Istraživači se bave ekonomijom fuzijske energije

U posljednjem desetljeću znanstvenici su pokazali da fuzijska energija može funkcionirati kao fizički proces, no postavlja se pitanje može li funkcionirati ekonomično.

Studija, čiji su koautori profesori s MIT-a Dennis Whyte i Andrew W. Lo, predlaže okvir za razumijevanje onoga što je potrebno da bi fuzijska energija bila komercijalno isplativa na tržištu. Metoda uzima u obzir fizičke inpute potrebne za održavanje kontrolirane proizvodnje fuzijske energije, kao i troškove izgradnje elektrana koje mogu konkurirati na energetskim tržištima.

„To su sve stvari koje dolaze s pronalaženjem, raspodjelom i trošenjem novca u ovim razmjerima“, kaže Whyte, profesor nuklearne znanosti i inženjerstva na MIT-u i ključni pokretač napretka u tom području, koji je i koautor rada. „Ovo je ključno za ono što radimo. Trebali bismo pogledati ekonomiju. Ako želimo da ova tehnologija doista bude značajna u svjetskom gospodarstvu, moramo početi biti iskreni prema sebi oko ovih tema.“

Cilj rada, kaže Whyte, je stvoriti „ovaj okvir, gdje su svi ekonomski aspekti jasni, a zatim razumijemo što bi to značilo“ za bilo koju elektranu na fuzijsku energiju.

Fuzijska energija iskorištava reakciju koja pokreće zvijezde: fuziju lakih jezgri. Često se naziva "plazma fuzija", jer fuzijske reakcije stvaraju gorivo u stanju plazme, često ograničeno magnetima ili pokrenuto snažnim laserima. Whyte kaže da je cilj generirati obilnu energiju, a istovremeno ponuditi društvu atraktivne mogućnosti sigurnosti, licenciranja i lokacije.

Godine 2022. istraživači u Nacionalnom centru u Livermoreu u Kaliforniji, jednom od američkih nacionalnih laboratorija, postigli su reakciju s pozitivnim dobitkom energije. Posljednjih godina u to se područje uložilo i rizično financiranje, iako još uvijek postoje mnogi izazovi u vezi s izgradnjom održive komercijalne fuzijske energije.

Publikacija otvorenog pristupa pod nazivom „ Kriteriji za ekonomsku isplativost fuzijskih elektrana “ objavljena je online u časopisu Journal of Fusion Energy.

Okvir koji predlažu u radu ima 10 parametara za procjenu ekonomske isplativosti fuzijske elektrane. Neki od njih su znanstveni i fizički, a bave se energijom koja se troši i proizvodi u određenom postrojenju. Većina parametara spada u područje inženjerstva i ekonomije, poput troškova izgradnje postrojenja.

Ključna inspiracija za okvir je takozvani Lawsonov kriterij, izveden 1950-ih, koji opisuje kombinacije temperature, gustoće plazme i vremena ograničenja energije koje mogu proizvesti neto energiju iz plazme zbog fuzije, bez obzira na njezinu apsolutnu snagu ili volumen. Točnije, izračunava „plazma Q“, što je omjer proizvedene fuzijske snage i vanjske snage potrebne za održavanje plazme.

Parametri u okviru opisuju inženjerske značajke fuzijske elektrane kao što su gustoća snage, učinkovitost pretvaranja fuzijske energije u ekonomski proizvod i trajnost komponenti korištenih u pretvorbi energije, uz parametre troškova i tržišta koji procjenjuju troškove i povrate uloženog kapitala. Ili, kako Whyte kaže, okvir je usmjeren na ono što je potrebno za postizanje neto pozitivnog ekonomskog povrata, „ali primijenjeno na praktični dizajn elektrane“. Paralelno s plazma Q, ekonomski Q opisan u okviru mora biti veći od 1 za osnovnu održivost.

Istraživači su isprobali razne metode za generiranje i zadržavanje fuzijske energije. Whyte naglašava da je okvir rada „potpuno agnostičan prema bilo kojem konceptu fuzije koji koristite, jer je fizička stvarnost fuzije da trošite novac na izgradnju kapaciteta za proizvodnju fuzijske energije.“

Parametri ne ovise o veličini bilo kojeg reaktora koji se gradi; okvir je postavljen tako da se svi ulazi mogu prilagoditi zadanom projektu ili izlaznoj snazi.

Jedan od izvora motivacije za rad, jest naglasiti važnost što rigoroznijeg obračunavanja svih troškova u istraživanju fuzije. Dok će istraživači biti vrlo svjesni troškova osnovnih eksperimenata, procjena troškova fuzijskog reaktora donekle je drugačija stvar, ali nešto oko čega se vodeći stručnjaci u tom području moraju sve više orijentirati.

To je svakako slučaj, napominju autori, jer novi krugovi financiranja ulaze u industriju fuzijske energije. Tek prošli tjedan, Commonwealth Fusion Systems dobio je novu rundu financiranja od milijarde dolara od investitora; nada se da će otvoriti svoju  prvu radnu elektranu 2030-ih u saveznoj državi Virginiji.

Znanstvenici priznaju da će u razvoju prvog komercijalnog fuzijskog reaktora biti neizvjesnosti i izazovnih odluka. Međutim, ako bude uspješan, industrija bi mogla slijediti put učenja kroz djelovanje koji je uobičajen u energetskoj i drugim industrijama, pomažući elektranama da s vremenom postanu ekonomičnije.