Een nieuw rapport over de ontwikkeling van fusie als energiebron, geschreven op verzoek van de Amerikaanse minister van Energie, stelt voor om een ​​nationale fusiestrategie aan te nemen die nauw aansluit bij de koers die de afgelopen jaren is uitgezet door MIT's Plasma Science and Fusion Centre (PSFC) en privaat gefinancierde Commonwealth Fusion Systems (CFS), een recente MIT-spin-out.

Fusion-technologie heeft lang de belofte gehouden om veilige, overvloedig, koolstofvrije elektriciteit, terwijl ze worstelt om de ontmoedigende uitdagingen te overwinnen van het creëren en benutten van fusiereacties om netto energiewinst te produceren. Maar het consensusstudierapport van de National Academies of Science, Engineering, and Medicine stelt dat fusietechnologie met magnetische opsluiting (een MIT-focus sinds de jaren 1970) nu "voldoende geavanceerd is om een ​​pad voor te stellen om binnen de komende decennia door fusie gegenereerde energie aan te tonen."

Het beveelt de voortzetting van de Amerikaanse deelname aan het internationale ITER-fusieproject aan en "een nationaal programma van begeleidend onderzoek en technologie dat moet leiden tot de bouw van een compacte proeffabriek die elektriciteit uit kernfusie produceert tegen de laagst mogelijke kapitaalkosten."

Die aanpak (waarvan het rapport zegt dat er gedurende meerdere decennia tot $ 200 miljoen aan extra jaarlijkse financiering nodig zou zijn) maakt gebruik van kansen die worden geboden door supergeleidende magneten van de nieuwe generatie, reactormaterialen, simulatoren, en andere relevante technologieën. De commissie legt met name de nadruk op de vooruitgang op het gebied van supergeleidende magneten bij hoge temperaturen die toegang hebben tot hogere velden en kleinere machines. Het rapport beveelt een Amerikaans programma aan om hoogveldmagneten met grote boring te bewijzen. Ze worden gezien als snellere en goedkopere leer- en ontwikkelingscycli dan extreem grote experimenten zoals ITER, die pas in 2025 online komt, terwijl u nog steeds profiteert van de kennis die uit die programma's naar voren komt.

Deze kleinere-sneller-goedkopere benadering is belichaamd in het SPARC-reactorconcept, die werd ontwikkeld door de PSFC en de basis vormt van de agressieve inspanning van CFS om energiewinstfusie tegen het midden van de jaren 2020 te demonstreren en tegen het begin van de jaren 2030 praktische reactorontwerpen te produceren. Deze benadering is gebaseerd op de vergelijkbare conclusie dat hoge-veldmagneten met hoge temperatuur een baanbrekende technologie vertegenwoordigen. Een programma van $30 miljoen tussen CFS en MIT om de supergeleidende magneten met groot veld met grote boring te demonstreren is aan de gang bij MIT en is een belangrijke stap naar een compact fusie-energiesysteem. Ondanks dat een handvol andere privaat gefinancierde fusiebedrijven ongeveer vergelijkbare tijdlijnen hebben aangeboden, het rapport van de National Academies voorziet niet in het verschijnen van demonstratiefusiereactoren tot het tijdsbestek van 2050.

Het rapport bevestigt ook dat de wetenschappelijke onderbouwing van de tokamak-benadering het afgelopen decennium is versterkt, steeds meer vertrouwen geven dat deze aanpak, die de basis vormt van ITER en SPARC, in staat is om netto energiewinst te behalen en de basis te vormen voor een elektriciteitscentrale. Op basis van dit toegenomen vertrouwen beveelt de commissie aan om verder te gaan met technologische ontwikkelingen voor een proefcentrale die stroom op het net zou leveren.

"De Nationale Academies zijn een zeer doordachte organisatie, en ze zijn meestal erg conservatief, " zegt Bob Mumgaard, algemeen directeur van CFS. "We zijn blij om te zien dat ze naar buiten komen met de boodschap dat het tijd is om over te gaan op fusie. en dat compact en zuinig de juiste keuze is. Wij vinden dat ontwikkeling sneller moet gaan, maar het geeft validatie aan mensen die de uitdaging willen aangaan en legt uit wat we in de VS kunnen doen om stroom op het elektriciteitsnet te zetten."

Andreas Holland, directeur van de recent gevormde Fusion Industry Association en Senior Fellow for Energy and Climate bij het American Security Project, merkt op dat de auteurs van het rapport werden belast met het opstellen van "een wetenschappelijk consensusrapport dat de huidige paden weerspiegelt, en het huidige pad is om ITER te bouwen en daar het experimentele proces te doorlopen, terwijl we ondertussen een proeffabriek ontwerpen, DEMO."

De consensus verschuiven naar een snellere weg voorwaarts, voegt Nederland toe, zal experimentele resultaten vereisen van bedrijven zoals CFS. "Daarom is het opmerkelijk dat privaat gefinancierde bedrijven in de VS en over de hele wereld de wetenschappelijke resultaten nastreven die dit zullen bevestigen. En het is zeker belangrijk dat deze studie erop gericht is de door de overheid gebaseerde wetenschappelijke gemeenschap te laten nadenken over een strategisch plan Het moet worden gezien als onderdeel van een startschot voor de fusiegemeenschap die samenkomt en haar eigen proces organiseert."

Of, als Martin Greenwald, adjunct-directeur van de PSFC en een ervaren fusieonderzoeker, plaatst het, "Er is een neiging in onze gemeenschap om ruzie te maken over een 20-jarenplan of een 30-jarenplan, maar we willen onze ogen niet afhouden van wat we de komende drie tot vijf jaar moeten doen. We hebben misschien geen consensus op lange termijn, maar we hebben er een nodig voor wat we nu moeten doen, en dat is de consequente boodschap sinds we het SPARC-project hebben aangekondigd:de bredere gemeenschap erbij betrekken en het initiatief nemen.

"Het belangrijkste voor ons is dat als fusie een impact gaat hebben op de klimaatverandering, we hebben snel antwoorden nodig, we kunnen niet wachten tot het einde van de eeuw, en dat bepaalt het schema. Het privé geld dat binnenkomt helpt, maar publieke financiering moet daarbij aansluiten en dit aanvullen. Elke kant heeft een passende rol. Nationale laboratoria bouwen geen energiecentrales, en particuliere bedrijven doen geen fundamenteel onderzoek."

Hoewel verschillende benaderingen van kernfusie worden nagestreefd in openbare en particuliere organisaties, het rapport van de National Academies richt zich uitsluitend op technologie voor magnetische opsluiting. Dit weerspiegelt de rol van het rapport in de reactie van het ministerie van Energie op een verzoek van het Congres uit 2016 om informatie over de deelname van de VS aan ITER, een magnetische opsluitingsproject. De 19 experts van de rapportcommissie, die twee jaar onderzoek deed, werden ook belast met het onderzoeken van gerelateerde vragen over "hoe de fusiewetenschappen in de VS het beste kunnen worden bevorderd". en "de wetenschappelijke rechtvaardiging en noodzaak voor het versterken van de fundamenten voor het realiseren van fusie-energie, gegeven een mogelijke keuze voor deelname van de VS aan het ITER-project."

De publicatie van het rapport komt op een moment van hernieuwde activiteit en interesse in fusie-energie, met een twintigtal particuliere bedrijven die haar ontwikkeling voortzetten, verhoogde financiering in de meest recente federale begroting, en de oprichting van de Fusion Industry Association om te pleiten voor de gemeenschap als geheel. Maar het rapport waarschuwt dat "de afwezigheid van een langetermijnonderzoeksstrategie voor de Verenigde Staten bijzonder duidelijk is in vergelijking met de plannen van onze internationale partners."

Die situatie kan evolueren. "Anderhalve maand geleden hebben we in DC een heel leuke bijeenkomst van belanghebbenden gehad, en er was veel weerklank bij particuliere bedrijven, de onderzoeksgemeenschap, het ministerie van Energie, en congresmedewerkers van beide partijen, " zegt Greenwald. "Het lijkt alsof er momentum is, hoewel we nog niet precies weten welke vorm het zal aannemen." Hij voegt eraan toe dat de oprichting van een branchevereniging erg nuttig is voor het navigeren en communiceren in Washington.

"We zouden graag zien dat de overheid een rol speelt in dingen die alle fusiebedrijven optillen, zoals laboratoria voor geavanceerde materialen, het proces van warmtewinning uit reactoren, additieve productie, simulaties, en ander gereedschap, ", zegt Mumgaard. "Er zijn veel mogelijkheden voor samenwerking en samenwerking; elk bedrijf heeft een andere mix van partnerschappen, zelfs op personeelsuitwisseling zoals we doen met MIT."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.