Inside Zap Energy, η εταιρεία που υποστηρίζεται από τον Bill Gates που θέλει να φέρει την ενέργεια σύντηξης στο δίκτυο

By | December 24, 2023

Η μηχανή Z-pinch της Zap Energy, FuZE, θα μπορούσε κάποια μέρα να προκαλέσει αντιδράσεις σύντηξης.Jenny McGrath/Business Insider

  • Η Zap Energy είναι μια startup fusion που ελπίζει να ξεκινήσει μια πιλοτική μονάδα σύντηξης τα επόμενα χρόνια.

  • Η τεχνολογία του χρησιμοποιεί μια συσκευή Z-pinch για να δημιουργήσει ένα πλάσμα που δημιουργεί μια αντίδραση σύντηξης.

  • Είναι μόνο μία από τις πολλές εταιρείες που ελπίζουν να κάνουν μια σημαντική ανακάλυψη με την ενέργεια σύντηξης.

Πίσω από τις γυάλινες πόρτες ενός λιτού κτιρίου γραφείων στο Έβερετ της Ουάσιγκτον, βρίσκεται μια μηχανή που έχει σχεδιαστεί για να αξιοποιεί την ενέργεια του ήλιου. Και ίσως μια μέρα να συμβεί αυτό.

Η Zap Energy ελπίζει να χρησιμοποιήσει τη συσκευή Z-pinch για να παράγει άφθονη ηλεκτρική ενέργεια με πυρηνική σύντηξη.

Η σύντηξη είναι αυτό που τροφοδοτεί τον Ήλιο, και εάν λειτουργεί εδώ στη Γη, θα μπορούσε να παράγει σχεδόν 4 εκατομμύρια φορές την ενέργεια των ορυκτών καυσίμων όπως ο άνθρακας ή το πετρέλαιο.

Καθώς η κλιματική κρίση επιδεινώνεται, ορισμένοι βλέπουν τη σύντηξη ως την πύλη για άφθονη ενέργεια χωρίς ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, οι επικριτές λένε ότι η τεχνολογία είναι πολύ αργά για να έχει σημαντικό αντίκτυπο στο πρόβλημα τις επόμενες δεκαετίες.

Τούτου λεχθέντος, η Zap Energy ελπίζει να θέσει σε λειτουργία ένα πιλοτικό εργοστάσιο μέσα στα επόμενα χρόνια, αν και δεν έχει καθορισμένη ημερομηνία-στόχο.

«Η Zap Energy εξακολουθεί να κάνει θεμελιώδη έρευνα και ανάπτυξη», δήλωσε στο Business Insider ο Ben Levitt, αντιπρόεδρος έρευνας και ανάπτυξης της εταιρείας κατά τη διάρκεια μιας πρόσφατης επίσκεψης στα γραφεία της εταιρείας. «Φτιάχνουμε το αεροπλάνο καθώς το πετάμε».

Ο αγώνας σύντηξης

Μια γυάλινη πόρτα με τις λέξεις Zap EnergyΜια γυάλινη πόρτα με τις λέξεις Zap Energy

Τα γραφεία της Zap Energy είναι λιτά.Jenny McGrath/Business Insider

Η εταιρεία είναι μόνο μία από τις λίγες νεοφυείς επιχειρήσεις σύντηξης στο Βορειοδυτικό Ειρηνικό.

Σε κοντινή απόσταση από το Zap, για παράδειγμα, βρίσκεται μια άλλη startup, η Helion Energy, η οποία έχει συγκεντρώσει περισσότερα από 600 εκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση. Πρόσφατα υπέγραψε συμφωνία για την προμήθεια της Microsoft με ισχύ σύντηξης έως το 2028.

Τόσο η κυβέρνηση των ΗΠΑ όσο και οι ιδιώτες χρηματοδότες επενδύουν σε μεγάλο βαθμό στο μέλλον που μπορεί να προσφέρει η συγχώνευση.

Περισσότερα από 6 δισεκατομμύρια δολάρια από ιδιώτες χρηματοδότες χυμένο στην έρευνα σύντηξης τα τελευταία χρόνια, μεταξύ άλλων από την Breakthrough Energy Ventures που υποστηρίζεται από τον Bill Gates. Η επενδυτική εταιρεία του Γκέιτς συνέβαλε στον γύρο χρηματοδότησης 160 εκατομμυρίων δολαρίων της Zap Series C το 2022.

Ανεξάρτητα για ποια startup μιλάτε, όλοι αγωνίζονται για να πετύχουν τον ίδιο στόχο: τη δημιουργία ενός αντιδραστήρα σύντηξης που μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια από την ενέργεια που απαιτείται για την τροφοδοσία του.

Φαίνεται αρκετά απλό, αλλά οι επιστήμονες έχουν καταφέρει αυτό το κατόρθωμα μόνο δύο φορές, μετά από περισσότερα από 70 χρόνια προσπάθειας.

Κάθε startup fusion έχει ένα όραμα για τον καλύτερο τρόπο παραγωγής καθαρής ενέργειας σύντηξης. Η έκδοση του Zap Energy βελτιώνεται σύμφωνα με μια προσέγγιση δεκαετιών.

Ο αντιδραστήρας Z-pinch

Ένα μεγάλο μεταλλικό μηχάνημα με μακρύ σωλήνα μπροστά και κυκλικές προεξοχές να βγαίνουν από αυτόΈνα μεγάλο μεταλλικό μηχάνημα με μακρύ σωλήνα μπροστά και κυκλικές προεξοχές να βγαίνουν από αυτό

Το τμήμα συμπίεσης της συσκευής Z-pinch είναι αυτό που σταθεροποιεί το πλάσμα ώστε να μπορεί να προκαλέσει αντιδράσεις σύντηξης.Jenny McGrath/Business Insider

Η Zap αποκαλεί τη συσκευή Z-pinch FuZE, συντομογραφία του Fusion Z-Pinch Experiment. Είναι ένας μακρύς σωλήνας και έχει απλούστερο σχεδιασμό από τις συσκευές ορισμένων ανταγωνιστών του, όπως η τεχνολογία μαγνητο-αδρανειακής σύντηξης της Helion..

“Το Z-pinch ήταν η πρώτη ιδέα που μελετήθηκε για να περιορίσει ένα πλάσμα για να προσπαθήσει να φτάσει σε συνθήκες σύντηξης”, είπε ο Levitt. “Είναι επίσης η πρώτη διαμόρφωση που μαθαίνει κάθε μεταπτυχιακός φοιτητής, επειδή είναι η πιο απλή.”

Για να λειτουργήσει, μπαίνει αέριο στο μηχάνημα. Μια τεράστια έκρηξη ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπει το αέριο σε πλάσμα. Στη συνέχεια, ένα ηλεκτρόδιο δημιουργεί μια μαγνητική δύναμη που περιέχει το πλάσμα.

Το πλάσμα είναι μια κατάσταση ύλης που βρίσκεται στα αστέρια, και μέσα σε αυτό το πλάσμα συμβαίνουν οι συνθήκες για την πυρηνική σύντηξη – όπου οι ατομικοί πυρήνες συντήκονται και απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας.

Απεικόνιση της συσκευής Z-pinch της Zap Energy και πώς παράγει πλάσμα.Απεικόνιση της συσκευής Z-pinch της Zap Energy και πώς παράγει πλάσμα.

Αυτή η απεικόνιση από το πείραμα Z-pinch της Zap Energy δείχνει πώς το πλάσμα διοχετεύεται σε μια δέσμη που στη συνέχεια περιέχεται με μαγνήτες.Zap Energy

Για να επιτευχθεί αυτό το κατόρθωμα, το πλάσμα πρέπει να παραμείνει ζεστό και πυκνό αρκετό καιρό ώστε αυτοί οι πυρήνες να συντηχθούν. Το βασικό ζήτημα είναι αυτό αστάθειες σχηματίζονται γρήγορα στο πλάσμα, γεγονός που μπορεί να βλάψει τις συνθήκες σύντηξης.

Για να αποφύγουν αυτές τις αστάθειες, πολλοί ερευνητές εγκατέλειψαν τις συσκευές Z-pinch τον 20ο αιώνα και επέλεξαν άλλους τύπους αντιδραστήρων, όπως τα tokamaks. Αλλά στη δεκαετία του 1990, ο Uri Shumlak, επικεφαλής επιστήμονας και ιδρυτής της Zap Energy, άρχισε να κοιτάζει ξανά το Z-pinch.

Έτσι, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, Shumlak, σκέφτηκε ότι η ροή του πλάσματος με στρώματα σε διαφορετικές ταχύτητες θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξομάλυνση των αστάθειών, επιτρέποντας στο πλάσμα να παραμείνει στις σωστές συνθήκες ώστε η σύντηξη να συμβεί αρκετό καιρό για να παράγει καθαρή ενέργεια..

“Αυτός είναι ο μηχανισμός σταθεροποίησης εδώ, που ονομάζεται σταθεροποίηση διατμητικής ροής”, είπε ο Levitt. «Αυτή είναι πραγματικά η μυστική σάλτσα της Zap Energy».

Πόσο κοντά είναι το Zap Energy στην ενέργεια σύντηξης;

Απεικόνιση του πώς θα μοιάζει ο πυρήνας σύντηξης Zap Energy.Απεικόνιση του πώς θα μοιάζει ο πυρήνας σύντηξης Zap Energy.

Απεικόνιση του πώς μπορεί να μοιάζει ο πυρήνας σύντηξης του Zap Energy, με τη συσκευή Z-pinch στο κέντρο όλων.Zap Energy

Δεκαετίες μετά τα πρώτα πειράματα, η Zap Energy πιστεύει ότι είναι μόλις λίγα χρόνια μακριά από τη χρήση της σύντηξης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά υπάρχουν ακόμα πολλά εμπόδια στον δρόμο.

Αυτή τη στιγμή, ο Levitt είπε ότι η Zap Energy μπορεί να λειτουργεί το μηχάνημά της περίπου 100 φορές την ημέρα, κάτι που επιτρέπει στους ερευνητές να ρυθμίζουν διαφορετικές ρυθμίσεις στη συσκευή Z-pinch.

Δίπλα στο μηχάνημα Z-pinch στην αποθήκη του Zap υπάρχουν μεγάλα power banks που περιβάλλονται από έναν φράχτη με σύνδεσμο αλυσίδας. Παρέχουν την ενέργεια για την παραγωγή του πλάσματος. Ένας παλμός ενέργειας μπορεί να δημιουργήσει ένα πλάσμα που διαρκεί περίπου 100 μικροδευτερόλεπτα, επειδή όσο περισσότερο «μπορεί να γίνει ασταθές», είπε ο Levitt.

Η εταιρεία δεν έχει ακόμη δημιουργήσει αντιδράσεις σύντηξης με τη συσκευή της, πολύ περισσότερο δεν έχει παράγει καθαρή ενέργεια από αυτές τις αντιδράσεις για την τροφοδοσία των σπιτιών.

«Οπότε πιστεύουμε ότι ξέρουμε πώς θα λειτουργήσει αυτό, αλλά, φυσικά, πρέπει να το αποδείξουμε πειραματικά», είπε ο Levitt.

Το κόστος της συγχώνευσης

Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η Zap Energy σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει τρίτιο, το οποίο είναι εξαιρετικό για τη σύντηξη αλλά είναι εξαιρετικά ακριβό, κοστίζοντας περίπου 30.000 δολάρια ανά γραμμάριο το 2022, σύμφωνα με το Science.

Η Zap Energy δεν έχει αρχίσει ακόμη να εργάζεται για το τρίτιο. Και ενώ δεν μπορεί να ελέγξει το κόστος του τριτίου, μπορεί να βοηθήσει να μειώσει το κόστος αλλού.

Για παράδειγμα, η μέθοδός τους να περιορίζουν και να ελέγχουν το πλάσμα αρκετό καιρό για σύντηξη είναι με ένα αυτοπαραγόμενο μαγνητικό πεδίο. Χρησιμοποιεί ένα μαγνητικά παραγόμενο μπουκάλι όπου ο αντιδραστήρας δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο.

«Στην πραγματικότητα δεν επιβάλλετε κανένα είδος ηλεκτρομαγνητικού μπουκαλιού γύρω από το πλάσμα», είπε ο Levitt. «Το κάνει μόνος του».

Αυτό σημαίνει ότι η συσκευή δεν βασίζεται σε ακριβούς υπεραγώγιμους μαγνήτες –όπως ο νέος αντιδραστήρας της Ιαπωνίας, του οποίου η κατασκευή κόστισε 600 εκατομμύρια δολάρια– για να περιέχει το πλάσμα.

Πηγαίνοντας πέρα ​​από το νεκρό σημείο

Το πρώτο ορόσημο για κάθε εκκίνηση της σύντηξης θα είναι η επίτευξη του επιστημονικού νεκρού σημείου, όπου παίρνετε τόση ενέργεια από τη σύντηξη όση χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του πλάσματος.

Μετά από αυτό, ο απώτερος στόχος είναι να προχωρήσουμε πέρα ​​από το νεκρό σημείο, δημιουργώντας 10 έως 20 φορές την ποσότητα καθαρής ενέργειας. “Πρέπει να φτάσετε σε έναν άλλο συντελεστή 10 σε κέρδος και στη συνέχεια να το κάνετε ξανά και ξανά”, είπε ο Levitt.

Αυτό θα απαιτήσει άλλες μηχανικές εργασίες που ο Zap είπε ότι εργάζεται ταυτόχρονα, όπως η δημιουργία πυκνωτών που θα δημιουργούν το Z-pinch ξανά και ξανά πολύ γρήγορα.

«Δεν έχουμε φτάσει και δεν θα φτάσουμε στο νεκρό σημείο φέτος», δήλωσε εκπρόσωπος της Zap Energy.

Μια κίτρινη μεταλλική σκάλα στέκεται μπροστά από ένα μεγάλο μεταλλικό δοχείο σε κρεμ χρώμα δίπλα σε έναν φράκτη με αλυσίδα στην αποθήκη Zap EnergyΜια κίτρινη μεταλλική σκάλα στέκεται μπροστά από ένα μεγάλο μεταλλικό δοχείο σε κρεμ χρώμα δίπλα σε έναν φράκτη με αλυσίδα στην αποθήκη Zap Energy

Τα power banks της Zap Energy θα στεγάζονται σε δοχεία όπως αυτό για να γίνουν πιο αρθρωτά.Jenny McGrath/Business Insider

Η Zap εργάζεται επί του παρόντος για τη δημιουργία του δικού της συστήματος ισχύος που θα φορτίζει, θα αποθηκεύει και θα εκφορτώνει την απαραίτητη ενέργεια.

Τελικά, αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να περιβάλλουν τη συσκευή Z-pinch σε έξι έως οκτώ κουτιά στο μέγεθος των εμπορευματοκιβωτίων αποστολής.

Η Zap Energy διερευνά επίσης τη δυνατότητα απόκτησης ενός τμήματος του μοναδικού εναπομείναντος σταθμού ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα στην πολιτεία της Ουάσιγκτον, το οποίο θα παύση των εργασιών το 2025.

Το εργοστάσιο θα προσφέρει χώρο στο Zap και συνδέσεις στο δίκτυο που θα μπορούσαν μια μέρα να το βοηθήσουν να παράγει 200 ​​μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας την ώρα – αρκετά για να τροφοδοτήσει περίπου 164.000 σπίτια εάν λειτουργεί συνεχώς. είπε ο εκπρόσωπος της εταιρείας.

Λόγω του κόστους για το άνοιγμα ενός εργοστασίου για πρώτη φορά, ο Ryan Umstattd, αντιπρόεδρος προϊόντων και συνεργασιών της εταιρείας, είπε ότι οι πρώτοι πελάτες της Zap πιθανότατα θα είναι πρώιμοι χρήστες. «Θα μπορούσε να είναι μια καλή επιλογή για πράγματα όπως τα κέντρα δεδομένων, τα οποία εμφανίζονται παντού και έχουν σημαντικές απαιτήσεις ηλεκτρικής ενέργειας», είπε.

Ρύθμιση εγκαταστάσεων σύντηξης

Επειδή δεν υπάρχουν λειτουργικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής από σύντηξη, οι προκλήσεις και οι κίνδυνοι μπορεί να μην είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί, σύμφωνα με μια μελέτη του 2020 από ερευνητές στο Imperial College του Λονδίνου.

Τούτου λεχθέντος, η Ρυθμιστική Επιτροπή Πυρηνικών Θεωρεί ότι η σύντηξη είναι ασφαλέστερη από τη σχάση επειδή δεν ενέχει τον ίδιο κίνδυνο κατάρρευσης.

Μάλιστα, νωρίτερα φέτος, το NRC ψήφισαν ρυθμίζουν την πυρηνική σύντηξη με τρόπο παρόμοιο με τους επιταχυντές σωματιδίων, παρά με τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σχάσης.

Αυτό θα μπορούσε να κάνει τη ζωή πιο εύκολη για εταιρείες σύντηξης όπως η Zap, επειδή οι κανονισμοί για τους επιταχυντές σωματιδίων είναι «πολύ απλούστεροι, λιγότερο δαπανηροί και πιο αποτελεσματικοί από τους πιο περίπλοκους κανόνες που επιβάλλονται στους αντιδραστήρες σχάσης», δήλωσε ο Jeff Merrifield, πρώην επίτροπος του NRC. CNBC.

Πιο απλό, ωστόσο, δεν σημαίνει απλό.

Ακόμη και όταν η κυβέρνηση των ΗΠΑ πιέζει για ένα εμπορικό κέντρο σύντηξης μέσα στα επόμενα 10 χρόνια, θα μπορούσε να παρεις δεκαετίες αποκτώ ένα σημαντικό μέρος του δικτύου που λειτουργεί σε σύντηξη. Και αυτό εάν επιλυθούν όλα τα τεχνολογικά και περιβαλλοντικά ζητήματα.

Διαβάστε το αρχικό άρθρο στο Business Insider

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *