Китай наближається до освоєння нескінченних джерел чистої енергії

Жваве місто Шанхай відзначає національні свята всесвітньо відомими світловими шоу, освітлюючи хмарочоси яскравими кольорами.

Саме тут вчені та інженери цілодобово працюють над наступним великим проривом у світових технологіях, від інтернету 6G та передового штучного інтелекту до робототехніки наступного покоління. Також саме тут невеликий стартап під назвою Energy Singularity працює над чимось надзвичайним: енергією термоядерного синтезу.

Енергія термоядерного синтезу — це енергія, що виробляється в результаті реакцій ядерного синтезу. Вона є протилежністю реакції поділу, що використовується в сучасних ядерних реакторах або атомній зброї.

Ядерний синтез, процес, який живить Сонце та інші зірки, важко відтворити на Землі. Кілька країн досягли ядерного синтезу, але підтримувати його достатньо довго для реального використання залишається невловимою проблемою.

Шанхай вночі. Фото: New York Times

Контрольована реакція ядерного синтезу вивільняє приблизно в 4 мільйони разів більше енергії, ніж спалювання вугілля, нафти чи газу, і в 4 рази більше, ніж поділ ядерного палива – типу ядерної енергетики, який використовується сьогодні. Вона не буде розроблена вчасно для боротьби зі зміною клімату в цьому десятилітті, але може стати рішенням проблеми майбутнього потепління.

За словами Жана-Поля Аллена, керівника Управління з питань термоядерної енергетики Міністерства енергетики США, китайський уряд вкладає кошти в цей проєкт, оцінюючи витрати від 1 до 1,5 мільярда доларів на рік у термоядерний синтез. Для порівняння, уряд США витрачає близько 800 мільйонів доларів на рік.

Приватні компанії в обох країнах оптимістично налаштовані щодо можливості виведення термоядерної енергії на енергетичну мережу до середини 2030-х років, незважаючи на величезні технічні проблеми, що залишаються.

Токамак «штучне сонце»

Ядерний синтез – це неймовірно складний процес, який включає стискання двох ядер, що зазвичай відштовхуються одне від одного. Один зі способів зробити це – підвищити температуру в токамаку до 150 мільйонів градусів Цельсія, що в 10 разів перевищує температуру ядра Сонця.

Коли вони зливаються, ядра вивільняють велику кількість енергії у вигляді тепла, яке потім можна використовувати для обертання турбін та вироблення електроенергії.

Шанхайський стартап Energy Singularity побудував власний токамак за три роки, швидше, ніж будь-який реактор, коли-небудь побудований. Токамак — це неймовірно складна циліндрична або тороїдальна машина, яка нагріває водень до надзвичайно високих температур, створюючи плазму, в якій відбувається ядерний синтез.

Плазма утримується в токамаку Energy Singularity під час експерименту. Фото: Energy Singularity

Energy Singularity отримала понад 112 мільйонів доларів приватних інвестицій, а також досягла першого у світі досягнення: нинішній токамак компанії є єдиним токамаком, який використовує вдосконалені магніти в плазмових експериментах.

Ці магніти, які називаються високотемпературними надпровідними, сильніші за мідні магніти, що використовуються в старих токамаках, що дозволяє меншим токамакам генерувати стільки ж енергії синтезу, скільки й великим, і вони можуть краще утримувати плазму.

Компанія заявила, що планує побудувати токамак другого покоління, щоб продемонструвати комерційну життєздатність свого методу, до 2027 року, і очікує, що до 2035 року матиме пристрій третього покоління, який зможе постачати електроенергію в мережу.

Завдяки коштам, які Китай вкладає в дослідження, концепція токамаків швидко розвивається. Китайський токамак EAST у Хефеї протягом понад 17 хвилин стабільно підтримував плазму на рівні 70 мільйонів градусів Цельсія, що в п'ять разів гарячіше за ядро ​​Сонця, що є світовим рекордом і неймовірним проривом.

Лазерна технологія

Поки Китай стрімко розвиває токамаки, США знаходять перевагу в іншій технології: лазерах.

Наприкінці 2022 року вчені з Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса в Каліфорнії випустили майже 200 лазерів у циліндр, що містив паливну капсулу розміром з горошинку перцю, що стало першим у світі успішним експериментом з отримання чистої енергії термоядерного синтезу. Енергія, що вивільнилася в результаті процесу, була більшою за енергію, використану для нагрівання капсули.

Частина лазерної системи в Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса, де вченим вдалося успішно «запустити» реакцію синтезу. Фото: Демієн Джемісон

Існує ще багато інших способів досягнення ядерного синтезу, і США роблять ставку на різноманітні технології.

«Можливо, існує більше одного способу, і ми точно не знаємо, який саме найкращий» підхід до термоядерної енергії, сказала британська фізик плазми Мелані Віндрідж. Вона сказала, що в довгостроковій перспективі це залежатиме від витрат та інших факторів, але наполягала, що токамак є найкраще вивченою концепцією.

Хоча китайський уряд вкладав гроші в термоядерний синтез, Сполучені Штати залучили більше приватних інвестицій. За словами Аллена, у світі приватний сектор витратив 7 мільярдів доларів на термоядерний синтез за останні три-чотири роки, причому близько 80 відсотків надійшло від американських компаній.

Але якщо китайський уряд продовжуватиме інвестувати понад 1 мільярд доларів на рік, ця цифра незабаром може перевищити витрати США, навіть у приватному секторі.

І якщо ці інвестиції окупляться, барвисті святкування в Шанхаї нададуть Китаю зовсім нового вигляду.

Хоай Фуонг (за матеріалами CNN)

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