Tokamak Energys VD ser lovande dagar framåt för kärnfusion

Med alla de senaste nyheterna om framsteg inom kärnfusion, inklusive Department of Energys tillkännagivande att forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory hade uppnått en fusionsreaktion med en nettoenergivinst, en möjlighet som nyligen dök upp för att intervjua Chris Kelsall, VD för Tokamak Energy , verkade slumpmässigt.

I ett e-postmeddelande på fredagen kallade Kelsall DOE-meddelandet "ett imponerande resultat. Vi är i en kapplöpning mot tiden för att fasa ut fossila bränslen och göra fusion till en globalt tillgänglig lösning för världens energibehov. Framsteg av denna karaktär är stora för branschen eftersom fler privata och offentliga investeringar flödar in i fusionsteknik."

Under vår intervju, som genomfördes före DOE-tillkännagivandet, påpekade Kelsall att en marginell nettoenergivinst som den som rapporterades av Livermore förra veckan (3.15 megajoule energi från en inmatning på 2.05 megajoule levererad) dock är en bråkdel av storleken av nettoenergivinst som i slutändan måste uppnås för att göra en fusionsteknik verkligt skalbar.

"Det här handlar inte bara om att bevisa nettoenergivinst," sa han till mig. "Forskarna kallar det Q större än ett. Det är inte ett tillräckligt villkor för kommersiell fusionsenergi. Faktum är att vi måste komma till åtminstone Q större än tio. "Vi siktar på ett Q på 25 för optimal kommersiell fusion för att tillhandahålla en konstant energikälla för hem och industri."

Kelsall säger att företaget är på väg att demonstrera ren, nätklar kraft i början av 2030-talet. "Den sfäriska tokamak har betydande effektivitetsfördelar på vägen till kostnadseffektiv fusionsenergi i kompakta kraftverk, som ska distribueras globalt. Vår teknologi använder starka magnetfält för att innehålla plasman – fusionsbränslet – i en sfärisk tokamak som kommer att leverera kontinuerlig effekt. Vi är nu fokuserade på att utveckla det kritiska kunnandet för vår ST80-HTS avancerade prototypfusionsenhet och vår pilotanläggning, ST-E1, medan vi arbetar för att leverera ren, säker, lågkostnadsfusion för alla."

Baserat i Milton Park, som ligger strax söder om Oxford och väster om London, grundades Tokamak Energy 2009. "Det var en spin-out från Culhams forskningslaboratorier som ligger strax norr om vårt kontor", säger Kelsall. "Labben är anslutna till Oxford University och har en ganska lång stamtavla när det gäller att undersöka fusionsteknik, som går tillbaka flera decennier. Så vi är ungefär 13 år gamla. Fram till för några år sedan hade vi bara ett par dussin personer. Nu är vi över 230 personer, och vi har över 20 nationaliteter, alla olika typer av fysiker, alla olika typer av ingenjörer.”

Tokamak Energys verksamhet kretsar kring två nyckelteknologier: Det unika sfäriska Tokamak-inneslutningssystemet som företaget har skapat; och högtemperatur supraledande (HTS) magneter som är en integrerad del av dess funktion. Ordet "tokamak" kommer från en rysk akronym för "toroidal kammare med magnetspolar". Det är i sina enklaste termer en anordning designad för att skapa och innesluta en kärnreaktion som simulerar plasmafusionen som sker inom solen och alla andra stjärnor.

De supraledande magneterna är designade för att simulera solens massiva gravitationsfält och begränsa plasman. Plasman skapas genom att överhetta ett gasformigt vätebränsle tills det bildar en elektriskt laddad plasma, materiens fjärde tillstånd, som varken är fast, flytande eller gas. Kärnfusionsreaktionen som resulterar skapar endast en liten radioaktiv signatur som inte presenterar några långsiktiga, högaktiva avfallsproblem eller relaterade deponeringsproblem som är gemensamma med nuvarande kärnklyvningsteknik.

Forskning började på den grundläggande tokamak-teknologin på 1960-talet med inneslutningsmoduler som liknade ringmunkar. Tokamak Energy använder en modifierad version som är sfärisk till formen, liknar ett äpple med kärnor. Företagets nuvarande mål är att kunna börja distribuera en flotta av kraftverk med liten fotavtryck, var och en med kapacitet att leverera 500 megawatt till nätet i mitten av 2030-talet.

Kelsall säger att det lilla fotavtrycket av "inte mer än en eller två fotbollsplaner i storlek", i kombination med minimal radioaktivitet, avfalls- och avfallsproblem, kommer att möjliggöra placeringen av anläggningarna i eller nära befolknings- och industricentra, vilket dramatiskt minskar kostnader och tid. eftersläpningar relaterade till behovet av att bygga stor infrastruktur för elöverföring.

Inte överraskande ser Kelsall kraftmarknader som den överlägset största marknadsmöjligheten – och behovet – för fusionsenergi. "Vi vet att för att nå våra klimatmål kommer världen att behöva elektrifiera massivt", säger han. "Våra framtida nät kommer också att behöva växa betydligt. Så vi ser att kraftmarknaderna representerar cirka 60 % av den totala adresserbara marknadsmöjligheten för fusion.”

Avkarboniseringen av svårbekämpade industrisektorer som stål, kemikalier, cement och andra är fusionens näst största potentiella pris. "Det blir ofta förbisett, men det är avgörande," säger Kelsall. "Vi ser det som 30 % av vår globala målmarknad, tillsammans med möjligheter för kombinerad värme och kraft."

Men hur är det med förnybar energi, vind och sol? "Vår uppfattning är att förnybar energi fortfarande är väldigt viktig, men utmaningen vi har är att de ensamma inte kommer att nå de mål vi behöver globalt", svarar Kelsall. "Det här handlar inte bara om klimatet. Det handlar också om energisäkerhet.

"Den pågående situationen i Ukraina har påmint oss om att det inte bara handlar om att sänka systemkostnaderna, med fusion som ett komplement till förnybar energi. Detta handlar också om att tillhandahålla motståndskraft, smidighet och diversifiering i den globala energiförsörjningen, så att om en energikälla minskar, är vi inte helt i en kris. Det är en värld i dag där vi påminns om att energisäkerhet är nationell säkerhet, och jag tror att ett antal regeringar har blivit påminda om det den hårda vägen. Europa har varit mycket utsatt. Så, det är frågan om att ta itu med klimatmålen med fusion som utgör ett avgörande komplement till förnybar energi. Det handlar om energisäkerhet. Det handlar om lägre kostnader. Så det är trilemmat – det måste också vara prisvärt.”

Under de två åren sedan han tillträdde rollen som VD på Tokamak Energy, säger Kelsall att han har sett en dramatisk ökning av investerarnas intresse för kärnfusionssektorn. "Det har skett en mycket betydande, jag tror, ​​påtaglig böjning i investerares aptit och intresse för fusionsområdet under de senaste 12 månaderna", säger han. "Sektorn har under de senaste åren haft över 5 miljarder dollar i aktieinvesteringar som kommit in från toppinstitutionella, suveräna förmögenheter och strategiska namn, såväl som påverkare med ultrahöga nettoförmögenheter och etablerade energibolag – ofta genom sina riskenheter."

Han tycker också att initiativen från regeringar i Europa och på senare tid i USA för att prioritera finansiering av fusionsrelaterad forskning och utveckling är mycket uppmuntrande. "Vi respekterar och beundrar verkligen ekosystemet som håller på att byggas upp i USA. Vi har haft några fantastiska partnerskap med University of Illinois och Princeton Plasma Physics Laboratory, Oak Ridge och andra, och vi vill fortsätta den resan, säger Kelsall.

"Den amerikanska regeringen har insett att fusion är av geostrategisk betydelse och har lanserat ett offentligt/privat milstolpebaserat finansieringsprogram som är en analog av ett tidigare program som i slutändan gav SpaceX som NASA:s föredragna leverantör av orbitala leveransplattformar. Och det andra stora positiva är uppenbarligen Inflation Reduction Act, som inkluderade 280 miljoner dollar i finansiering som tilldelats Department of Energy för att främja fusionsforskning och -utveckling."

Sammantaget är det en allt mer lovande investeringsmiljö för dem som idag ägnar sig åt forskning och utveckling av fusionsenergi. Utmaningen för Tokamak Energy och andra blivande fusionsföretag är att visa att deras respektive teknologier och processer kan uppnå den storlek i nettoenergivinster som kommer att göra dem skalbara på ett ekonomiskt sätt.

Som Kelsall säger, det är en kapplöpning mot tiden, en som ökar i brådska för varje dag som går.