Net Zero потребує Fusion. Про що інвестори повинні запитувати лідерів?

Неможливо переоцінити актуальність термоядерної енергії. 27 жовтня ООН попередили що «немає жодного надійного шляху до 1.5°C», а поточна політика вказує на катастрофічне потепління на 2.8°C до 2100 року. Термоядерний синтез може бути єдиним джерелом енергії з нульовим викидом вуглецю, яке може забезпечити необмежену базову потужність і достатню кількість сировини для весь чистий водень, необхідний для декарбонізації галузей промисловості, які важко зменшити. Можливо, це єдиний життєздатний шлях до нульових викидів до 2050 року.

Однак є одна проблема з синтезом. Жодна лабораторія чи компанія не генерувала більше енергії, ніж вони вклали в реакцію термоядерного синтезу, не кажучи вже про розробку системи, яка могла б працювати в комерційних умовах. Зрозуміло, що інвестори цікавляться, де насправді стоїть термоядерний синтез і які проекти могли б реалізувати цю багатотрильйонну можливість відтворити силу Сонця на Землі.

Як давній інвестор у термоядерний синтез, я хочу обговорити, чому термоядерний синтез важливий, прогрес, якого досягла ця галузь, і питання, які досвідчені інвестори повинні ставити компаніям, які займаються термоядерним синтезом.

Чому Fusion важливий

Наразі жодна енергетична технологія, окрім термоядерного синтезу, не має потенціалу для заміни викопного палива. Здається, ніщо інше не здатне задовольнити зростаючий світовий попит на енергію та кондиціонування повітря, опріснювальні установки, електромобілі, виробництво екологічно чистого водню тощо в такому масштабі, який нам потрібен для енергетичного переходу та життя на більш гарячій і сухій планеті.

Нам, звичайно, потрібно масштабувати вітрову та сонячну енергію, але їхні вимоги до землі, погоди та зберігання енергії означають, що вони не можуть забезпечити повний перехід енергії. Установки ядерного поділу також важливі для Net Zero, але ризики ядерних відходів, аварій і створення зброї обмежують їх використання.

Що стосується водню, засновник Bloomberg NEF Майкл Лібрайх нещодавно проілюстрований що проста заміна брудного водню, який ми використовуємо у виробництві добрив, хімікатів і переробці нафти, на зелений водень наразі вимагатиме 143% встановлених у світі сонячних і вітрових потужностей. Страшна заява. Це не залишить зелений водень доступним ні для чого іншого: ні для виробництва сталі та алюмінію, ні для балансування енергетичних мереж або CO₂ захоплення та зберігання, не для морських і залізничних перевезень. Без термоядерного синтезу просто не вистачить зеленої водневої сировини.

Інсайдери в галузі вважають, що до 2050 року термоядерні установки зможуть забезпечувати від 18% до 44% світової енергії. Таким чином, Fusion представляє одну з найбільш колосальних інвестиційних можливостей нашого часу. Після того, як він буде комерційно введений в експлуатацію, термоядерний синтез замінить більшу частину промисловості викопного палива.

Лідери Fusion

Асоціація Fusion Industry звіти що приватні термоядерні компанії залучили понад 4.8 мільярдів доларів США фінансування на сьогоднішній день і більше ніж подвоїли загальне фінансування галузі минулого року. Кілька лідерів досягли такого технічного прогресу, що можна припустити, що вони виведуть на ринок комерційний синтез у 2030-х роках. До списку входять General Fusion (в якій я є інвестором), Commonwealth Fusion Systems, Helion, TAE Technologies, Zap Energy, General Atomics і First Light.

Кожна з цих термоядерних компаній має намір відкрити демонстраційний завод до другої половини цього десятиліття. Це доведе, чи може їхня технологія працювати в масштабах і виробляти чисту електроенергію.

Уайлдкартом є Китай, який працює над власною технологією термоядерного синтезу. Зі зрозумілих причин західні уряди не хотіли б покладатися на Китай у цій важливій технології. Існує також ITER, міжнародний державний проект термоядерного синтезу на півдні Франції сподівається, забезпечити енергію термоядерного синтезу до 2045 року.

Запитання для інвесторів, які можна поставити компаніям Fusion

Завдання полягає в тому, щоб не тільки виробляти чисту електроенергію, але й робити це комерційно рентабельним способом. Потрібен величезний тиск і тепло, щоб злити атоми водню разом і утворити важче ядро, вивільняючи енергію. На сонці сила тяжіння створює достатньо сили, щоб уможливити реакцію. На Землі машини термоядерного синтезу повинні досягати температури вище 100° мільйонів C, щоб відтворити ці умови. Це важко підтримувати і важко для обладнання.

Лідери або розв’язали, або працюють над перешкодами, що залишилися на шляху до термоядерного синтезу на Землі. Зацікавлені інвестори, які цікавляться, який проект термоядерного синтезу підтримати, повинні поставити такі запитання:

1. Наскільки довговічна машина? Нейтрони, що утворюються в реакції термоядерного синтезу, вдаряються об металеву стінку реактора, викликаючи утворення пухирів, хімічна ерозія та забруднення, що призведе до виходу машини з ладу. Це називається «проблемою першої стіни». Одним із рішень є використання рідкої металевої стінки, яка оточує реакцію термоядерного синтезу та захищає машину. Інший підхід полягає у введенні палива, яке виробляє менше нейтронів. До них належать протонно-борне паливо, яке потребує ще вищих температур для термоядерного синтезу, і дейтерій-гелій-3, який не зустрічається в природі на Землі.

2. Наскільки багато палива? Суміш двох ізотопів водню, дейтерію та тритію, підживлює більшість реакцій термоядерного синтезу. Дейтерій легко отримати з морської води. З іншого боку, тритій потрібно виробляти. Деякі скептики мають попередили що «Ядерний синтез уже зіткнувся з паливною кризою». Це не так. Лідери вирішили цю проблему, інтегрувавши виробництво тритію в реакцію термоядерного синтезу. Одним із способів є використання рідкої металевої (свинцево-літієвої) стінки, яка безпосередньо контактує з термоядерною плазмою та виробляє тритієве паливо для термоядерної машини. Літієві методи розмноження тритію поза реактором також знаходяться в стадії розробки.

3. Наскільки ефективним є перетворення енергії? У деяких машинах рідка металева стінка поглинає тепло через прямий контакт із реакцією плавлення. Рідкий метал проходить через теплообмінник, виробляючи пару, яка приводить в дію турбіну та виробляє електроенергію, як це роблять більшість традиційних електростанцій. Ще один багатообіцяючий підхід полягає у захопленні електрики безпосередньо з електромагнітних полів, що утворюються в реакції термоядерного синтезу.

4. Які додаткові системні складності можуть перешкодити своєчасному розгортанню? Деякі термоядерні компанії прагнуть використовувати перевірені технології для периферії своїх систем, тоді як інші розраховують на прорив із передовими лазерами, матеріалами та надпровідниками. Вони обговорюються в деяких захоплюючих статтях у рецензованих журналах, і це викликає занепокоєння. Вони багатообіцяючі, але недоведені. Нагадаємо, коли Tesla представила свої перші автомобілі, практично всі технології були перевірені. Інвестори Fusion повинні розрізняти теоретичні системи та ті, що використовують критичні частини, які були перевірені в реальних умовах.

5. Що стосується демонстраційного заводу та стратегії комерціалізації? Кращі претенденти досягли синтезу в лабораторії та довели свої основні технології та окремі компоненти на випробувальних стендах. Тепер їм потрібно довести, що повна система може працювати на демонстраційному заводі в масштабі — отже, капіталомісткість. Провідні підприємства з термоядерного синтезу починають поповнювати свою основну команду спеціалістів із лабораторії термоядерного синтезу та докторів наук командою інженерів, які знають, як створити силову установку. Цей перехід від лабораторії до реального застосування – не маленький подвиг. Ми навіть починаємо спостерігати, як компанії з термоядерного синтезу наймають персонал із розвитку бізнесу та продають права на перший комерційний завод.

6. Який буде розмір? Провідні компанії з термоядерного синтезу працюють на установках потужністю від 50 мегават (МВт) до 500 МВт. Розмір машини має вирішальне значення, оскільки він впливає на вартість початкових інвестицій. Менші модульні машини полегшать окремим комунальним підприємствам прийняття інвестиційних рішень для комерційного підприємства. Розмір також впливає на те, чи можна використовувати термоядерні установки для таких додатків, як морське судноплавство та інших застосувань з меншим енергоспоживанням.

7. І останнє, але не менш важливе: яка прогнозована вартість МВт-год (мегават-година)? Компанії з термоядерного синтезу безпосередньо конкурують із вугільними та газовими станціями, які постачають базову енергію по всьому світу. Таким чином, вирівняна вартість енергії (LCOE) повинна бути конкурентоспроможною з вугіллям, яке, за даними консалтингової фірми Lazard, діапазони від $65/МВт-год у найбруднішому стані до $152/МВт-год з інтегрованим уловлюванням 90% вуглецю. Термоядерні машини, які використовують дорогі потужні лазери або надпровідні магніти, виготовлені з рідкісних матеріалів, можуть мати проблеми з таким LCOE. Звичайно, вартість цих компонентів з часом знизиться. Машини термоядерного синтезу, які використовують механічне стиснення (схоже на поршні в дизельному двигуні) або кінетичні прискорювачі (в основному, газова гармата), ймовірно, матимуть економічну перевагу протягом наступних кількох десятиліть.

Час стикатися з музикою

Хоча ці виклики, що залишилися, здаються переборними, питання Багато років тому я запитував останки: хто має сміливість фінансувати демонстраційні заводи та виводити термоядерний синтез на ринок?

Інвестори, які переїжджають зараз, мають шанс отримати величезний прибуток. Деякі з вищезазначених компаній, що займаються синтезом, все ще мають скромні ціни. Звичайно, деякі інвестори можуть зіткнутися з потенційним впливом термоядерного синтезу на їхні існуючі енергетичні портфелі, особливо якщо вони включають викопне паливо, вітер і сонце.

Я кажу, що настав час нарешті зустрітися з музикою. Враховуючи загрозу зміни клімату та зростаючий попит на енергію, термоядерний синтез має вирішальне значення для досягнення чистого нуля до 2050 року. Жодна інша технологія не зможе конкурувати з викопним паливом, зробити більший прорив у CO₂ викидів або зробити більше, щоб усунути енергетичну залежність від ворожих режимів, як путінська Росія. Fusion – це те, що змінило правила гри, і воно могло б зробити енергію справді локальною, безпечною та достатньою. Це віщує перехід від централізованої, автократичної енергетичної галузі до локального, демократичного енергозабезпечення.

І до термоядерного синтезу залишилося не 20 років. Після того, як перша термоядерна установка буде комерційно експлуатована за розумною ціною, перехід може бути швидким. Пам’ятайте, що на розробку технологій, що лежать в основі автомобіля, знадобилися століття, але машинам знадобилося лише близько десяти років, щоб замінити коней у Лондоні та Нью-Йорку. Як тільки з'являється краща і дешевша інновація, вона неминуче перемагає.

Жорстка правда полягає в тому, що без поступових інновацій в енергетиці ми перевищимо 1.5 °C у цьому столітті. Будемо сподіватися, що комерціалізація термоядерного синтезу просувається швидше, ніж температура.