Επίσκεψη στην Helion Energy όταν η περιοχή του Σιάτλ ήταν καλυμμένη με καπνό

Την Πέμπτη, 20 Οκτωβρίου, έκανα ένα ταξίδι αναφοράς στο Έβερετ της Ουάσινγκτον για να το επισκεφτώ Helion Energy, μια startup fusion που συγκέντρωσε σχεδόν 600 εκατομμύρια δολάρια από μια σειρά σχετικά γνωστών επενδυτών της Silicon Valley, συμπεριλαμβανομένων των Peter Thiel και Sam Altman. Έχει άλλα 1.7 δισεκατομμύρια δολάρια σε δεσμεύσεις εάν πετύχει συγκεκριμένους στόχους απόδοσης.

Επειδή η πυρηνική σύντηξη έχει τη δυνατότητα να παράγει απεριόριστες ποσότητες καθαρής ενέργειας χωρίς να δημιουργεί πυρηνικά απόβλητα μεγάλης διάρκειας, συχνά ονομάζεται «ιερό δισκοπότηρο» της καθαρής ενέργειας. Το ιερό δισκοπότηρο παραμένει, ωστόσο, άπιαστο, επειδή η αναδημιουργία της σύντηξης στη γη με τρόπο που παράγει περισσότερη ενέργεια που απαιτείται για την ανάφλεξη της αντίδρασης και μπορεί να διατηρηθεί για παρατεταμένη χρονική περίοδο έχει παραμείνει μέχρι στιγμής ανέφικτη. Αν μπορούσαμε μόνο να καταφέρουμε να εμπορευματοποιήσουμε τη σύντηξη εδώ στη γη και σε κλίμακα, όλα τα ενεργειακά μας δεινά θα λύνονταν, λένε οι υποστηρικτές της σύντηξης. 

Το Fusion είναι επίσης στον ορίζοντα εδώ και δεκαετίες, λίγο απρόσιτο, φαινομενικά εδραιωμένο σε μια τεχνοουτοπία που υπάρχει μόνο στα μυθιστορήματα φαντασίας επιστημονικής φαντασίας.

Αλλά η επίσκεψη στον τεράστιο χώρο εργασίας και το εργαστήριο της Helion Energy έβγαλε την ιδέα της σύντηξης από το εντελώς φανταστικό και στο δυνητικά πραγματικό για μένα. Φυσικά, το "δυνητικά πραγματικό" δεν σημαίνει ότι η σύντηξη θα είναι μια εμπορικά βιώσιμη πηγή ενέργειας που θα τροφοδοτεί το σπίτι σας και τον υπολογιστή μου το επόμενο έτος. Αλλά δεν είναι πια σαν να πετάς με διαστημόπλοιο στον Πλούτωνα.

Καθώς περπάτησα μέσα από τα τεράστια κτίρια Helion Energy στο Έβερετ, ένα πλήρως λειτουργικό και ένα ακόμη υπό κατασκευή, εντυπωσιάστηκα από το πόσο καθημερινά φαίνονταν όλα. Κατασκευαστικός εξοπλισμός, μηχανήματα, καλώδια ρεύματος, πάγκοι εργασίας και αμέτρητα εξαρτήματα που μοιάζουν με διαστημόπλοιο βρίσκονται παντού. Τα σχέδια εκτελούνται. Κατασκευάζονται και δοκιμάζονται μηχανήματα με άγρια ​​ξένη εμφάνιση.

Για τους εργαζόμενους της Helion Energy, η κατασκευή μιας συσκευής σύντηξης είναι η δουλειά τους. Το να πηγαίνεις στο γραφείο κάθε μέρα σημαίνει να βάζεις το μέρος Α στο μέρος Β και στο μέρος Γ, να ασχολείσαι με αυτά τα μέρη, να τα δοκιμάζεις και μετά να τα βάζεις με περισσότερα εξαρτήματα, να τα δοκιμάζεις, να τα χωρίζεις, ίσως όταν κάτι δεν λειτουργεί σωστά, και μετά το ξαναβάζω μαζί μέχρι να γίνει. Και μετά μεταβαίνουμε στο Μέρος Δ και στο Μέρος Ε.

Η ημερομηνία της επίσκεψής μου είναι επίσης σχετική με αυτήν την ιστορία, επειδή πρόσθεσε ένα δεύτερο επίπεδο παράξενο-γίνεται-πραγματικό στο ταξίδι αναφοράς μου. 

Στις 20 Οκτωβρίου, η περιοχή του Σιάτλ Έβερετ καλύφθηκε από επικίνδυνα επίπεδα καπνού από την πυρκαγιά. Ο δείκτης ποιότητας αέρα για το Everett ήταν 254, καθιστώντας το τη χειρότερη ποιότητα αέρα στον κόσμο εκείνη την εποχή, σύμφωνα με IQ Air.

«Πολλές πυρκαγιές που καίγονται στα βόρεια Cascades πυροδοτήθηκαν από ζεστές, ξηρές και θυελλώδεις καιρικές συνθήκες. Οι ανατολικοί άνεμοι φούντωσαν τις φωτιές και οδήγησαν τον καπνό που προέκυψε προς τα δυτικά προς το Έβερετ και την περιοχή του Σιάτλ». Κρίστι Τσέστερ Σρέντερ, μου είπε ο Διευθυντής Επιστήμης Ποιότητας αέρα στην IQAir North America.

Η υπερθέρμανση του πλανήτη συμβάλλει στην πυροδότηση αυτών των πυρκαγιών, Denise L. Mauzerall, μου είπε ένας καθηγητής περιβαλλοντικής μηχανικής και διεθνών υποθέσεων στο Πρίνστον.

«Η κλιματική αλλαγή έχει συμβάλει στις υψηλές θερμοκρασίες και τις ξηρές συνθήκες που επικράτησαν στον Βορειοδυτικό Ειρηνικό φέτος», είπε ο Mauzerall. «Αυτές οι καιρικές συνθήκες, που επιδεινώνονται από την κλιματική αλλαγή, έχουν αυξήσει την πιθανότητα και τη σοβαρότητα των πυρκαγιών που ευθύνονται για την εξαιρετικά κακή ποιότητα του αέρα».

Ήταν τόσο κακό που η Helion είχε πει σε όλους τους υπαλλήλους της να μείνουν σπίτι για πρώτη φορά. Η διοίκηση έκρινε ότι ήταν πολύ επικίνδυνο να τους ζητήσει να εγκαταλείψουν τα σπίτια τους.

Οι συνθήκες της επίσκεψής μου δημιούργησαν μια άβολη μάχη. Από τη μια πλευρά, είχα μια νέα αίσθηση ελπίδας για την πιθανότητα της ενέργειας σύντηξης. Την ίδια στιγμή, πάλευα εσωτερικά με μια βαθιά αίσθηση τρόμου για την κατάσταση του κόσμου.

Δεν ήμουν μόνος που ένιωσα το βάρος της στιγμής. «Είναι πολύ ασυνήθιστο», Chris Pihl, συνιδρυτής και επικεφαλής τεχνολογίας στο Helion, είπε για τον καπνό.

Ο Pihl εργάζεται στη σύντηξη σχεδόν δύο δεκαετίες τώρα. Το έχει δει να εξελίσσεται από τη σφαίρα των ακαδημαϊκών φυσικών σε ένα πεδίο που ακολουθείται στενά από δημοσιογράφους και συγκεντρώνει δισεκατομμύρια σε επενδύσεις. Οι άνθρωποι που εργάζονται στο fusion έχουν γίνει τα cool παιδιά, οι αουτσάιντερ ήρωες. Καθώς συλλογικά ξεπερνάμε κάθε ρεαλιστική ελπίδα να παραμείνουμε εντός του στοχευόμενου 1.5 βαθμού θέρμανσης και καθώς η παγκόσμια ζήτηση ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται, η σύντηξη είναι η οικιακή λειτουργία που μερικές φορές φαίνεται σαν η μόνη λύση.

«Είναι λιγότερο μια ακαδημαϊκή ενασχόληση, μια αλτρουιστική ενασχόληση και μετατρέπεται περισσότερο σε ένα παιχνίδι επιβίωσης σε αυτό το σημείο νομίζω, με τον τρόπο που πάνε τα πράγματα», μου είπε ο Πιλ, καθώς καθόμασταν στα άδεια γραφεία του Helion κοιτάζοντας έξω. ένας τοίχος από γκρίζο καπνό. «Άρα είναι απαραίτητο. Και χαίρομαι που τραβάει την προσοχή».

Διευθύνων Σύμβουλος και συνιδρυτής David Kirtley με περπάτησε στον τεράστιο εργαστηριακό χώρο όπου η Helion εργάζεται για την κατασκευή εξαρτημάτων για το σύστημα έβδομης γενιάς Polaris. Κάθε γενιά έχει αποδείξει κάποιο συνδυασμό της φυσικής και της μηχανικής που απαιτείται για να πραγματοποιηθεί η συγκεκριμένη προσέγγιση του Helion στη σύντηξη. Το πρωτότυπο έκτης γενιάς, Trenta, ολοκληρώθηκε το 2020 και αποδείχθηκε ικανό να φτάσει τους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, ένα βασικό ορόσημο για την απόδειξη της προσέγγισης του Helion.

Η Polaris έχει σκοπό να αποδείξει, μεταξύ άλλων, ότι μπορεί να επιτύχει καθαρή ηλεκτρική ενέργεια —δηλαδή να παράγει περισσότερα από όσα καταναλώνει— και έχει ήδη αρχίσει να σχεδιάζει το σύστημα όγδοης γενιάς της, το οποίο θα είναι το πρώτο της σύστημα εμπορικής ποιότητας. Ο στόχος είναι να αποδειχθεί ότι η Helion μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια από σύντηξη έως το 2024 και να έχει ισχύ στο δίκτυο μέχρι το τέλος της δεκαετίας, μου είπε ο Kirtley.

Μέρος της σκοπιμότητας μεταφοράς ενέργειας σύντηξης στο ηλεκτρικό δίκτυο στις Ηνωμένες Πολιτείες εξαρτάται από παράγοντες που η Helion δεν μπορεί να ελέγξει — καθιέρωση ρυθμιστικών διαδικασιών με την Πυρηνική Ρυθμιστική Επιτροπή και αδειοδότηση διαδικασιών για τη λήψη απαιτούμενων εγκρίσεων διασύνδεσης δικτύου, μια διαδικασία που έχει ακολουθήσει η Kirtley μπορεί να κυμαίνεται από μερικά χρόνια έως και δέκα χρόνια. Επειδή υπάρχουν τόσα πολλά ρυθμιστικά εμπόδια που απαιτούνται για να συνδεθεί η σύντηξη στο δίκτυο, ο Kirtley είπε ότι αναμένει ότι οι πρώτοι πελάτες που πληρώνουν είναι πιθανό να είναι ιδιώτες πελάτες, όπως οι εταιρείες τεχνολογίας που διαθέτουν κέντρα δεδομένων που απαιτούν ενέργεια, για παράδειγμα. Η συνεργασία με εταιρείες κοινής ωφέλειας θα διαρκέσει περισσότερο.

Ένα μέρος του συστήματος Polaris που φαίνεται ίσως το πιο απόκοσμο για έναν μη ειδικό σε θέματα σύντηξης (όπως εγώ) το Polaris Injector Test, που είναι ο τρόπος με τον οποίο το καύσιμο για τον αντιδραστήρα σύντηξης θα εισέλθει στη συσκευή.

Αναμφισβήτητα η πιο γνωστή μέθοδος σύντηξης περιλαμβάνει ένα tokamak, μια συσκευή σε σχήμα ντόνατ που χρησιμοποιεί εξαιρετικά ισχυρούς μαγνήτες για να συγκρατήσει το πλάσμα όπου μπορεί να συμβεί η αντίδραση σύντηξης. Ένα διεθνές συνεργατικό έργο σύντηξης, που ονομάζεται ITER («the way» στα λατινικά), κατασκευάζει ένα τεράστιο tokamak στη Νότια Γαλλία για να αποδείξει τη βιωσιμότητα της σύντηξης.

Ο Χέλιον δεν κατασκευάζει τοκαμάκ. Κατασκευάζει μια μακρόστενη συσκευή που ονομάζεται Field Reversed Configuration ή FRC, και η επόμενη έκδοση θα έχει μήκος περίπου 60 πόδια.

Το καύσιμο εγχέεται σε σύντομες μικροσκοπικές εκρήξεις και στα δύο άκρα της συσκευής και ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει σε βρόχο περιορίζει το πλάσμα. Οι μαγνήτες πυροβολούν διαδοχικά σε παλμούς, στέλνοντας τα πλάσμα και στα δύο άκρα να πυροβολούν το ένα προς το άλλο με ταχύτητα μεγαλύτερη από ένα εκατομμύριο μίλια την ώρα. Τα πλάσματα συντρίβονται μεταξύ τους στον κεντρικό θάλαμο σύντηξης όπου συγχωνεύονται για να γίνουν ένα υπερκαυτό πυκνό πλάσμα που φτάνει τους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Εδώ συμβαίνει η σύντηξη, δημιουργώντας νέα ενέργεια. Τα μαγνητικά πηνία που διευκολύνουν τη συμπίεση του πλάσματος ανακτούν επίσης την ενέργεια που παράγεται. Μέρος αυτής της ενέργειας ανακυκλώνεται και χρησιμοποιείται για την επαναφόρτιση των πυκνωτών που τροφοδοτούσαν αρχικά την αντίδραση. Η πρόσθετη επιπλέον ενέργεια είναι η ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί.  

Ο Kirtley συγκρίνει τους παλμούς της μηχανής σύντηξης με ένα έμβολο.

«Συμπιέζεις το καύσιμο σου, καίγεται πολύ ζεστό και πολύ έντονα, αλλά μόνο για λίγο. Και η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται σε αυτόν τον μικρό παλμό είναι κάτι περισσότερο από μια μεγάλη φωτιά που είναι αναμμένη όλη την ώρα», μου είπε. «Και επειδή είναι ένας παλμός, επειδή είναι μόνο ένας μικρός παλμός υψηλής έντασης, μπορείτε να κάνετε αυτούς τους κινητήρες πολύ πιο συμπαγείς, πολύ μικρότερους», κάτι που είναι σημαντικό για τη διατήρηση του κόστους σε χαμηλά επίπεδα.

Η ιδέα στην πραγματικότητα δεν είναι νέα. Θεωρητικοποιήθηκε στις δεκαετίες του 1950 και του 60, είπε ο Kirtley. Αλλά δεν ήταν δυνατό να εκτελεστεί μέχρι να αναπτυχθούν τα σύγχρονα τρανζίστορ και ημιαγωγοί. Τόσο ο Pihl όσο και ο Kirtley εξέτασαν το fusion νωρίτερα στην καριέρα τους και δεν ήταν πεπεισμένοι ότι ήταν οικονομικά βιώσιμο μέχρι να καταλήξουν σε αυτό το σχέδιο FRC. 

Μια άλλη τάφρο για να διασχίσετε: Αυτό το σχέδιο χρησιμοποιεί ένα καύσιμο που είναι πολύ σπάνιο. Το καύσιμο για την προσέγγιση του Ήλιου είναι το δευτέριο, ένα ισότοπο υδρογόνου που είναι αρκετά εύκολο να βρεθεί, και το ήλιο τρία, που είναι ένας πολύ σπάνιος τύπος ηλίου με ένα επιπλέον νετρόνιο.

«Έπρεπε να λέμε ότι έπρεπε να πάτε στο διάστημα για να πάρετε ήλιο τρία γιατί ήταν τόσο σπάνιο», είπε ο Kritley. Για να καταστεί δυνατή η κλιμάκωση της μηχανής σύντηξης τους, η Helion αναπτύσσει επίσης έναν τρόπο να κάνει το ήλιο τρία με σύντηξη.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η Helion έχει πολλά βήματα και διαδικασίες και ρυθμιστικά εμπόδια προτού μπορέσει να φέρει απεριόριστη καθαρή ενέργεια στον κόσμο, όπως στοχεύει να κάνει. Αλλά ο τρόπος που αισθάνεσαι να περπατάς σε ένα τεράστιο ανοιχτό εργαστήριο - με μερικούς από τους μεγαλύτερους ανεμιστήρες οροφής που έχω δει ποτέ - φαίνεται πιθανό με τρόπο που δεν είχα νιώσει ποτέ πριν. Περπατώντας ξανά στον καπνό εκείνη την ημέρα, ήμουν τόσο ευγνώμων που είχα αυτή τη δόση ελπίδας.

Αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι δεν περιόδευαν το εργαστήριο Helion Energy εκείνη την ημέρα. Οι περισσότεροι άνθρωποι κάθονταν κολλημένοι μέσα ή έβαζαν τον εαυτό τους σε κίνδυνο έξω, δεν μπορούσαν να δουν τον ορίζοντα, ανίκανοι να δουν ένα μέλλον όπου η κατασκευή μιας μηχανής σύντηξης είναι μια δουλειά που εκτελείται σαν μηχανικός που εργάζεται σε γκαράζ. Ρώτησα τον Kirtley για το αίσθημα μάχης που ένιωθα από την απόγνωση από τον καπνό και την ελπίδα για τα εξαρτήματα σύντηξης που συναρμολογούνταν.

«Η γνωστική ασυμφωνία μερικές φορές αυτού που βλέπουμε στον κόσμο και αυτού που καταφέρνουμε να χτίσουμε εδώ είναι αρκετά ακραία», είπε ο Kirtley.

«Πριν από είκοσι χρόνια, ήμασταν λιγότερο αισιόδοξοι για τη σύντηξη». Αλλά τώρα, τα μάτια του λάμπουν καθώς με περπατάει στο εργαστήριο. «Είμαι πολύ ενθουσιασμένος. Παίρνω πολύ - μπορείτε να πείτε - έχω πολύ ενέργεια».

Άλλοι νέοι επιστήμονες είναι επίσης ενθουσιασμένοι με τη σύντηξη. Στην αρχή της εβδομάδας, όταν επισκέφτηκα, η Kirtley ήταν στο συνέδριο του Τμήματος Φυσικής Πλάσματος της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής δίνοντας μια ομιλία.

«Στο τέλος της ομιλίας μου, έφυγα και ήταν 30 ή 40 άνθρωποι που ήρθαν μαζί μου, και στον διάδρομο, μόλις μιλήσαμε για μιάμιση ώρα για τη βιομηχανία», είπε. «Ο ενθουσιασμός ήταν τεράστιος. Και πολλά ήταν με νεότερους μηχανικούς και επιστήμονες που είτε είναι μεταπτυχιακοί φοιτητές είτε μεταδιδακτορικοί, είτε στα πρώτα 10 χρόνια της καριέρας τους, που είναι πραγματικά ενθουσιασμένοι με το τι κάνει η ιδιωτική βιομηχανία».