Cỗ máy 'ngu ngốc' hứa hẹn đột phá năng lượng sạch

"Jeg husker at noen få personer sa at stedet der Proxima er i dag, var umulig," sier Francesco Sciortino, medgrunnlegger og CEO i Proxima Fusion.

Å bli anklaget for å forsøke det umulige er ikke uvanlig for forskere og ingeniører som jobber med fusjonsprosjekter over hele verden.

Tross alt forsøker de å fange, på jorden, reaksjonen som driver solen.

Suksess kan bety rikelig, billig og utslippsfri elektrisitet. Men utfordringene er overveldende, og en fungerende kraftstasjon er fortsatt langt unna.

Fusjon er prosessen med å fusjonere hydrogenkjerner sammen, noe som frigjør enorme mengder energi.

På solen hjelper enorme gravitasjonskrefter med å holde reaksjonen i gang.

For å opprettholde fusjon her på jorden, er ekstremt høye temperaturer – mange ganger høyere enn de som finnes på solen – nødvendig.

Så en drivstoff (vanligvis en kombinasjon av hydrogenisotopene tritium og deuterium) varmes opp til den blir en brennende varm plasma, som deretter må kontrolleres og manipuleres for å utløse fusjon.

Det finnes en rekke måter å gjøre dette på, og Tysklands Proxima Fusion forsøker en som anses som vanskelig, selv etter fusjonsindustriens ekstreme standarder.

En vanlig tilnærming til fusjon er å bygge en tokamak. Det er en donutformet enhet, som bruker kraftige magneter til å inneholde plasmaen.

Men München-baserte Proxima jobber med en stellarator. Den bruker også magneter til å manipulere plasmaen, men reaksjonsbeholderen har en mer komplisert form, med vridninger og svinger, noe som gjør den mye vanskeligere og dyrere å bygge.

Så hvorfor gå ned denne pinefulle veien?

Vel, hvis designet fungerer, gjør vridningene og svingene i en stellarator den brennende varme plasmaen lettere å kontrollere enn i den rivaliserende tokamak-designen, sier Sciortino.

Når han sammenligner de to systemene, sier han at en tokamak er et "beist" mens stellaratoren er en "liten katt".

"En stellarator er en ting som objektivt sett er veldig vanskelig å designe, objektivt sett veldig vanskelig å bygge. Men hvis du gjør det, er det en dum maskin... akkurat som en mikrobølgeovn," sier Sciortino.

Proximas "dumme maskin" vil være en stellarator kalt Alpha. Den vil trekke på tiår med arbeid utført av Tysklands Max Planck Institute for Plasma Physics og dens stellarator W7-X.

Målet med Alpha er å produsere mer energi enn den bruker for å operere, og lærdommene hjelper til med å designe en enda mer avansert enhet – et fusjonskraftverk, kalt Stellaris.

Men først trenger Alpha mye investering, som samles inn for øyeblikket. Proxima vant nylig €400 millioner (£340 millioner; $460 millioner) fra delstaten Bavaria og søker mer enn en milliard dollar i finansiering fra den føderale regjeringen – en beslutning forventes neste år.

Proxima kappløper med andre grupper som utvikler fusjonsteknologi – 53 ifølge Fusion Industry Association (FIA) som representerer fusjonsindustrien og følger utviklingen.

Et prosjekt som bruker tokamak-tilnærmingen er UK-baserte Step (Spherical Tokamak for Energy Production).

Støttet av den britiske regjeringen, er planen å bygge et prototypekraftverk på stedet til et tidligere kullkraftverk i West Burton, Yorkshire.

"Tokamaks har fordelen av et dypt eksperimentelt grunnlag bygget opp over tiår. De har demonstrert plasmaprestasjoner nærmere det som kreves for et fusjonskraftverk, inkludert drift med fusjonsdrivstoff," sier Ryan Ramsey, direktør for Organisatorisk Ytelse i Step og tidligere kaptein på atomubåt HMS Turbulent.

Og i denne typen fusjon bør de dyre og kraftige magnetene være relativt enkle å bygge.

"De [tokamaks] drar nytte av relativt enklere magnetisk geometri, med færre og mer regelmessige spoler. Det har reelle implikasjoner for produksjonsmuligheter, vedlikehold og kostnader," sier Ramsey.

Sciortino er godt klar over utfordringene som ligger foran Proxima. Han "mister søvn" over om Proxima vil være i stand til å bygge magnetene, med deres intrikate former, i en hastighet og kostnad som vil gjøre stellaratoren til en økonomisk løsning.

"Den første magneten vi lager, vil være veldig komplisert og veldig dyr. Men kan vi lage den raskere enn folk forventer, og kan vi redusere kostnadene?" spør Sciortini.

I deres favør er Tysklands ekspertise i produksjon. For eksempel nevner Sciortino det imponerende antallet arbeidere som kan betjene CNC-maskiner – en type datastyrt maskinverktøy som kan kutte, skjære eller forme materialer, inkludert tre, metall eller plast.

Sciortino anslår at det er 550 000 CNC-maskinister i Tyskland, sammenlignet med 350 000 i hele USA.

Dette er viktig for Proxima, som bruker en veldig dyr type stål i magnetene sine, som må bearbeides med høy nøyaktighet.

Mens man opprettholder høye nivåer av presisjon, er det avgjørende å holde tritt med utviklingen for Sciortino.

W7-X tok mer enn et tiår å få i gang – han vil få Alpha operativ i en tredjedel av den tiden.

Så en prototype magnetspole er under konstruksjon, og planen er å teste den neste år.

Dens vridde geometri gjør den til en av de mest komplekse magnetene i verden, ifølge Proxima.

Når testingen er fullført, vil Proxima bygge 40 flere magnetspoler som skal inn i Alpha-maskinen.

For å gjøre det, er en magnetsfabrikk i en tidlig fase av byggingen.

"I 2028, 2029 må vi kunne lage magneter i et sprøtt, sprøtt tempo," sier Sciortino.

Arbeidet foregår ikke bare i Tyskland. Sciortino sier at det er nøkkelleverandører over hele Europa, noe som betyr at Europa kan være i frontlinjen i en fremtidig fusjonsindustri.

"Vi [europeere] gikk glipp av den digitale bølgen, ikke sant? Men det viser seg at vi fortsatt har folk som blir utdannet i produksjon," sier han.

I Step understreker Ramsey at fusjonsindustrien er langt utover et fysikkeksperiment nå.

"Det er en reell momentum over fusjon akkurat nå, og det bør sees på som en styrke snarere enn noe som skal dele. Dette er ikke et løp med en enkelt vei, det er et sett med tilnærminger som utforsker forskjellige avveininger. Det virkelige spørsmålet nå er ikke hvilken konsept er mest interessant, men hvilken som troverdig kan levere et kraftverk."