σε επενδύσεις και πολλές κυβερνήσεις θεωρούν πλέον τη σύντηξη ως τον σύγχρονο «διαστημικό αγώνα». Επί του παρόντος, υπάρχουν περίπου 50 ιδιωτικές εταιρείες παγκοσμίως που επιδιώκουν εμπορική σύντηξη και πολλές ελπίζουν ότι το προηγούμενο χρονοδιάγραμμα των περίπου 30 ετών για μια εμπορική ανάπτυξη μπορεί να έχει υπερεκτιμηθεί. 

Τον Μάιο, ένα έργο πυρηνικής σύντηξης που είχε καθυστερήσει εδώ και καιρό, το οποίο υποστηρίχθηκε από περισσότερες από 30 χώρες, ανακοίνωσε τελικά ότι ήταν έτοιμο να συναρμολογήσει τον ισχυρότερο μαγνήτη στον κόσμο. Το έργο Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειραματικού Αντιδραστήρα (ITER) , με έδρα τη νότια Γαλλία και υποστηριζόμενο από τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Κίνα, την Ιαπωνία, τη Ρωσία και την Ευρωπαϊκή Ένωση, στοχεύει στη δημιουργία ενός «αόρατου κλουβιού» που θα περιέχει υπερθερμά σωματίδια πλάσματος που συνδυάζονται για να απελευθερώσουν ενέργεια. Μετά από χρόνια καθυστερήσεων, η φάση έναρξης του έργου έχει πλέον προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2033, όταν αναμένεται να ξεκινήσει η παραγωγή πλάσματος.

Αγώνας δρόμου

Εκτός από το κοινό έργο, ορισμένες χώρες αγωνίζονται να είναι οι πρώτες που θα επιτύχουν εμπορική πυρηνική σύντηξη. Τον Φεβρουάριο, εμφανίστηκαν δορυφορικές εικόνες που αποκάλυψαν μια γιγαντιαία εγκατάσταση στην Κίνα. Οι εικόνες έδειχναν μια τεράστια ερευνητική εγκατάσταση πυρηνικής σύντηξης, κάτι που πολλοί έχουν ερμηνεύσει ως ένδειξη ότι η Κίνα προηγείται στην ανάπτυξη της πυρηνικής σύντηξης. 

Η κινεζική κυβέρνηση δαπανά περίπου 1 έως 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως σε έρευνα και ανάπτυξη σύντηξης, σύμφωνα με τον επικεφαλής του Γραφείου Επιστημών Ενέργειας Σύντηξης του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, Ζαν Πολ Αλέν. Εν τω μεταξύ, ο πρώην πρόεδρος Μπάιντεν δαπανούσε περίπου 800 εκατομμύρια δολάρια ετησίως, αν και οι ΗΠΑ σημειώνουν επίσης σημαντική πρόοδο στην πυρηνική σύντηξη. 

To... donut

Στις ΗΠΑ, οι μηχανικοί της Commonwealth Fusion Systems (CFS) αναπτύσσουν ένα έργο σύντηξης που αποτελείται από μια μηχανή σε σχήμα ντόνατ, γνωστή ως tokamak, η οποία ονομάζεται SPARC, και η οποία ελπίζουν ότι θα επιτύχει μια πυρηνική αντίδραση σύντηξης. Η CFS είναι μια εταιρεία που αποσχίστηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το 2018. Η εταιρεία έχει συγκεντρώσει πάνω από 2 δισεκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση, αν και δεν είναι βέβαιο πόσο χρόνο θα χρειαστεί και αν θα είναι σε θέση να επιτύχει καθαρό πλεόνασμα ενέργειας μόλις τεθεί σε λειτουργία. Ωστόσο, ο στόχος της εταιρείας είναι να κατασκευάσει τον πρώτο παγκοσμίως σταθμό παραγωγής ενέργειας με καύσιμο σύντηξης στη Βιρτζίνια έως τις αρχές της δεκαετίας του 2030. 

Αν και έχει γίνει αρκετή πρόοδος όσον αφορά την φυσική και μαθηματική κατανόηση της διαδικασίας της σύντηξης πολλοί αναρωτιούνται εάν θα γίνει κατορθωτή η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Το ερώτημα είναι εάν η κατασκευή ενός πυρηνικού αντιδραστήρα σύντηξης θα είναι αρκετά ανταγωνιστική σε σχέση με τις υπάρχουσες τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής.

O «τεχνητός ήλιος» 

Πρόσφατα η Κίνα ενεργοποίησε επιτυχώς για πρώτη φορά τον «Τεχνητό Ήλιο», μία πειραματική εγκατάσταση πυρηνικής σύντηξης. Ο αντιδραστήρας σύντηξης τύπου Tokamak που κατασκευάστηκε είναι σήμερα ο πιο ανεπτυγμένος και ο μεγαλύτερος αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης στο κόσμο και η επιστημονική κοινότητα ελπίζει πως θα ξεκλειδώσει τα μυστικά για μία πανίσχυρη και καθαρή πηγή ενέργειας. Χρησιμοποιεί ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο για να περιορίσει το καυτό πλάσμα το οποίο φτάνει τους 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Σχεδιάστηκε για να αναπαράγει τις φυσικές αντιδράσεις του Ήλιου, χρησιμοποιώντας υδρογόνο και δευτέριο σε μορφή αερίου, ως καύσιμα.