Besøgte Helion Energy, da Seattle-regionen var indhyllet i røg

Torsdag den 20. oktober tog jeg en reportagetur til Everett, Washington, for at besøge Helion energi, en fusion startup, der har rejst rejst næsten $600 millioner fra en række relativt kendte Silicon Valley-investorer, herunder Peter Thiel og Sam Altman. Det har yderligere $1.7 milliarder i forpligtelser, hvis det når visse præstationsmål.

Fordi nuklear fusion har potentialet til at lave ubegrænsede mængder af ren energi uden at generere noget langtidsholdbart atomaffald, kaldes det ofte den "hellige gral" af ren energi. Den hellige gral forbliver imidlertid undvigende, fordi genskabelse af fusion på jorden på en måde, der genererer mere energi, der kræves for at antænde reaktionen og kan opretholdes i en længere periode, har indtil videre været uopnåelig. Hvis vi kun kunne nå at kommercialisere fusion her på jorden og i stor skala, ville alle vores energiproblemer være løst, siger fusionsfortalerne. 

Fusion har også været i horisonten i årtier, lige uden for rækkevidde, tilsyneladende solidt forankret i en techno-utopi, der kun findes i science fiction fantasy-romaner.

Men at besøge Helion Energy's enorme arbejdsplads og laboratorium trak ideen om fusion ud af det helt fantastiske og ind i det potentielt virkelige for mig. Selvfølgelig betyder "potentielt ægte" ikke, at fusion vil være en kommercielt levedygtig energikilde, der driver dit hjem og min computer næste år. Men det føles ikke længere som at flyve et rumskib til Pluto.

Da jeg gik gennem de massive Helion Energy-bygninger i Everett, en fuldt operationel og en stadig under opførelse, blev jeg slået af, hvordan hverdagen alting så ud. Entreprenørudstyr, maskiner, strømkabler, arbejdsborde og utallige rumskibslignende komponenter er overalt. Planerne bliver eksekveret. Vildt fremmed udseende maskiner bliver konstrueret og testet.

For de ansatte i Helion Energy er det deres opgave at bygge en fusionsenhed. At gå på kontoret hver dag betyder at lægge del A ind i del B og del C, rode med de dele, teste dem og så sætte dem sammen med flere dele, teste dem, skille de dele ad, måske når noget ikke fungerer rigtigt, og derefter sætte det sammen igen, indtil det gør det. Og så flytte til del D og del E.

Datoen for mit besøg er også relevant for denne historie, fordi den tilføjede et andet lag af mærkeligt-bliver-virkelig til min rapporteringsrejse. 

Den 20. oktober var Seattle Everett-regionen dækket af farlige niveauer af naturbrandrøg. Luftkvalitetsindekset for Everett var 254, hvilket gør det til den dårligste luftkvalitet i verden på det tidspunkt, iflg. IQ Air.

"Flere naturbrande, der brændte i de nordlige kaskader, blev drevet af varme, tørre og blæsende vejrforhold. Østlige vinde blussede brandene op og drev den resulterende røg vestpå mod Everett og Seattle-regionen." Christi Chester Schroeder, Air Quality Science Manager hos IQAir North America, fortalte mig.

Global opvarmning er med til at give næring til disse brande, Denise L. Mauzerall, en professor i miljøteknik og internationale anliggender ved Princeton, fortalte mig.

"Klimaændringer har bidraget til de høje temperaturer og tørre forhold, der har hersket i det nordvestlige Stillehav i år," sagde Mauzerall. "Disse vejrforhold, forværret af klimaændringer, har øget sandsynligheden for og alvorligheden af ​​brandene, som er ansvarlige for den ekstremt dårlige luftkvalitet."

Det var så slemt, at Helion havde bedt alle sine medarbejdere om at blive hjemme for første gang nogensinde. Ledelsen anså det for farligt at bede dem om at forlade deres huse.

Omstændighederne ved mit besøg skabte en ubehagelig kamp. På den ene side havde jeg en nyfundet følelse af håb om muligheden for fusionsenergi. Samtidig kæmpede jeg internt med en dyb følelse af frygt for verdens tilstand.

Jeg var ikke alene om at mærke øjeblikkets vægt. "Det er meget usædvanligt" Chris Pihl, en medstifter og teknologichef hos Helion, sagde om røgen.

Pihl har arbejdet med fusion i næsten to årtier nu. Han har set det udvikle sig fra fysikernes akademikere til et felt, der er tæt fulgt af journalister og indsamler milliarder i investeringer. Folk, der arbejder med fusion, er blevet de seje børn, underdog-heltene. Da vi i fællesskab blæser forbi ethvert realistisk håb om at forblive inden for de målrettede 1.5 graders opvarmning, og efterhånden som den globale energiefterspørgsel fortsætter med at stige, er fusion den hjemmebane, der nogle gange føles som den eneste løsning.

"Det er mindre en akademisk stræben, en altruistisk stræben, og det bliver mere til et overlevelsesspil på dette tidspunkt, tror jeg, med den måde tingene går på," fortalte Pihl mig, da vi sad i de tomme Helion-kontorer og kiggede ud på en mur af grå røg. "Så det er nødvendigt. Og jeg er glad for, at det får opmærksomhed.”

CEO og medstifter David Kirtley gik mig rundt i det store laboratorierum, hvor Helion arbejder på at konstruere komponenter til sit syvende generationssystem, Polaris. Hver generation har bevist en kombination af den fysik og teknik, der er nødvendig for at bringe Helions specifikke tilgang til fusion til virkelighed. Sjette generations prototype, Trenta, blev færdiggjort i 2020 og viste sig at kunne nå 100 millioner grader Celsius, en vigtig milepæl for at bevise Helions tilgang.

Polaris skal blandt andet bevise, at den kan opnå nettoelektricitet - det vil sige at generere mere, end den bruger - og det er allerede begyndt at designe sit ottende generationssystem, som vil være dets første kommercielle kvalitetssystem. Målet er at demonstrere, at Helion kan lave elektricitet fra fusion i 2024 og at have strøm på nettet ved udgangen af ​​årtiet, fortalte Kirtley mig.

Noget af gennemførligheden af ​​at få fusionsenergi til elnettet i USA afhænger af faktorer, som Helion ikke kan kontrollere — etablering af regulatoriske processer med Nuclear Regulatory Commission og licenseringsprocesser for at opnå de nødvendige netforbindelsesgodkendelser, en proces, som Kirtley har været fortalt kan variere fra et par år til så meget som ti år. Fordi der er så mange regulatoriske hindringer, der er nødvendige for at få fusion tilsluttet nettet, sagde Kirtley, at han forventer, at deres første betalende kunder sandsynligvis vil være private kunder, som teknologivirksomheder, der for eksempel har strømkrævende datacentre. Arbejdet med forsyningsselskaber vil tage længere tid.

En del af Polaris-systemet, der måske ser mest overjordisk ud for en ikke-fusionsekspert (som mig) Polaris Injector Test, som er, hvordan brændstoffet til fusionsreaktoren kommer ind i enheden.

Den bedst kendte fusionsmetode involverer nok en tokamak, en donut-formet enhed, der bruger superkraftige magneter til at holde plasmaet, hvor fusionsreaktionen kan forekomme. Et internationalt kollaborativt fusionsprojekt, kaldet ITER ("vejen" på latin), bygger en massiv tokamak i Sydfrankrig for at bevise fusionens levedygtighed.

Helion bygger ikke en tokamak. Det bygger en lang smal enhed kaldet en Field Reversed Configuration eller FRC, og den næste version vil være omkring 60 fod lang.

Brændstoffet indsprøjtes i korte små udbrud i begge ender af enheden, og en elektrisk strøm, der flyder i en sløjfe, begrænser plasmaet. Magneterne skyder sekventielt i pulser, og sender plasmaerne i begge ender, der skyder mod hinanden med en hastighed større end en million miles i timen. Plasmaerne smadrer ind i hinanden i det centrale fusionskammer, hvor de smelter sammen til et supervarmt tæt plasma, der når 100 millioner grader Celsius. Det er her fusion opstår, hvilket genererer ny energi. De magnetiske spoler, der letter plasmakomprimeringen, genvinder også den energi, der genereres. Noget af denne energi genbruges og bruges til at genoplade de kondensatorer, der oprindeligt drev reaktionen. Den ekstra ekstra energi er elektricitet, der kan bruges.  

Kirtley sammenligner pulseringen af ​​deres fusionsmaskine med et stempel.

"Du komprimerer dit brændstof, det brænder meget varmt og meget intenst, men kun en lille smule. Og mængden af ​​varme, der frigives i den lille puls, er mere end et stort bål, der er tændt hele tiden,” fortalte han mig. "Og fordi det er en puls, fordi det kun er en lille højintensitetspuls, kan du gøre disse motorer meget mere kompakte, meget mindre," hvilket er vigtigt for at holde omkostningerne nede.

Ideen er faktisk ikke ny. Det blev teoretiseret i 1950'erne og 60'erne, sagde Kirtley. Men det var ikke muligt at udføre, før moderne transistorer og halvledere blev udviklet. Både Pihl og Kirtley så på fusion tidligere i deres karriere og var ikke overbevist om, at det var økonomisk rentabelt, før de kom til dette FRC-design. 

Endnu en voldgrav at krydse: Dette design bruger et brændstof, der er meget sjældent. Brændstoffet til Helions tilgang er deuterium, en isotop af brint, som er ret let at finde, og helium tre, som er en meget sjælden heliumtype med én ekstra neutron.

"Vi plejede at sige, at man skulle ud i det ydre rum for at få helium tre, fordi det var så sjældent," sagde Kritley. For at gøre det muligt at opskalere deres fusionsmaskine, udvikler Helion også en måde at lave helium tre med fusion.

Der er ingen tvivl om, at Helion har en masse trin og processer og regulatoriske hindringer, før det kan bringe ubegrænset ren energi til verden, som det sigter mod at gøre. Men sådan som det føles at gå rundt i et enormt åbent laboratorieanlæg - med nogle af de største loftsventilatorer, jeg nogensinde har set - virker det muligt på en måde, som jeg aldrig havde følt før. Da jeg gik tilbage ud i røgen den dag, var jeg så taknemmelig for at have den dosis håb.

Men de fleste mennesker var ikke på tur i Helion Energy-laboratoriet den dag. De fleste mennesker sad fast inde eller udsatte sig selv for fare udenfor, ude af stand til at se horisonten, ude af stand til at se en fremtid, hvor det at bygge en fusionsmaskine er et job, der bliver udført som en mekaniker, der arbejder i en garage. Jeg spurgte Kirtley om den kampfølelse, jeg havde af fortvivlelse over røgen og håbet over fusionsdelene, der blev samlet.

"Den kognitive dissonans af nogle gange, hvad vi ser ude i verden, og hvad vi får bygget her, er ret ekstrem," sagde Kirtley.

"For tyve år siden var vi mindre optimistiske med hensyn til fusion." Men nu lyser hans øjne, mens han går mig rundt i laboratoriet. "Jeg bliver meget begejstret. Jeg bliver meget - du kan se - jeg bliver meget energisk."

Andre unge forskere er også begejstrede for fusion. I begyndelsen af ​​ugen, da jeg besøgte, var Kirtley på American Physics Society Department of Plasma Physics konference og holdt en tale.

"I slutningen af ​​min tale gik jeg ud, og der var 30 eller 40 mennesker, der fulgte med mig, og på gangen talte vi bare i halvanden time om branchen," sagde han. ”Spændingen var enorm. Og meget af det var med yngre ingeniører og videnskabsmænd, der enten er kandidatstuderende eller postdocs, eller i de første 10 år af deres karriere, som er virkelig begejstrede for, hvad den private industri laver."