استارتاپ هلیون با دستیابی به دمای خیره کننده 150 میلیون درجه در رآکتور پولاریس، به نقطه عطفی در توسعه فناوری تولید برق همجوشی رسیده و قصد دارد تا سال 1407 اولین محموله های برق پاک را به شرکت های بزرگی همچون مایکروسافت تحویل دهد.

پیشرفت چشمگیر در تولید برق همجوشی: استارتاپ هلیون در کانون توجه

استارتاپ انرژی همجوشی «هلیون» (Helion) که در اورتِ واشینگتن مستقر است، روز جمعه اعلام کرد که به نقطه عطف مهمی در مسیر دستیابی به توان همجوشی و در نهایت تولید برق همجوشی رسیده است. پلاسماهای داخل رآکتور نمونه اولیه این شرکت به نام «پولاریس» (Polaris) به دمای 150 میلیون درجه سانتی گراد رسیده اند؛ یعنی سه چهارم راهی که این شرکت فکر می کند برای راه اندازی یک نیروگاه همجوشی تجاری لازم است.

دیوید کِرتلی، هم بنیان گذار و مدیرعامل هلیون، به تک کرانچ گفت: «ما واقعا هیجان زده ایم که توانستیم به این مرحله برسیم.»

پولاریس همچنین با سوخت دوتریوم-تریتیوم (ترکیبی از دو ایزوتوپ هیدروژن) کار می کند که به گفته کِرتلی، هلیون را به اولین شرکت همجوشی تبدیل می کند که در مسیر تولید برق همجوشی این کار را انجام داده است. او گفت: «ما توانستیم افزایش چشمگیر خروجی توان همجوشی را به همان شکلی که انتظار می رفت، یعنی به صورت گرما، مشاهده کنیم.»

این استارتاپ در رقابتی تنگاتنگ با چندین شرکت دیگر است که به دنبال تجاری سازی توان همجوشی هستند؛ منبعی که پتانسیل تبدیل شدن به منبع نامحدود انرژی پاک را دارد.

رقابت جهانی برای تولید برق همجوشی

این پتانسیل باعث شده سرمایه گذاران برای شرط بندی روی این فناوری عجله کنند. در همین راستا شاهد رشد چشمگیر سرمایه گذاری های کلان در فناوری های عمیق در سراسر جهان هستیم تا موانع فنی این حوزه برطرف شود. همین هفته، شرکت اینرشیا اینترپرایزز (Inertia Enterprises) از جذب سرمایه 450 میلیون دلاری در سری A خبر داد که شرکت هایی مثل بسمر و GV در آن حضور داشتند. در دی ماه، شرکت تایپ وان انرژی (Type One Energy) به تک کرانچ گفت که در حال جمع آوری 250 میلیون دلار سرمایه است، در حالی که تابستان گذشته، شرکت کامن ولث فیوژن سیستمز (Commonwealth Fusion Systems) 863 میلیون دلار از سرمایه گذارانی از جمله گوگل و انویدیا جذب کرد. خودِ هلیون هم سال گذشته 425 میلیون دلار از گروهی شامل سم آلتمن، میتریل، لایت اسپید و سافت بانک جذب کرده بود.

در حالی که بیشتر استارتاپ های همجوشی دیگر، اوایل دهه 1410 (دهه 2030 میلادی) را برای تزریق برق به شبکه هدف گذاری کرده اند، هلیون قراردادی با مایکروسافت دارد تا فروش برق به آن را از سال 1407 (2028 میلادی) شروع کند؛ البته این برق از یک رآکتور تجاری بزرگ تر به نام اوریون (Orion) تامین می شود که شرکت در حال حاضر مشغول ساخت آن است، نه از پولاریس.

هر استارتاپ همجوشی بر اساس طراحی رآکتور خود، نقاط عطف خاصی دارد. برای مثال، کامن ولث فیوژن سیستمز باید پلاسماهای خود را به بیش از 100 میلیون درجه سانتی گراد در داخل توکامک خود برساند؛ دستگاهی دوناتی شکل که از آهنرباهای قدرتمند برای محصور کردن پلاسما استفاده می کند.

رآکتور هلیون متفاوت است و برای اینکه طبق برنامه عمل کند، به پلاسماهایی نیاز دارد که حدودا دو برابر داغ تر باشند.

چگونگی تولید برق همجوشی در رآکتور هلیون

طراحی رآکتور این شرکت چیزی است که به آن «پیکربندی میدان معکوس» می گویند. محفظه داخلی شبیه به یک ساعت شنی است و در دو انتهای عریض آن، سوخت تزریق شده و به پلاسما تبدیل می شود. سپس آهنرباها پلاسماها را به سمت یکدیگر شتاب می دهند. وقتی آن ها برای اولین بار با هم ادغام می شوند، دمایشان حدود 10 تا 20 میلیون درجه سانتی گراد است. سپس آهنرباهای قدرتمند، گوی ادغام شده را بیشتر فشرده می کنند و دما را به 150 میلیون درجه سانتی گراد می رسانند. تمام این اتفاقات در کمتر از یک میلی ثانیه رخ می دهد.

هلیون به جای استخراج انرژی از واکنش های همجوشی به شکل گرما، از میدان مغناطیسی خودِ واکنش همجوشی برای تولید الکتریسیته استفاده می کند. این روش نوآورانه در نهایت به تولید برق همجوشی منجر می شود. هر پالس به آهنرباهای خودِ رآکتور فشار می آورد و جریان الکتریکی ایجاد می کند که قابل جمع آوری است. این شرکت امیدوار است با برداشت مستقیم الکتریسیته از واکنش های همجوشی، نسبت به رقبای خود بازدهی بیشتری داشته باشد.

کِرتلی گفت که طی سال گذشته، هلیون برخی از مدارات رآکتور را اصلاح کرده تا میزان برق بازیافتی را افزایش دهد.

اگرچه این شرکت امروزه از سوخت دوتریوم-تریتیوم استفاده می کند، اما در آینده قصد دارد از دوتریوم-هلیوم-3 استفاده کند. بیشتر شرکت های همجوشی قصد دارند از دوتریوم-تریتیوم استفاده کرده و انرژی را به صورت گرما استخراج کنند. انتخاب هلیون، یعنی دوتریوم-هلیوم-3، ذرات باردار بیشتری تولید می کند که با قدرت به میدان های مغناطیسیِ محصورکننده پلاسما فشار می آورند و این موضوع باعث می شود برای روش هلیون در تولید برق همجوشی مستقیم و کارآمدتر مناسب تر باشد.

هدف نهایی هلیون تولید پلاسماهایی است که به دمای 200 میلیون درجه سانتی گراد می رسند؛ عددی که به دلیل طراحی رآکتور و انتخاب سوخت، بسیار بالاتر از اهداف شرکت های دیگر است. کِرتلی گفت: «ما معتقدیم در دمای 200 میلیون درجه، به همان نقطه طلایی و ایده آلی می رسیم که برای راه اندازی یک نیروگاه به آن نیاز است.»

وقتی از کِرتلی پرسیده شد که آیا هلیون به نقطه سر به سر علمی (نقطه ای که در آن واکنش همجوشی انرژی بیشتری نسبت به انرژی مورد نیاز برای شروع آن تولید می کند) رسیده است یا خیر، او با احتیاط پاسخ داد: «ما به جای نقاط عطف صرفا علمی، روی بخش الکتریسیته و تولید برق همجوشی تمرکز می کنیم.»

هلیوم-3 در ماه فراوان است، اما اینجا روی زمین نه؛ بنابراین هلیون باید سوخت خودش را بسازد. برای شروع، آن ها هسته های دوتریوم را با هم ترکیب می کنند تا اولین دسته ها را تولید کنند. در عملیات عادی، در حالی که منبع اصلی قدرت، همجوشی دوتریوم-هلیوم-3 خواهد بود، برخی از واکنش ها همچنان دوتریوم روی دوتریوم خواهد بود که هلیوم-3 تولید می کند و شرکت آن را خالص سازی کرده و دوباره استفاده خواهد کرد.

کار برای اصلاح چرخه سوخت از قبل شروع شده است. کِرتلی گفت: «این یک غافلگیری خوشایند بود، چون بسیاری از آن فناوری ها ساده تر از آنچه انتظار داشتیم پیش رفته اند.» او افزود که هلیون توانسته است هلیوم-3 را «با بازدهی بسیار بالا، هم از نظر ظرفیت تولید و هم از نظر خلوص» تولید کند.

در حالی که هلیون در حال حاضر تنها استارتاپ همجوشی است که از هلیوم-3 در سوخت خود استفاده می کند، کِرتلی گفت فکر می کند بقیه شرکت ها هم در آینده این کار را انجام دهند و اشاره کرد که برای فروش سوخت به آن ها آمادگی دارد. او گفت: «بقیه افراد وقتی پیشرفت کنند و متوجه شوند که می خواهند از این روش بازیابی مستقیم الکتریسیته برای تولید برق همجوشی استفاده کنند و افزایش بازدهی ناشی از آن را ببینند، آن ها هم مایل به استفاده از سوخت هلیوم-3 خواهند بود.»

در کنار آزمایش های پولاریس، هلیون در حال ساخت اوریون است؛ یک رآکتور همجوشی 50 مگاواتی که برای انجام قرارداد مایکروسافت به آن نیاز دارد. کِرتلی گفت: «هدف نهایی ما ساخت و تحویل پولاریس نیست. این فقط پله ای در مسیر رسیدن به نیروگاه های مقیاس پذیر است.»

دستیابی به انرژی همجوشی پایدار می تواند چشم انداز انرژی جهان را برای همیشه تغییر دهد. هلیون با تمرکز بر استخراج مستقیم الکتریسیته و استفاده از سوخت های پیشرفته، تلاش می کند تا زودتر از رقبا به شبکه برق متصل شود. موفقیت این پروژه نه تنها امنیت انرژی را تضمین می کند، بلکه گامی بلند در جهت حذف کربن از صنایع سنگین و کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی خواهد بود.

Fusion startup Helion hits blistering temps as it races toward 2028 deadline