Почему мир надеется на термоядерный синтез

Правительства от США до Великобритании и Японии выдвигают инициативы, чтобы помочь ученым государственного и частного сектора работать в тандеме над заманчивой целью синтеза атомов для производства безопасной энергии с нулевым уровнем выбросов.

Страны используют разные подходы к поддержке зарождающегося сектора, но растет надежда, что государственно-частное сотрудничество сможет преодолеть огромные технические и финансовые барьеры на пути превращения последних научных достижений в глобальный источник чистой энергии.

«Произошла смена парадигмы», — сказал Ричард Пирсон, соучредитель японской компании Kyoto Fusioneering, созданной в 2019 году. На протяжении десятилетий исследования в области термоядерного синтеза проводились в рамках крупных программ государственного сектора, методично работающих над достижением научных целей, но за последние 20 лет в дело вмешались коммерческие компании, чтобы встряхнуть ситуацию.

Прогресс, достигнутый некоторыми из этих предприятий, заставил правительства обратить на это внимание и попытаться поддержать частное предпринимательство, — добавил Пирсон. «Вот почему в 2023 году дела обстоят совсем иначе, чем даже в 2018 году», — говорит он.

Повышенное внимание правительства последовало за двумя годами беспрецедентных частных инвестиций в термоядерные компании и двумя прорывами, сделанными американскими учеными в федеральной лаборатории за последние восемь месяцев.

По данным Ассоциации термоядерной промышленности (FIA), которая представляет мировую индустрию, общий объем частных инвестиций в термоядерный синтез превысил $6 млрд, причем большая часть финансирования поступает с 2021 года.

Энергия термоядерного синтеза, которая образуется при слиянии двух изотопов водорода с образованием гелия и нейтронов, еще далека от того, чтобы доказать, что она может генерировать коммерчески жизнеспособную энергию.

В ходе революционных экспериментов, проведенных в декабре и июле, ученые правительства США произвели лишь немного больше энергии, чем было в лазере, используемом для запуска реакций. По оценкам физиков, коммерческий термоядерный синтез потребует реакций, которые генерируют в 30−100 раз больше энергии, чем требуется.

Но достижение долгожданной цели по получению чистого прироста энергии превратило термоядерную энергию из научной фантастики в нечто имеющее реальный потенциал.

Реакции термоядерного синтеза не создают долгоживущих радиоактивных отходов, используемые изотопы водорода могут быть получены в больших количествах, а небольшая чашка топлива может обеспечить электроэнергией дом в течение сотен лет.

Большая гонка

Правительство США в мае запустило «поэтапную» программу распределения затрат, в рамках которой были выбраны восемь компаний, в том числе базирующаяся в Массачусетсе компания Commonwealth Fusion Systems, для получения в общей сложности $50 млн первоначального государственного финансирования для поддержки развития коммерческой термоядерной энергетики. Согласно текущим планам, до конца 2027 года на программу может быть выделено до $415 млн.

Великобритания, Канада, Франция, Германия, Италия, Швеция, Израиль, Австралия, Новая Зеландия, Япония и Китай входят в число стран, в которых есть хотя бы один термоядерный стартап. Но быстрее всего частная термоядерная промышленность развивается в США. По данным FIA, из 43 термоядерных компаний по всему миру у 25 есть штаб-квартиры в США, при этом 80% частных инвестиций, привлеченных этим сектором, направляются американским группам.

Компании, занимающиеся термоядерным синтезом, получили широкое распространение в США из-за относительной нехватки исследовательских возможностей в государственном секторе и среды сбора средств, которая позволяет ученым сравнительно легче привлекать частные инвестиции для достижения амбициозных целей, — сказал Эндрю Холланд, исполнительный директор FIA. Многие компании установили жесткие сроки поставки термоядерной энергии в сеть в 2030-х годах.

«Я не думаю, что в Соединенных Штатах больше идей для коммерциализации термоядерного синтеза, там просто более легкий доступ к капиталу», — добавил он.

Великобритания находится в авангарде науки о термоядерном синтезе с тех пор, как в 1984 году в Калхэме в Оксфордшире начал работу «Объединенный европейский торус», который остается самой мощной в мире термоядерной машиной.

Стареющее устройство должно быть отключено в следующем году, но три термоядерные компании, в том числе британские группы Tokamak Energy и First Light Fusion, планируют построить прототипы устройств в Калхэме, чтобы получить выгоду от сотрудничества с учеными, финансируемыми государством.

«Мы хотим использовать наше наследие и опыт в Великобритании, чтобы оказаться в центре растущей термоядерной промышленности», — сказал директор по развитию Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA) Тим Бествик.

UKAEA одновременно продвигает планы по строительству новой национальной демонстрационной установки по термоядерному синтезу к 2040 году, и поддерживает развитие более широкой термоядерной промышленности посредством первоначального финансирования частных компаний в размере 42,1 млн фунтов.

Читайте также: В агрессивный портфель «Минфина» добавлена вторая акция: сделали ставку на «зеленую» энергетику

Япония применяет другой подход, — сказал Пирсон из Kyoto Fusioneering. В апреле страна опубликовала свою первую национальную стратегию термоядерного синтеза и намерена использовать существующие производственные возможности, чтобы играть заметную роль в развитии цепочек поставок, необходимых для глобальной термоядерной промышленности.

Что происходит в ЕС

ЕС отстает от своих коллег в поддержке коммерческих инициатив. Вместо этого блок сосредоточил свои усилия на флагманском проекте «Итер», став крупнейшим спонсором многостороннего термоядерного эксперимента, который строится во Франции и стоимостью более $23 млрд.

«ЕС очень медленно продвигается в сторону частного сектора», — сказала исполнительный директор консультативной группы Fusion Energy Insights Мелани Виндридж.

По данным FIA Голландии, «спящим гигантом» термоядерной индустрии является Германия. Немецкие ученые, финансируемые государством, с 1990-х годов спокойно работали над экспериментальной термоядерной машиной, известной как стелларатор. Но до этого года правительство не оказывало открытой поддержки зарождающемуся частному сектору.

Министерство образования и исследований Германии опубликовало свою первую статью о термоядерном синтезе в мае. Во вторник оно объявило о планах предоставить дополнительно 370 млн евро для финансирования термоядерной промышленности к 2028 году, в результате чего общий объем государственного финансирования этого сектора в течение следующих нескольких лет достигнет 1 млрд евро.

Несмотря на многообещающие признаки расширения государственно-частного партнерства, по-прежнему существует огромный разрыв между имеющимся финансированием — как со стороны правительства, так и со стороны инвесторов — и тем, что потребуется для достижения термоядерной энергии в больших масштабах.

Читайте также: Почему Google может стать главным победителем революции ИИ

По словам Бествика из UKAEA, каждой термоядерной компании, вероятно, потребуется от 300 до 1 миллиарда долларов для создания прототипа машины и еще больше — для разработки демонстрационных установок.