På rett vei til fusjonsenergi: National Academies-studie anbefaler et pilotprogram for fusjonsenergi som er i tråd med MITs fusjonstilnærming og SPARC-prosjekt

En ny rapport om utviklingen av fusjon som energikilde, skrevet på forespørsel fra U.S.A. Energisekretær, foreslår vedtak av en nasjonal fusjonsstrategi som er nært tilpasset kursen som er kartlagt de siste årene av MITs Plasma Science and Fusion Center (PSFC) og privat finansierte Commonwealth Fusion Systems (CFS), en nylig MIT spinout.

Fusjonsteknologi har lenge holdt løftet om å produsere trygt, rikelig, karbonfri elektrisitet, mens de sliter med å overvinne de skremmende utfordringene med å skape og utnytte fusjonsreaksjoner for å produsere netto energigevinst. Men konsensusstudierapporten fra National Academies of Science, Ingeniørfag, og medisin sier at magnetisk inneslutning fusjonsteknologi (et MIT-fokus siden 1970-tallet) er nå "tilstrekkelig avansert til å foreslå en vei for å demonstrere fusjonsgenerert energi i løpet av de neste tiårene."

Den anbefaler fortsatt U.S. deltakelse i det internasjonale ITER-fusjonsanleggsprosjektet og "et nasjonalt program for ledsagende forskning og teknologi som fører til bygging av et kompakt pilotanlegg som produserer elektrisitet fra fusjon til lavest mulig kapitalkostnad."

Den tilnærmingen (som rapporten sier vil kreve opptil $200 millioner i ekstra årlig finansiering i flere tiår) utnytter mulighetene som presenteres av den nye generasjonen superledende magneter, reaktormaterialer, simulatorer, og andre relevante teknologier. Av spesiell vekt fra komiteen er fremskrittene innen superledende høytemperaturmagneter som kan få tilgang til høyere felt og mindre maskiner. Rapporten anbefaler en U.S. program for å bevise høyfelts magneter med stor boring. De blir sett på som muliggjør raskere og rimeligere sykluser av læring og utvikling enn ekstremt store eksperimenter som ITER, som ikke kommer på nett før 2025, mens de fortsatt drar nytte av kunnskapen som kommer fra disse programmene.

Denne mindre-raskere-billigere tilnærmingen er nedfelt i SPARC-reaktorkonseptet, som ble utviklet ved PSFC og danner grunnlaget for CFS sin aggressive innsats for å demonstrere energi-gevinst fusjon innen midten av 2020-tallet og produsere praktiske reaktordesign innen tidlig på 2030-tallet. Denne tilnærmingen er basert på den lignende konklusjonen at høyfelts høytemperaturmagneter representerer en teknologi som endrer spillet. EN $30 millionprogram mellom CFS og MIT for å demonstrere høyfelts superledende magneter med stor boring er i gang ved MIT og er et nøkkeltrinn til et kompakt fusjonsenergisystem. Til tross for at en håndfull andre privatfinansierte fusjonsselskaper har tilbudt noenlunde sammenlignbare tidslinjer, National Academies-rapporten ser ikke for seg at demonstrasjonsfusjonsreaktorer dukker opp før 2050 tidsramme.

Rapporten bekrefter også at det vitenskapelige grunnlaget for tokamak-tilnærmingen har blitt styrket i løpet av det foregående tiåret, gir økende tillit til at denne tilnærmingen, som er grunnlaget for ITER og SPARC, er i stand til å oppnå netto energigevinst og danner grunnlaget for et kraftverk. Basert på denne økte tilliten anbefaler utvalget å gå videre med teknologiutviklingen for et pilotkraftverk som vil sette strøm på nettet.

«Nasjonalakademiene er en veldig gjennomtenkt organisasjon, og de er vanligvis veldig konservative,” sier Bob Mumgaard, administrerende direktør i CFS. "Vi er glade for å se dem komme ut med en melding om at det er på tide å gå inn i fusjon, og at kompakt og økonomisk er veien å gå. Vi mener utviklingen bør gå raskere, men det gir validering til folk som ønsker å takle utfordringen og legger ut ting vi kan gjøre i USA. som vil føre til å sette strøm på nettet.»

Andrew Holland, direktør for den nylig dannede Fusion Industry Association og Senior Fellow for Energy and Climate ved American Security Project, bemerker at rapportens forfattere ble siktet for å lage "en konsensusvitenskapelig rapport som gjenspeiler gjeldende veier, og den nåværende veien er å bygge ITER og gå gjennom den eksperimentelle prosessen der, mens han i mellomtiden designer et pilotanlegg, DEMO."

Flytte konsensus mot en raskere vei fremover, legger Holland til, vil kreve eksperimentelle resultater fra selskaper som CFS. "Det er derfor det er bemerkelsesverdig å ha privat finansierte selskaper i USA. og rundt om i verden for å forfølge de vitenskapelige resultatene som vil bekrefte dette. Og det er absolutt viktig at denne studien er rettet mot å få det regjeringsbaserte vitenskapsmiljøet til å tenke på en strategisk plan. Det bør sees på som en del av en startpistol for fusjonssamfunnet som kommer sammen og organiserer sin egen prosess.»

Eller, som Martin Greenwald, visedirektør for PSFC og en veteran fusjonsforsker, setter det, "Det er en tendens i samfunnet vårt til å krangle om en 20-årsplan eller en 30-årsplan, men vi ønsker ikke å fjerne øynene fra det vi trenger å gjøre de neste tre til fem årene. Vi har kanskje ikke konsensus på lang skala, men vi trenger en for hva vi skal gjøre nå, og det har vært det konsekvente budskapet siden vi annonserte SPARC-prosjektet – engasjere det bredere samfunnet og ta initiativ.

"Nøkkelen for oss er at hvis fusjon skal ha en innvirkning på klimaendringene, vi trenger svar raskt, vi kan ikke vente til slutten av århundret, og det styrer timeplanen. De private pengene som kommer inn hjelper, men offentlig finansiering bør engasjere seg i og utfylle det. Hver side har en passende rolle. Nasjonale laboratorier bygger ikke kraftverk, og private selskaper driver ikke med grunnleggende forskning.»

Mens flere tilnærminger til fusjon blir fulgt i offentlige og private organisasjoner, National Academies-rapporten fokuserer utelukkende på magnetisk inneslutningsteknologi. Dette gjenspeiler rapportens rolle i Energidepartementets svar på en 2016 Kongressens forespørsel om informasjon om U.S. deltakelse i ITER, et magnetisk innesperringsprosjekt. Rapportutvalgets 19 eksperter, som utførte to års forskning, ble også tiltalt for å utforske relaterte spørsmål om "hvordan man best kan fremme fusjonsvitenskapene i USA." og "den vitenskapelige begrunnelsen og behovene for å styrke grunnlaget for å realisere fusjonsenergi gitt et potensielt valg av U.S.A.. deltakelse eller ikke i ITER-prosjektet.»

Rapportens publisering kommer i en tid med fornyet aktivitet og interesse for fusjonsenergi, med noe 20 private selskaper som fortsetter utviklingen, økte midler i det siste føderale budsjettet, og dannelsen av Fusion Industry Association for å gå inn for samfunnet som helhet. Men rapporten advarer om at "fraværet av en langsiktig forskningsstrategi for USA er spesielt tydelig sammenlignet med planene til våre internasjonale partnere."

Den situasjonen kan være under utvikling. "Vi hadde et veldig hyggelig møte med interessenter for halvannen måned siden i DC, og det var mye resonans blant private selskaper, forskningsmiljøet, departementet for energi, og kongressansatte fra begge partier,sier Greenwald. – Det virker som det er fart, selv om vi ennå ikke vet hvilken form det vil ha." Han legger til at etableringen av en bransjeforening er svært nyttig for å navigere og kommunisere i Washington.

«Vi vil gjerne se at myndighetene har en rolle i ting som løfter alle fusjonsselskaper, som laboratorier for avanserte materialer, prosessen med å hente ut varme fra reaktorer, additiv produksjon, simuleringer, og andre verktøy,” sier Mumgaard. – Det er mange muligheter for samarbeid og samarbeid; hvert selskap vil ha en annen blanding av partnerskap, selv på utveksling av personell som vi gjør med MIT.»

Kilde: news.mit.edu, av Peter Dunn