Kina närmar sig att bemästra oändliga rena energikällor

Den livliga staden Shanghai firar nationella firanden med världsberömda ljusshower som lyser upp skyskrapor i strålande färger.

Det är där forskare och ingenjörer arbetar dygnet runt för att sträva efter nästa stora grej inom global teknologi, från 6G-internet och avancerad AI till nästa generations robotteknik. Det är också här som en liten startup som heter Energy Singularity arbetar med något extraordinärt: fusionsenergi.

Fusionsenergi är energi som produceras i kärnfusionsreaktioner. Det är motsatsen till den fissionsreaktion som används i dagens kärnkraftreaktorer eller atomvapen.

Kärnfusion, processen som driver solen och andra stjärnor, är svår att replikera på jorden. Flera länder har uppnått kärnfusion, men det är fortfarande svårt att upprätthålla den tillräckligt länge för att kunna användas i verkligheten.

Shanghai på natten. Foto: New York Times

En kontrollerad kärnfusionsreaktion frigör ungefär 4 miljoner gånger mer energi än förbränning av kol, olja eller gas, och 4 gånger mer än fission, den typ av kärnkraft som används idag. Den kommer inte att utvecklas i tid för att bekämpa klimatförändringarna under detta årtionde, men den skulle kunna vara lösningen på framtida uppvärmning.

Den kinesiska regeringen satsar pengar på projektet och uppskattar att man kommer att investera mellan 1 och 1,5 miljarder dollar per år i fusion, enligt Jean Paul Allain, chef för det amerikanska energidepartementets kontor för fusionsenergivetenskap. Som jämförelse spenderar den amerikanska regeringen cirka 800 miljoner dollar per år.

Privata företag i båda länderna är optimistiska om att de kan få ut fusionskraft i elnätet i mitten av 2030-talet, trots de enorma tekniska utmaningar som kvarstår.

"Konstgjord sol" tokamak

Kärnfusion är en otroligt komplex process som innebär att två atomkärnor som normalt stöter bort varandra pressas samman. Ett sätt att göra detta är att höja temperaturen i en tokamak till 150 miljoner grader Celsius, 10 gånger temperaturen i solens kärna.

När de smälter samman frigör kärnorna en stor mängd energi som värme, som sedan kan användas för att driva turbiner och generera elektricitet.

Shanghai-baserade startupföretaget Energy Singularity har byggt sin egen tokamak på tre år, snabbare än någon reaktor som någonsin byggts. En tokamak är en otroligt komplex cylindrisk eller toroidformad maskin som värmer väte till extremt höga temperaturer och skapar ett plasma i vilket kärnfusion äger rum.

Plasma är instängt i Energy Singularitys tokamak under ett experiment. Foto: Energy Singularity

Energy Singularity har fått mer än 112 miljoner dollar i privata investeringar och har också uppnått en världspremiär: företagets nuvarande tokamak är den enda tokamaken som använder avancerade magneter i plasmaexperiment.

Magneterna, som kallas högtemperatursupraledande, är starkare än kopparmagneterna som används i äldre tokamaker, vilket gör att mindre tokamaker kan generera lika mycket fusionsenergi som stora, och de kan bättre innesluta plasma.

Företaget sa att de planerar att bygga en andra generationens tokamak för att visa att deras metod är kommersiellt gångbar senast 2027 och förväntar sig att ha en tredje generationens enhet som kan leverera ström till elnätet senast 2035.

Med de pengar som Kina satsar på forskning går tokamakkonceptet framåt i snabb takt. Kinas östra tokamak i Hefei har hållit plasman stabil på 70 miljoner grader Celsius, fem gånger varmare än solens kärna, i mer än 17 minuter, ett världsrekord och ett otroligt genombrott.

Laserteknik

Medan Kina tävlar framåt med tokamakreaktorer, finner USA en fördel i en annan teknik: lasrar.

I slutet av 2022 avfyrade forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory i Kalifornien nästan 200 lasrar in i en cylinder som innehöll en bränslekapsel stor som ett pepparkorn, världens första framgångsrika experiment för att producera nettofusionsenergi. Energin som frigjordes från processen var större än den energi som användes för att värma kapseln.

En del av lasersystemet vid Lawrence Livermore National Laboratory, där forskare framgångsrikt har "antänt" en fusionsreaktion. Foto: Damien Jemison

Det finns fortfarande många andra sätt att uppnå kärnfusion, och USA satsar på en mängd olika tekniker.

”Det kan finnas mer än ett sätt, och vi vet inte exakt vilket som är det bästa sättet” att närma sig fusionsenergi, sa den brittiska plasmafysikern Melanie Windridge. Hon sa att det skulle bero på kostnader och andra faktorer på lång sikt, men insisterade på att tokamak var det bäst studerade konceptet.

Medan den kinesiska regeringen har satsat pengar på fusion har USA lockat till sig fler privata investeringar. Globalt har den privata sektorn spenderat 7 miljarder dollar på fusion under de senaste tre till fyra åren, varav cirka 80 procent kommer från amerikanska företag, enligt Allain.

Men om den kinesiska regeringen fortsätter att investera mer än 1 miljard dollar per år, kan den siffran snart överstiga de amerikanska utgifterna, även inom den privata sektorn.

Och om de investeringarna lönar sig kommer de färgglada firandet i Shanghai att ge Kina ett helt nytt utseende.

Hoai Phuong (enligt CNN)

Källa: https://www.congluan.vn/trung-quoc-tien-gan-den-viec-lam-chu-nguon-nang-luong-sach-vo-tan-post313167.html