Besökte Helion Energy när Seattle-regionen var täckt av rök

Torsdagen den 20 oktober tog jag en reportageresa till Everett, Washington, för att hälsa på Helion energi, en fusion startup som har samlat in nästan 600 miljoner dollar från en mängd relativt välkända Silicon Valley-investerare, inklusive Peter Thiel och Sam Altman. Den har ytterligare 1.7 miljarder dollar i åtaganden om den når vissa prestationsmål.

Eftersom kärnfusion har potentialen att göra obegränsade mängder ren energi utan att generera något långvarigt kärnavfall, kallas det ofta för ren energis "heliga graal". Den heliga graalen förblir dock svårfångad, eftersom det hittills har varit ouppnåeligt att återskapa fusion på jorden på ett sätt som genererar mer energi som krävs för att antända reaktionen och som kan upprätthållas under en längre tid. Om vi ​​bara kunde lyckas kommersialisera fusion här på jorden och i stor skala, skulle alla våra energiproblem vara lösta, säger fusionsförespråkare. 

Fusion har också funnits vid horisonten i decennier, precis utom räckhåll, till synes fast förankrad i en techno-utopi som bara finns i science fiction fantasy-romaner.

Men att besöka Helion Energys enorma arbetsyta och labb drog idén om fusion ur det helt fantastiska och in i det potentiellt verkliga för mig. Naturligtvis betyder "potentiellt verklig" inte att fusion kommer att vara en kommersiellt gångbar energikälla som driver ditt hem och min dator nästa år. Men det känns inte längre som att flyga ett rymdskepp till Pluto.

När jag gick genom de enorma Helion Energy-byggnaderna i Everett, en i full drift och en fortfarande under konstruktion, slogs jag av hur vardagligt allt såg ut. Byggnadsutrustning, maskiner, nätsladdar, arbetsbänkar och otaliga rymdskeppsliknande komponenter finns överallt. Planerna genomförs. Vilt främmande utseende maskiner håller på att konstrueras och testas.

För de anställda på Helion Energy är det deras jobb att bygga en fusionsenhet. Att gå till kontoret varje dag innebär att lägga in del A i del B och del C, pilla med delarna, testa dem och sedan lägga till dem med fler delar, testa dem, ta isär delarna kanske när något inte fungerar som det ska, och sedan sätta ihop den igen tills den gör det. Och går sedan till del D och del E.

Datumet för mitt besök är också relevant för den här historien, eftersom det lade till ett andra lager av konstigt-blir-verkligt till min rapporteringsresa. 

Den 20 oktober täcktes Seattle Everett-regionen av farliga nivåer av brandrök. Luftkvalitetsindex för Everett var 254, vilket gör den till den sämsta luftkvaliteten i världen vid den tiden, enligt IQ Air.

"Flera skogsbränder som brinner i de norra kaskaderna drevs av varma, torra och blåsiga väderförhållanden. Ostliga vindar flammade upp bränderna och drev den resulterande röken västerut mot Everett och Seattle-regionen.” Christi Chester Schroeder, sa Air Quality Science Manager på IQAir North America till mig.

Den globala uppvärmningen hjälper till att underblåsa dessa bränder, Denise L. Mauzerall, en professor i miljöteknik och internationella frågor vid Princeton, berättade för mig.

"Klimatförändringar har bidragit till de höga temperaturer och torra förhållanden som har rådt i Pacific Northwest i år," sa Mauzerall. "Dessa väderförhållanden, förvärrade av klimatförändringarna, har ökat sannolikheten och svårighetsgraden av bränderna som är ansvariga för den extremt dåliga luftkvaliteten."

Det var så illa att Helion hade sagt åt alla sina anställda att stanna hemma för första gången någonsin. Ledningen ansåg att det var för farligt att be dem lämna sina hus.

Omständigheterna under mitt besök skapade en obekväm strid. Å ena sidan hade jag en nyvunnen känsla av hopp om möjligheten till fusionsenergi. Samtidigt brottades jag internt med en djup känsla av rädsla för världens tillstånd.

Jag var inte ensam om att känna ögonblickets tyngd. "Det är väldigt ovanligt" Chris Pihl, en av grundarna och teknikchefen på Helion, sa om röken.

Pihl har arbetat med fusion i nästan två decennier nu. Han har sett det utvecklas från fysikens akademiker till ett område som tätt följs av reportrar och samlar in miljarder i investeringar. Människor som arbetar med fusion har blivit de coola barnen, underdoghjältarna. När vi kollektivt blåser förbi alla realistiska hopp om att hålla oss inom de målsatta 1.5 graders uppvärmning och när den globala energiefterfrågan fortsätter att stiga, är fusion det hemmabruk som ibland känns som den enda lösningen.

"Det är mindre av en akademisk strävan, en altruistisk strävan, och det håller på att förvandlas till mer av ett överlevnadsspel vid det här laget, tror jag, med hur det går," sa Pihl till mig när vi satt i de tomma Helion-kontoren och tittade ut på en vägg av grå rök. "Så det är nödvändigt. Och jag är glad att det får uppmärksamhet.”

VD och medgrundare David Kirtley gick runt i det stora labbutrymmet där Helion arbetar med att konstruera komponenter till sitt sjunde generationssystem, Polaris. Varje generation har bevisat en kombination av fysik och ingenjörskonst som behövs för att förverkliga Helions specifika inställning till fusion. Den sjätte generationens prototyp, Trenta, färdigställdes 2020 och visade sig kunna nå 100 miljoner grader Celsius, en viktig milstolpe för att bevisa Helions tillvägagångssätt.

Polaris är tänkt att bevisa, bland annat, att det kan uppnå nettoel - det vill säga att generera mer än det förbrukar - och det har redan börjat designa sitt åttonde generationssystem, vilket kommer att bli dess första kommersiella kvalitetssystem. Målet är att visa att Helion kan göra el från fusion till 2024 och att ha ström på nätet i slutet av decenniet, berättade Kirtley för mig.

En del av möjligheterna att få fusionsenergi till elnätet i USA beror på faktorer som Helion inte kan kontrollera – upprättande av regulatoriska processer med Nuclear Regulatory Commission och licensieringsprocesser för att få erforderliga nätsammankopplingsgodkännanden, en process som Kirtley har varit berättade kan variera från några år till så mycket som tio år. Eftersom det finns så många regulatoriska hinder som krävs för att få fusion kopplad in i nätet, sa Kirtley att han förväntar sig att deras första betalande kunder sannolikt kommer att vara privatkunder, som till exempel teknikföretag som har strömsugna datacenter. Att arbeta med elbolag kommer att ta längre tid.

En del av Polaris-systemet som kanske ser mest utomjordiskt ut för en icke-fusionsexpert (som jag) Polaris Injector Test, vilket är hur bränslet till fusionsreaktorn kommer in i enheten.

Förmodligen den mest kända fusionsmetoden involverar en tokamak, en munkformad enhet som använder superkraftiga magneter för att hålla plasman där fusionsreaktionen kan inträffa. Ett internationellt kollaborativt fusionsprojekt, kallat ITER ("vägen" på latin), bygger en massiv tokamak i södra Frankrike för att bevisa fusionens livskraft.

Helion bygger inte en tokamak. Den bygger en lång, smal enhet som kallas Field Reversed Configuration, eller FRC, och nästa version kommer att vara cirka 60 fot lång.

Bränslet sprutas in i korta små skurar i båda ändarna av enheten och en elektrisk ström som flyter i en slinga begränsar plasman. Magneterna skjuter sekventiellt i pulser och skickar plasman i båda ändar som skjuter mot varandra med en hastighet som är större än en miljon miles per timme. Plasmana krossar varandra i den centrala fusionskammaren där de smälter samman till en superhet tät plasma som når 100 miljoner grader Celsius. Det är här fusion sker, vilket genererar ny energi. De magnetiska spolarna som underlättar plasmakomprimeringen återvinner också den energi som genereras. En del av den energin återvinns och används för att ladda kondensatorerna som ursprungligen drev reaktionen. Den extra extra energin är el som kan användas.  

Kirtley jämför pulseringen av deras fusionsmaskin med en kolv.

"Du komprimerar ditt bränsle, det brinner väldigt varmt och väldigt intensivt, men bara för en liten stund. Och mängden värme som frigörs i den lilla pulsen är mer än ett stort bål som är på hela tiden”, berättade han för mig. "Och eftersom det är en puls, eftersom det bara är en liten högintensiv puls, kan du göra dessa motorer mycket mer kompakta, mycket mindre," vilket är viktigt för att hålla kostnaderna nere.

Tanken är faktiskt inte ny. Det teoretiserades på 1950- och 60-talen, sa Kirtley. Men det gick inte att utföra förrän moderna transistorer och halvledare utvecklades. Både Pihl och Kirtley tittade på fusion tidigare i sina karriärer och var inte övertygade om att det var ekonomiskt lönsamt förrän de kom till denna FRC-design. 

En annan vallgrav att korsa: Denna design använder ett bränsle som är mycket sällsynt. Bränslet för Helions tillvägagångssätt är deuterium, en isotop av väte som är ganska lätt att hitta, och helium tre, som är en mycket sällsynt typ av helium med en extra neutron.

"Vi brukade säga att du var tvungen att gå ut i rymden för att få helium tre eftersom det var så sällsynt," sa Kritley. För att deras fusionsmaskin ska kunna skalas upp, utvecklar Helion också ett sätt att göra helium tre med fusion.

Det råder ingen tvekan om att Helion har många steg och processer och regulatoriska hinder innan den kan tillföra obegränsad ren energi till världen, som den syftar till att göra. Men hur det känns att gå runt i en enorm vidöppen labbanläggning – med några av de största takfläktarna jag någonsin har sett – verkar det möjligt på ett sätt som jag aldrig hade känt förut. När jag gick tillbaka ut i röken den dagen var jag så tacksam över att ha den dosen av hopp.

Men de flesta besökte inte Helion Energy-labbet den dagen. De flesta satt fast inne, eller utsatte sig själva för risker utanför, oförmögna att se horisonten, oförmögna att se en framtid där att bygga en fusionsmaskin är ett jobb som utförs som en mekaniker som arbetar i ett garage. Jag frågade Kirtley om den kämpande känslan jag hade av förtvivlan över röken och hoppet över fusionsdelarna som monterades.

"Den kognitiva dissonansen av ibland vad vi ser ute i världen och vad vi får bygga här är ganska extrem," sa Kirtley.

"För tjugo år sedan var vi mindre optimistiska om fusion." Men nu lyser hans ögon när han går runt med mig i labbet. "Jag blir väldigt exalterad. Jag blir väldigt – du kan se – jag blir väldigt energisk.”

Andra unga forskare är också entusiastiska över fusion också. I början av veckan när jag besökte, var Kirtley på American Physics Society Department of Plasma Physics konferens och höll ett föredrag.

"I slutet av mitt föredrag gick jag ut och det var 30 eller 40 personer som följde med mig, och i korridoren pratade vi bara i en och en halv timme om branschen," sa han. – Spänningen var enorm. Och mycket av det var med yngre ingenjörer och forskare som antingen är doktorander eller postdoktorer, eller under de första 10 åren av sin karriär, som verkligen är exalterade över vad den privata industrin gör."