SAD je desetljećima predvodio utrku u nuklearnoj fuziji. Sad ga Kina prestiže

Šangaj obilježava nacionalne praznike poznatim svjetlosnim predstavama, osvjetljavajući svoje nebodere blistavim bojama, poput svjetionika kineske inovacije. Upravo ovdje znanstvenici i inženjeri rade danonoćno kako bi kreirali sljedeći iskorak u globalnoj tehnologiji, od 6G interneta i napredne umjetne inteligencije do robotike sljedeće generacije.

U skromnoj ulici u središtu grada posluje mali start-up pod nazivom Energy Singularity koji radi na nečem izuzetnom: energiji nuklearne fuzije. Američke kompanije i stručnjaci zabrinuti su da Amerika gubi prednost u utrci za ovladavanjem ovim gotovo neograničenim oblikom čiste energije. Dok nove fuzijske tvrtke niču diljem Kine, Peking nadmašuje Washington.

Nuklearnu fuziju, proces koji pokreće Sunce i druge zvijezde, vrlo je teško izvesti na Zemlji. Mnoge su države postigle fuzijske reakcije, ali njihovo održavanje dovoljno dugo za korištenje u stvarnom svijetu ostaje nedostižno. Ovladavanje fuzijom primamljiva je perspektiva koja obećava bogatstvo i globalni utjecaj zemlji koja to prva postigne, piše CNN.

Prednost ove energije je njezina učinkovitost. Reakcija kontrolirane fuzije oslobađa oko četiri milijuna puta više energije od izgaranja ugljena, nafte ili plina i četiri puta više od fisije, nuklearne energije koja se danas koristi. Neće biti razvijena na vrijeme za borbu protiv klimatskih promjena, ali bi mogla biti rješenje za budućnost.

Obje zemlje su optimistične

Kineska vlada ulaže novac u ovaj pothvat, otprilike milijardu dolara godišnje, ističe Jean Paul Allain, koji vodi Ured za znanost o fuzijskoj energiji ministarstva energetike SAD-a. Za usporedbu, Bidenova administracija troši oko 800 milijuna dolara godišnje, prenosi Index.

Privatne tvrtke u obje zemlje su optimistične i navode da mogu dobiti fuzijsku energiju u javnoj mreži do sredine 2030-ih godina unatoč golemim tehničkim izazovima.

SAD je među prvima u svijetu krenuo s futurističkim potezom, ozbiljno radeći na istraživanju fuzije od ranih 50-ih godina. Kineski pohod na fuziju krenuo je kasnije tog desetljeća. No Kina je ubrzala istraživanja i danas ima više patenta za fuziju nego bilo koja druga zemlja.

Energy Singularity, start-up u Šangaju, samo je jedan primjer kineske warp brzine. Izgradio je vlastiti tokamak u samo tri godine, brže nego što je ikad izgrađen bilo koji usporedivi reaktor. Tokamak je vrlo složen cilindrični stroj, oblikom sličan krafni, koji zagrijava vodik do ekstremnih temperatura, tvoreći plazmu nalik juhi u kojoj se odvija reakcija nuklearne fuzije.

Energy Singularity je nevjerojatno optimističan, i to s razlogom. Privukao je više od 112 milijuna dolara privatnih ulaganja, a njegov trenutni tokamak jedini je koji koristi napredne magnete u eksperimentu s plazmom.

Poznati kao visokotemperaturni supravodiči, magneti su jači od bakrenih koji se koriste u starijim tokamacima. Prema znanstvenicima s MIT-ja koji istražuju istu tehnologiju, oni omogućavaju manje tokamake koji mogu generirati isto toliko fuzijske energije kao i veći. Tvrtka do 2027. planira izgraditi drugu generaciju tokamaka kako bi dokazala da su njezine metode komercijalno održive, a uređaj treće generacije koji može davati struju očekuje prije 2035. godine.

Nasuprot tome, tokamaci u SAD-u su zastarjeli, tvrdi Andrew Holland, izvršni direktor Asocijacije fuzijske industrije sa sjedištem u Washingtonu. Kao rezultat toga SAD se oslanja na strojeve svojih saveznika u Japanu, Europi i Velikoj Britaniji za daljnje istraživanje.

Raste nelagoda u SAD-u

"Nemamo ništa takvo. Laboratorij za fiziku plazme Princeton nadograđuje svoj tokamak već 10 godina. Drugi operativni tokamak u SAD-u, DIII-D, star je 30 godina. U američkim nacionalnim laboratorijima nema modernih postrojenja za fuziju", kaže Holland za CNN.

U američkoj industriji raste nelagoda što Kina pobjeđuje Ameriku. Neki od tokamaka sljedeće generacije koje je Kina izgradila ili planira izgraditi zapravo su kopije američkog dizajna i koriste komponente slične američkima, tvrdi Holland.

"Oni prate što se događa, a zatim preuzimaju vodeću poziciju dominirajući opskrbnim lancem", rekao je Holland i naveo tehnologiju solarnih ploča kao primjer.

Nuklearna fuzija vrlo je složen proces koji uključuje spajanje dviju jezgri koje bi se inače odbijale. Jedan od načina da se to postigne je povećavanje temperature u tokamaku na 150 milijuna Celzijevih stupnjeva, što je 10 puta više od temperature Sunčeve jezgre.

Kada se vežu, jezgre ispuštaju veliku količinu energije u obliku topline, koja se zatim može koristiti za okretanje turbina i proizvodnju energije. SAD je desetljećima bio predvodnik u fuziji, bio je prva nacija koja je primijenila fuzijsku energiju u stvarnom svijetu - u hidrogenskoj bombi.

Početkom 50-ih godina američka vojska testirala je nuklearno oružje u Tihom oceanu. Bomba je bila "pojačana" plinovima koji su stvorili fuzijsku reakciju, što je rezultiralo eksplozijom 700 puta jačom od one u Hirošimi.

Velik izazov

Održavanje nuklearne fuzije na dulje vrijeme puno je izazovnije, a dok Kina juri sa svojim tokamacima, SAD pronalazi prednost u drugoj tehnologiji: laserima.

Krajem 2022. znanstvenici iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore u Kaliforniji ispalili su gotovo 200 lasera na cilindar koji je držao kapsulu goriva veličine zrna papra, u prvom uspješnom eksperimentu na svijetu za generiranje neto povećanja fuzijske energije. To znači da je iz procesa proizašlo više energije nego što je korišteno za zagrijavanje kapsule (iako nisu računali energiju potrebnu za napajanje lasera).

"Ne znamo točno koji će biti najbolji koncept", rekla je Melanie Windridge, fizičarka plazme iz Ujedinjenog Kraljevstva i izvršna direktorica Fusion Energy Insightsa, organizacije za praćenje fuzijske industrije. U konačnici bi moglo postojati nekoliko održivih pristupa za fuzijsku energiju, ali tokamak je najbolje istraženi koncept, rekla je Windridge: "S vremenom je u njega uloženo najviše istraživanja tako da je najnapredniji u smislu fizike."

Uz novac koji Kina ulaže u istraživanje koncept tokamaka brzo se razvija. Kineski EAST tokamak u Hefeiju držao je plazmu stabilnom na 70 milijuna Celzijevih stupnjeva više od 17 minuta, što je svjetski rekord i objektivno zapanjujući napredak.