Наш старый сайт

Солнце в кармане*

Солнце в кармане*

№06 (1250) от 08.02.202214.02.2022

Быстрое развитие термоядерных проектов создает соблазнительные, но рискованные перспективы для вложения денег

*За заголовок спасибо авторам одноименного советского фильма 1984 г.

Первая энергоэффективная (то есть выдающая больше энергии, чем потребляющая) термоядерная установка может быть запущена уже в 2024 году. Это по оптимистичным прогнозам. По пессимистичным – ближе к 2035-му. Если это в действительности  произойдет, то многие наши нынешние проблемы в энергетической сфере будут решены. К тому же термоядерный синтез – это самый экологичный способ получения ядерной энергии. Проблема же – в  его технической реализации.

Автору этих строк сейчас 47 лет. И когда я 41 год назад только научился читать, то достаточно скоро прочел и текст о том, что человечество вот-вот покорит  энергию термоядерного синтеза, получив тем самым доступ к практически неисчерпаемым запасам энергии. В то время каждый хоть немного чем-то интересующийся советский ребенок знал аббревиатуру "ТОКАМАК" и мог в общих чертах описать, как ядра дейтерия и трития сливаются с образованием ядра гелия и высокоэнергетического нейтрона. Да, научно-популярной литературы на данную тему тогда было с избытком.

Однако прошло четыре десятка лет, но принципиальных подвижек не наблюдается. Проблема в том, что ни один из более чем трех десятков проектов в этой области пока не достиг необходимого результата. Проще говоря, существующие термоядерные реакторы потребляют больше энергии, чем выделяют.

Но  оптимисты говорят, что знания, накопленные в этой области, вот-вот перейдут в новое качество. И уже в следующем десятилетии мы получим много дешевой энергии, которую можно будет использовать не только на Земле, но и в космосе или на других планетах. В частности, в качестве источника этой дешевой (а главное – безопасной) энергии можно будет использовать изотоп гелий-3, которым богата лунная поверхность и атмосфера планет-гигантов.

Гонка термоядерных технологий

В настоящее время  термоядерных реакторов в мире работает тоже немало – несколько десятков в разных странах и исследовательских центрах. Но все они по-прежнему потребляют больше энергии, чем выделяют, и сейчас основная задача именно в том, чтобы сделать такие установки эффективными. К примеру, строящийся во Франции новый реактор серии ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), согласно расчетам ученых, сможет генерировать около 500 МВт мощности при затрачиваемых 50 МВт.

Данный прогноз – часть первого в истории отчета о состоянии термоядерной энергетики в мире. Он был опубликован Ассоциацией термоядерной промышленности (Fusion Industry Association, FIA) и Управлением по атомной энергии Великобритании (UK Atomic Energy Authority; UKAEA).

В отчете говорится, что во всем мире существует не менее 35 частных компаний, занимающихся термоядерным синтезом, большинство из которых сосредоточены в США и Европе. 12 компаний заявили, что они находятся на ранней стадии разработки или работают "в скрытом режиме" (то есть соблюдают  коммерческую тайну разработок), и поэтому не участвовали в подготовке отчета. Что касается остальных 23 компаний, 12 из них отметили, что они начали свою деятельность только в последние пять лет. 18 компаний из списка раскрыли данные о своем финансировании, и суммарно речь идет примерно о $1.8 млрд.

Согласно отчету, магнитное удержание, при котором магнитные поля используются для удержания высокотемпературной плазмы, является наиболее популярной технологией при постройке термоядерных реакторов. Хотя выработка электроэнергии является основной целью для частных компаний, занимающихся термоядерным синтезом, почти половина компаний считает, что эта технология также может найти применение для космических двигателей, судовых двигателей и прочих промышленных задач.

Самый знаменитый проект получения термоядерной энергии – это уже упоминавшийся международный проект ITER. Это огромная установка, стоимость которой оценивается в 22 млрд евро. Чтобы запустить процесс на ITER, плазму надо разогреть в токамаке – огромной полой баранке, где высокотемпературную плазму удерживают на весу в вакууме мощные сверхпроводящие магниты. Недавно консорциум ITER объявил о завершении 70% проекта. То есть он уже готов проводить первые операции по разогреву плазмы. По заявлению Совета ITER, следующей вехой станет "первая плазма": она будет получена в 2025 году. А к 2035 году, как обещают ученые, реактор должен выйти на полную мощность и будет производить больше энергии, чем потребляет.

Но ITER – это, так сказать, базовый мегапроект всей термоядерной энергетической науки. У него, как водится, есть молодые и агрессивные конкуренты, пытающиеся вырваться вперед за счет использования других технологий.

Дело в том, что разогреть плазму до нужной температуры можно не только в токамаке. Еще можно, например, лазерным излучением. Такая установка разрабатывается в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе, США. Научный комплекс National Ignition Facility (NIF) за несколько миллиардных долей секунды усиливает и фокусирует 192 мощных лазера на мишени размером несколько квадратных сантиметров. Температура мишени в результате превышает 100 млн   градусов, давление – 100 млрд  атмосфер. Этого достаточно, чтобы началась термоядерная реакция. Главная проблема – затраты энергии на разогрев мишени должны быть меньше (желательно гораздо меньше), чем энергия, выделяемая при термоядерном синтезе. Иначе процесс не производит энергию, а тратит.

Как сообщила не так давно Ливерморская лаборатория, на NIF поставлен новый рекорд: недавние эксперименты показали в 8 раз более высокий энергетический выход, чем во время весенних опытов 2021 года и в 25 раз выше результатов 2018 года. Выход превысил 1.3 мегаджоуля. Это серьезный шаг вперед. Хотя пока еще нельзя говорить, что NIF может устойчиво производить энергию.

А вот небольшой (по меркам термоядерных установок) стартап Helion Energy планирует запустить свой термоядерный реактор уже в 2024 году. Установка, созданная Helion Energy – реактор Trenta – использует другой принцип. Плазма разогревается в двух источниках, и ее потоки сталкиваются в камере сгорания. В ней-то и достигаются условия, при которых начинается термоядерный синтез и выделяется энергия. Helion Energy привлек в начале ноября $500 млн и рассчитывает еще на $1.7 млрд. Trenta создает те же 100 миллионов градусов, что и NIF. Но эти "градусы" в пересчете на деньги обходятся во много раз дешевле. Сейчас "перезарядка" реактора занимает 10 минут, но усовершенствованная установка должна "стрелять" каждую секунду. При такой "скорострельности" она может выдавать энергию непрерывно.

В результате вполне может так получиться, что небольшой коммерческий проект Helion Energy первым достигнет энергетической самоокупаемости термоядерной установки, опередив и государственные, и международные программы. А если Helion Energy притормозит, его может опередить другой стартап – Commonwealth Fusion Systems, созданный физиками из Массачусетского технологического института. Запустить свою установку эта компания планирует в 2025 году.

Принимают участие в гонке и россияне. Премьер-министр РФ Михаил Мишустин 18 мая 2021 года принял участие в церемонии пуска термоядерной установки токамак Т-15МД в Курчатовском институте. По словам главы российского правительства, запуск токамака даст мощный толчок развитию таких отраслей, как, например, материаловедение, медицина, промышленность. Но главное – поможет в создании чистого и надежного источника энергии.

Это первая за последние 20 лет новая термоядерная установка, построенная в России. Токамак Т-15МД входит в структуру международного термоядерного проекта ITER. Токамак Т-15МД станет одной из установок для решения ряда исследовательских задач проекта ITER.

Вопрос денег

Еще десятилетие назад бизнес на термоядерной энергетике был чем-то сродни коммерческому освоению астероидов,  то есть скорее научной фантастикой. Однако в последнее время мировая атомная индустрия явно ощутила дыхание в затылок мощного конкурента.

9 января уже нынешнего года член Еврокомиссии (ЕК) по внутреннему рынку Тьерри Бретон дал прогноз, что европейские АЭС нового поколения потребуют до 2050 года 500 млрд евро инвестиций.

"Только существующим сейчас ядерным электростанциям нужно к 2030 году инвестиций на 50 млрд евро. И еще 500 млрд понадобится к 2050 году для станций нового поколения", - заявил еврокомиссар в интервью французскому воскресному изданию Le Journal du Dimanche.

Бретон выступает в поддержку включения ядерной энергетики в "таксономию" - экономику, инвестиции в которую не вредят климату. В канун Нового года Еврокомиссия объявила, что до достижения "углеродного нейтралитета", которого она рассчитывает добиться к 2050 году, ядерная энергетика и сжигание природного газа, несмотря на загрязнение окружающей среды, могут быть включены в "зеленую таксономию". Еврокомиссар считает, что "включение ядерной энергетики в таксономию является решающим, чтобы дать возможность отрасли привлечь те капиталы, которые ей понадобятся".

Это можно рассматривать как стремление преодолеть нынешний энергокризис и подстраховать отрасль ВИЭ, а можно – как желание атомной отрасли ухватить свои инвестиции до того, как поток инвестиционных денег окажется перенаправлен в показавшую первые реальные результаты термоядерную энергетику.

Это косвенно признает и Тьерри Бретон, который говорит: "Экологический переход повлечет промышленную революцию невиданного размаха, как и конкурентную борьбу за капиталы между различными энергетическими источниками. Например, только по возобновляемым видам энергетики понадобится инвестировать 65 млрд евро в год. И к этому надо добавить 45 млрд евро ежегодных инвестиций для создания инфраструктур дополнительных сетей".

По его оценке, при 26% электричества, производимого в ЕС за счет ядерной энергетики, к 2050 году ядерная энергия будет составлять не менее 15% энергетического баланса Евросоюза. Однако появление работающих термоядерных реакторов может быстро поменять эту картину.

«ЭнергоБизнес» писал о возможном участии некоторых представителей украинской науки в реализации термоядерного проекта (см. №3 от 18.01.22 г.). Но, у мирового термоядерного тренда, есть и другой аспект - денежный или иначе говоря инвестиционный. Но давайте еще раз посмотрим на проект Helion Energy, на другие похожие проекты,  и на суммы денег, которые там упоминаются - 1-2 млрд долларов. Вполне вероятно, что для Украины сейчас купить билет в мирный "термоядерный клуб" окажется куда дешевле, чем вкладывать многие миллиарды долларов в долгосрочное развитие своей атомной энергетики. Скажем, глава «Энергоатома» Петр Котин в интервью «ЭнергоБизнесу» оценил стоимость постройки одного блока приблизительно в 5 млрд долларов (см. №51 от 12.12.2021г.). Вопрос в том, готова ли наша страна пойти на такой риск, чтобы не остаться на обочине, когда развитые страны получат доступ к дешевой и чистой термоядерной энергии. Впрочем, и вне , и внутри Украины столько соблазнительных проектов, что сконцентрироваться и сделать выбор бывает очень сложно.