เครื่องจักร 'โง่' ที่สัญญาจะทำให้เกิดการก้าวหน้าในพลังงานสะอาด

"ฉันจำได้ว่ามีคนจำนวนไม่กี่คนบอกว่าสถานที่ที่ Proxima อยู่ในปัจจุบันเป็นไปไม่ได้" Francesco Sciortino ผู้ร่วมก่อตั้งและ CEO ของ Proxima Fusion กล่าว

การถูกกล่าวหาว่าพยายามทำสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ไม่ใช่เรื่องแปลกสำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ทำงานในโครงการฟิวชันนิวเคลียร์ทั่วโลก

ท้ายที่สุด พวกเขากำลังพยายามจับภาพบนโลก ปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนดวงอาทิตย์

ความสำเร็จอาจหมายถึงไฟฟ้าที่อุดมสมบูรณ์ ราคาถูก และปราศจากการปล่อยมลพิษ แต่ความท้าทายนั้นน่ากลัว และโรงไฟฟ้าที่ใช้งานได้ยังอีกยาวไกล

ฟิวชันคือกระบวนการของการหลอมรวมนิวเคลียสของไฮโดรเจนเข้าด้วยกัน ซึ่งปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล

บนดวงอาทิตย์ แรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่ช่วยรักษาปฏิกิริยาให้ดำเนินต่อไป

เพื่อให้การฟิวชันเกิดขึ้นที่นี่บนโลก จำเป็นต้องมีอุณหภูมิที่สูงมาก ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิบนดวงอาทิตย์หลายเท่า

ดังนั้น เชื้อเพลิง (โดยปกติคือส่วนผสมของไอโซโทปของไฮโดรเจน ทริเทียม และดิวเทอเรียม) จะถูกให้ความร้อนจนกลายเป็นพลาสมาที่ร้อนระอุ ซึ่งจากนั้นจะต้องถูกควบคุมและจัดการเพื่อจุดประกายการฟิวชัน

มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้ และ Proxima Fusion ของเยอรมนีพยายามใช้วิธีหนึ่งที่ถือว่ายาก แม้แต่ตามมาตรฐานที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมฟิวชัน

แนวทางทั่วไปในการฟิวชันคือการสร้างโทคาแมก เป็นอุปกรณ์รูปโดนัทที่ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังเพื่อกักเก็บพลาสมา

แต่ Proxima ที่ตั้งอยู่ในมิวนิกกำลังทำงานกับสเตลลารator ซึ่งยังใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อจัดการพลาสมา แต่ภาชนะปฏิกิริยามีรูปร่างที่ซับซ้อนกว่า มีการบิดและเลี้ยว ทำให้การสร้างยากและมีราคาแพงกว่ามาก

แล้วทำไมถึงต้องเดินบนเส้นทางที่ทรมานนี้?

Sciortino กล่าวว่า หากการออกแบบได้ผล การบิดและเลี้ยวของสเตลลารator จะทำให้พลาสมาที่ร้อนระอุควบคุมได้ง่ายกว่าในการออกแบบโทคาแมกที่เป็นคู่แข่ง

เมื่อเปรียบเทียบทั้งสองระบบ เขาบอกว่าโทคาแมกเป็น "สัตว์ร้าย" ในขณะที่สเตลลารator เป็น "ลูกแมวน้อย"

"สเตลลารator เป็นสิ่งที่มีการออกแบบที่ยากมาก เป็นวัตถุที่สร้างได้ยากมาก แต่ถ้าคุณทำมันสำเร็จ มันก็เป็นเครื่องจักรที่โง่เขลา... เหมือนเตาไมโครเวฟ" Sciortino กล่าว

"เครื่องจักรที่โง่เขลา" ของ Proxima จะเป็นสเตลลารator ที่เรียกว่า Alpha ซึ่งจะอาศัยงานที่ทำมาหลายทศวรรษโดยสถาบัน Max Planck ของเยอรมนีสำหรับฟิสิกส์พลาสมา และสเตลลารator ของมัน W7-X

เป้าหมายของ Alpha คือการผลิตพลังงานมากกว่าที่ใช้ในการทำงาน และบทเรียนที่ได้รับจะช่วยในการออกแบบอุปกรณ์ที่ล้ำสมัยยิ่งขึ้น นั่นคือโรงไฟฟ้าฟิวชันที่เรียกว่า Stellaris

แต่ก่อนอื่น Alpha จะต้องได้รับการลงทุนจำนวนมาก ซึ่งกำลังรวบรวมอยู่ในขณะนี้ Proxima เพิ่งได้รับเงิน 400 ล้านยูโร (340 ล้านปอนด์; 460 ล้านดอลลาร์สหรัฐ) จากรัฐบาเวเรีย และกำลังเสนอราคาสำหรับเงินทุนมากกว่าหนึ่งพันล้านดอลลาร์สหรัฐจากรัฐบาลกลาง ซึ่งคาดว่าจะมีการตัดสินใจในปีหน้า

Proxima กำลังแข่งขันกับกลุ่มอื่นๆ ที่กำลังพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชัน ซึ่งมีจำนวน 53 กลุ่มตามข้อมูลของสมาคมอุตสาหกรรมฟิวชัน (FIA) ซึ่งเป็นตัวแทนของอุตสาหกรรมฟิวชันและติดตามความคืบหน้า

โครงการหนึ่งที่ใช้วิธีการโทคาแมกคือ Step (Spherical Tokamak for Energy Production) ซึ่งตั้งอยู่ในสหราชอาณาจักร

ได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลสหราชอาณาจักร แผนคือการสร้างโรงไฟฟ้าต้นแบบที่ไซต์ของโรงไฟฟ้าถ่านหินเก่าใน West Burton, Yorkshire

Ryan Ramsey ผู้อำนวยการด้านประสิทธิภาพองค์กรของ Step และอดีตกัปตันเรือดำน้ำนิวเคลียร์ HMS Turbulent กล่าวว่า "โทคาแมกมีข้อได้เปรียบจากพื้นฐานการทดลองที่ลึกซึ้งที่สร้างขึ้นมานานหลายทศวรรษ พวกเขาได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของพลาสมาที่ใกล้เคียงกับสิ่งที่จำเป็นสำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชันมากขึ้น รวมถึงการทำงานด้วยเชื้อเพลิงฟิวชัน"

และในการฟิวชันประเภทนี้ แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีราคาแพงและทรงพลังควรจะสร้างได้ค่อนข้างง่าย

Ramsey กล่าวว่า "พวกเขามีประโยชน์จากเรขาคณิตของแม่เหล็กที่เรียบง่ายกว่า โดยมีขดลวดน้อยกว่าและเป็นระเบียบกว่า ซึ่งมีผลกระทบจริงต่อการผลิต การบำรุงรักษา และต้นทุน"

Sciortino ตระหนักดีถึงความท้าทายที่รออยู่ข้างหน้าสำหรับ Proxima เขา "นอนไม่หลับ" เพราะกังวลว่า Proxima จะสามารถสร้างแม่เหล็กที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนได้ด้วยความเร็วและต้นทุนที่จะทำให้สเตลลารator เป็นข้อเสนอทางเศรษฐกิจได้หรือไม่

"แม่เหล็กตัวแรกที่เราสร้างจะมีความซับซ้อนและมีราคาแพงมาก แต่เราจะสามารถสร้างมันได้เร็วกว่าที่ผู้คนคาดหวังหรือไม่ และเราจะสามารถลดต้นทุนลงได้หรือไม่" Sciortini ถาม

สิ่งที่เอื้ออำนวยคือความเชี่ยวชาญด้านการผลิตของเยอรมนี ตัวอย่างเช่น Sciortino อ้างถึงจำนวนแรงงานที่น่าประทับใจที่สามารถใช้งานเครื่อง CNC ได้ ซึ่งเป็นเครื่องมือเครื่องจักรที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งสามารถตัด แกะสลัก หรือขึ้นรูปวัสดุต่างๆ ได้แก่ ไม้ โลหะ หรือพลาสติก

Sciortino ประมาณการว่ามีช่างเครื่อง CNC 550,000 คนในเยอรมนี เทียบกับ 350,000 คนทั่วสหรัฐอเมริกา

สิ่งนี้มีความสำคัญสำหรับ Proxima ซึ่งใช้เหล็กชนิดพิเศษที่มีราคาแพงมากในแม่เหล็ก ซึ่งจำเป็นต้องมีการตัดเฉือนด้วยความแม่นยำสูง

ในขณะที่รักษาความแม่นยำในระดับสูง การรักษาความเร็วในการพัฒนาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ Sciortino

W7-X ใช้เวลามากกว่าทศวรรษในการเริ่มทำงาน เขาต้องการให้ Alpha ทำงานได้ภายในหนึ่งในสามของเวลานั้น

ดังนั้น ขดลวดแม่เหล็กต้นแบบจึงอยู่ระหว่างการก่อสร้าง และแผนคือการทดสอบในปีหน้า

ตาม Proxima รูปทรงที่บิดเบี้ยวทำให้เป็นหนึ่งในแม่เหล็กที่ซับซ้อนที่สุดในโลก

เมื่อการทดสอบเสร็จสิ้น Proxima จะสร้างขดลวดแม่เหล็กเพิ่มเติมอีก 40 ขดลวดที่จะอยู่ในเครื่อง Alpha ของตน

เพื่อให้เป็นไปได้ โรงงานแม่เหล็กอยู่ในขั้นตอนเริ่มต้นของการก่อสร้าง

"ในปี 2028, 2029 เราต้องสามารถสร้างแม่เหล็กด้วยความเร็วที่บ้าคลั่ง บ้าคลั่ง" Sciortino กล่าว

งานไม่ได้อยู่ในเยอรมนีเท่านั้น Sciortino กล่าวว่าทั่วทวีปยุโรปมีซัพพลายเออร์ที่สำคัญ ซึ่งหมายความว่ายุโรปอาจเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมฟิวชันในอนาคต

"พวกเราชาวยุโรปพลาดคลื่นดิจิทัลไปแล้วใช่ไหม? แต่ปรากฎว่าเรายังมีผู้คนได้รับการฝึกฝนในการผลิต" เขากล่าว

ที่ Step Ramsey ย้ำว่าอุตสาหกรรมฟิวชันก้าวข้ามการทดลองทางฟิสิกส์ไปแล้ว

"มีความคืบหน้าอย่างแท้จริงในฟิวชันในขณะนี้ และสิ่งนั้นควรถูกมองว่าเป็นจุดแข็งมากกว่าสิ่งที่ทำให้เกิดความขัดแย้ง นี่ไม่ใช่การแข่งขันแบบเส้นทางเดียว แต่เป็นชุดของแนวทางที่สำรวจข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกัน คำถามที่แท้จริงในตอนนี้ไม่ใช่แนวคิดใดที่น่าสนใจที่สุด แต่แนวคิดใดที่สามารถส่งมอบโรงไฟฟ้าได้อย่างน่าเชื่อถือ"