Net Zero Needs Fusion. Hvad bør investorer spørge frontløberne?

Det haster med fusionsenergi kan ikke overvurderes. Den 27. oktober blev FN advarede at der ikke er "ingen troværdig vej til 1.5°C på plads", og de nuværende politikker peger på en katastrofal opvarmning på 2.8°C inden 2100. Fusion er muligvis den eneste kulstoffri energikilde, der kan give ubegrænset grundbelastning og tilstrækkeligt råmateriale til alt det rene brint, der er nødvendigt for at dekarbonisere industrier, der er svære at aftage. Det er måske den eneste farbare vej til Net-Zero-emissioner i 2050.

Der er dog et problem med fusion. Intet laboratorium eller firma har genereret mere energi, end de har lagt i en fusionsreaktion, endsige udviklet et system, der kunne fungere i kommercielle omgivelser. Forståeligt nok spekulerer investorer på, hvor fusion egentlig står, og hvilke projekter der kunne levere på denne multitrillion-dollar mulighed for at kopiere Solens kraft på Jorden.

Som mangeårig fusionsinvestor vil jeg diskutere, hvorfor fusion betyder noget, de fremskridt, denne industri har gjort, og de spørgsmål, kyndige investorer bør stille til fusionsselskaber.

Hvorfor Fusion betyder noget

På nuværende tidspunkt har ingen energiteknologi udover fusion potentiale til at erstatte fossile brændstoffer. Intet andet ser ud til at kunne tilfredsstille verdens voksende efterspørgsel efter energi og energi til aircondition, afsaltning, elbiler, grøn brintproduktion osv. i den skala, vi har brug for til energiomstillingen og livet på en varmere og tørrere planet.

Vi skal selvfølgelig skalere vind og sol, men deres krav til jord, vejr og energilagring betyder, at de ikke kan muliggøre en fuld energiomstilling. Nukleare fissionsanlæg er også vigtige for Net Zero, men risikoen for nukleart affald, ulykker og våbendannelse begrænser deres anvendelse.

Med hensyn til brint, Bloomberg NEF-grundlægger Michael Liebreich nyligt illustreret at blot at erstatte det snavsede brint, vi bruger i produktionen af ​​kunstgødning, kemikalier og olieraffinering, med grønt brint i øjeblikket ville kræve 143 % af verdens installerede sol- og vindkapacitet. En skræmmende udtalelse. Det ville ikke efterlade noget grønt brint til noget andet: ikke til stål- og aluminiumproduktion, ikke til balancering af elnet eller CO₂ fangst og opbevaring, ikke til sø- og jernbanetransport. Der vil simpelthen ikke være nok grønt brintråmateriale uden fusion.

Insidere fra industrien mener, at fusionsanlæg i 2050 kan levere alt fra 18 % til 44 % af verdens energi. Fusion repræsenterer derfor en af ​​vor tids mest kolossale investeringsmuligheder. Når først det er kommercielt operationelt, vil fusion erstatte det meste af fossilindustrien.

Fusion Frontrunners

Fusionsindustriforeningen rapporter at private fusionsselskaber har rejst over 4.8 milliarder USD i finansiering til dato og mere end fordoblet industriens samlede finansiering sidste år. Adskillige frontløbere har gjort så tekniske fremskridt, at det er troværdigt at antage, at de vil bringe kommerciel fusion på markedet i 2030'erne. Listen omfatter General Fusion (hvor jeg er investor), Commonwealth Fusion Systems, Helion, TAE Technologies, Zap Energy, General Atomics og First Light.

Hver af disse fusionsvirksomheder har til hensigt at åbne et demonstrationsanlæg i anden halvdel af dette årti. Disse vil bevise, om deres teknologi kan fungere i skala og producere nettoelektricitet.

Jokertegnet er Kina, som arbejder på sin egen fusionsteknologi. Af indlysende grunde vil vestlige regeringer helst ikke være afhængige af Kina for denne afgørende teknologi. Der er også ITER, det internationale, offentligt finansierede fusionsprojekt i Sydfrankrig håber at levere fusionskraft i 2045.

Spørgsmålene for investorer at stille fusionsselskaber

Udfordringen er ikke kun at producere nettoelektricitet, men at gøre det på en måde, der er kommercielt levedygtig. Det kræver enormt tryk og varme at smelte brintatomer sammen for at danne en tungere kerne, der frigiver energi. I solen leverer tyngdekraften nok kraft til at muliggøre reaktionen. På Jorden skal fusionsmaskiner ramme temperaturer på op mod 100° millioner C for at kopiere disse forhold. Det er svært at opretholde og hårdt for udstyret.

Frontløberne har enten løst eller arbejder gennem de resterende barrierer for jordbaseret fusion. Interesserede investorer, der spekulerer på, hvilket fusionsprojekt de skal støtte, bør stille følgende spørgsmål:

1. Hvor holdbar er maskinen? Neutronerne genereret i en fusionsreaktion ramte reaktorens metalvæg, forårsager blærer, kemisk erosion og urenheder, og i sidste ende gør maskinen ubrugelig. Dette kaldes det "første vægproblem." En løsning er at bruge en flydende metalvæg, som omgiver fusionsreaktionen og beskytter maskinen. En anden tilgang er at introducere brændstoffer, der producerer færre neutroner. Disse omfatter proton-bor-brændstof, som kræver endnu højere temperaturer for at producere fusion, og deuterium-helium-3, som ikke forekommer naturligt på Jorden.

2. Hvor rigeligt er der brændstof? En blanding af to brintisotoper, deuterium og tritium, giver næring til de fleste fusionsreaktioner. Deuterium udvindes let fra havvand. Tritium skal derimod fremstilles. Nogle nej-sigere har advarede at "Nuklear Fusion allerede står over for en brændstofkrise." Det er den ikke. Frontløbere har løst dette problem ved at integrere tritiumproduktion i fusionsreaktionen. En måde er at bruge en flydende metal (bly-lithium) væg, der er i direkte kontakt med fusionsplasma og producerer tritiumbrændstoffet til fusionsmaskinen. Lithium-baserede metoder til at opdrætte tritium uden for reaktoren er også under udvikling.

3. Hvor effektiv er energiomsætningen? I nogle maskiner absorberer den flydende metalvæg varme via direkte kontakt med fusionsreaktionen. Det flydende metal passerer gennem en varmeveksler og producerer damp, der vil drive en turbine og generere elektricitet - som de fleste traditionelle kraftværker gør. En anden lovende tilgang er at fange elektricitet direkte fra de elektromagnetiske felter, der genereres i en fusionsreaktion.

4. Hvilke yderligere systemkompleksiteter kunne forhindre en rettidig udrulning? Nogle fusionsvirksomheder sigter mod at bruge gennemprøvede teknologier til periferien af ​​deres systemer, mens andre regner med gennembrud med avancerede lasere, materialer og superledere. Disse er diskuteret i nogle fascinerende artikler i peer-reviewede tidsskrifter, og det er bekymringen. De er lovende, men ubeviste. Husk, at da Tesla introducerede sine første biler, var praktisk talt al teknologi bevist. Fusionsinvestorer skal skelne mellem teoretiske systemer og dem, der bruger kritiske dele, der er blevet testet under virkelige forhold.

5. Hvor står demoanlægget og kommercialiseringsstrategien? Topudfordrer har opnået fusion i et laboratorium og bevist deres kerneteknologier og individuelle komponenter i testbed. Nu skal de bevise, at det fulde system kan fungere i et demoanlæg i stor skala - derfor kapitalintensiteten. Førende fusionsprojekter er begyndt at udvide deres kernehold af fusionslaboratoriespecialister og ph.d.'er med et ingeniørhold, der ved, hvordan man bygger et kraftværk. Denne overgang fra laboratorie- til anvendelse i den virkelige verden er ingen lille bedrift. Vi er endda begyndt at se fusionsvirksomheder ansætte forretningsudviklingspersonale og markedsføre rettighederne til en første kommerciel fabrik.

6. Hvad bliver størrelsen? De førende fusionsselskaber arbejder på anlæg, der varierer i størrelse fra 50 megawatt (MW) til 500 MW. Maskinstørrelsen er afgørende, fordi den påvirker forudgående investeringsomkostninger. Mindre, modulære maskiner vil gøre det lettere for individuelle forsyningsselskaber at træffe investeringsbeslutninger for et kommercielt anlæg. Størrelsen påvirker også, om fusionsenheder kan bruges til applikationer som søfart og andre lavenergiapplikationer.

7. Sidst men ikke mindst, hvad er den forventede pris pr. MWh (megawatt time)? Fusionsvirksomheder konkurrerer direkte med kul- og gasfyrede værker, der leverer basisenergi i hele verden. De udjævnede energiomkostninger (LCOE) skal således være konkurrencedygtige med kul, som ifølge rådgivningsfirmaet Lazard, intervaller fra $65/MWh, når det er mest beskidte, til $152/MWh med 90 % kulstoffangst integreret. Fusionsmaskiner, der bruger dyre, kraftige lasere eller superledende magneter lavet af sjældne materialer, kunne kæmpe med den LCOE. Indrømmet, omkostningerne til disse komponenter vil falde med tiden. Fusionsmaskiner, der bruger mekanisk kompression (beslægtet med stempler i en dieselmotor) eller kinetiske acceleratorer (dybest set en gasdrevet pistol) vil sandsynligvis have en omkostningsfordel i løbet af de næste par årtier.

Tid til at møde musikken

Selvom disse resterende udfordringer synes overkommelige, spørgsmål Jeg spurgte for år tilbage: Hvem har modet til at finansiere demonstrationsanlæggene og skubbe fusion til markedet?

Investorer, der flytter, har nu en chance for at tjene store afkast. Nogle af de ovennævnte fusionsselskaber har stadig beskedne priser. Selvfølgelig kan nogle investorer kæmpe med den potentielle indvirkning af fusion på deres eksisterende energiporteføljer, især hvis disse omfatter fossile brændstoffer, vind og sol.

Jeg siger, at det er tid til endelig at se musikken i øjnene. I lyset af truslen om klimaændringer og stigende efterspørgsel efter energi er fusion afgørende for at opnå netto nul i 2050. Ingen anden teknologi kan udkonkurrere fossile brændstoffer, gøre et større indhug i CO₂ emissioner eller gøre mere for eliminere energiafhængighed af fjendtlige regimer, ligesom Putins Rusland. Fusion er gamechangeren, der kunne gøre energien virkelig lokal, sikker og rigelig. Det varsler et skift fra en centraliseret, autokratisk energiindustri til lokaliseret, demokratisk energiforsyning.

Og fusion er ikke 20 år væk længere. Når først det første fusionsanlæg er kommercielt operationelt til en rimelig pris, kan omstillingen være hurtig. Husk, det tog århundreder at udvikle teknologierne bag en bil, men det tog kun biler omkring et årti at erstatte heste i London og New York City. Så snart der er en bedre og billigere innovation, vinder den uundgåeligt.

Den hårde sandhed er, at uden en trinvis innovation inden for energi, vil vi blæse forbi 1.5° C i dette århundrede. Lad os håbe, at fusionskommercialiseringen går hurtigere end temperaturerne.