Het koolstofarm maken van Amerikaanse energie: een agressief marktgestuurd model voor de ontwikkeling van fusiekracht

Het koolstofarm maken van Amerikaanse energie: een agressief marktgestuurd model voor de ontwikkeling van fusiekracht

Onderzoek van de National Academies zegt dat fusie kan helpen om Amerikaanse energie koolstofarm te maken, en roept op tot een publiek-private benadering van de werking van de proeffabriek tegen 2035-40.

Elektriciteit die wordt opgewekt door kernfusiecentrales zou halverwege deze eeuw een belangrijke rol kunnen spelen bij het koolstofarm maken van de energiesector in de VS, zegt een nieuw consensusonderzoeksrapport van de National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, dat ook voor het eerst een reeks uiteenzet. van technische, economische en regelgevende normen en een tijdlijn voor een Amerikaanse fusie-proeffabriek die in de periode 2035-2040 zou beginnen met het produceren van energie.

Om deze belangrijke stap in de richting van commercialisering te bereiken, roept het rapport op tot een agressieve publiek-private inspanning om tegen 2028 een proeffabriekontwerp te produceren dat, wanneer gebouwd, een van de ontwikkelingsbenaderingen kan accommoderen die gericht zijn op het realiseren van het potentieel van fusie als een veilige, koolstofvrije , energiebron op aanvraag.

Deze omvatten wat het het ‘leidende fusieconcept, een met deuterium-tritium gevoede tokamak’ noemt, zoals dat wordt nagestreefd bij MIT-spin-out Commonwealth Fusion Systems (CFS) met steun van het Plasma Science and Fusion Center (PSFC) van het instituut en het Department of Nuclear Science en engineering. Martin Greenwald, adjunct-directeur van de PSFC, merkt op dat “het rapport kan worden gezien als een bevestiging en validatie van de visie die de aanleiding was voor de oprichting van CFS in 2018.” Het nieuwe rapport volgt en vormt een aanvulling op een studie van de National Academies uit 2018 die (ondanks de aanzienlijke wetenschappelijke en technische uitdagingen waarmee fusie nog steeds wordt geconfronteerd) belofte zag in de tokamak-benadering, opriep tot voortzetting van de Amerikaanse deelname aan het internationale ITER-fusie-experiment, en een proeffabriek voorstelde. inspanning.

PSFC-directeur en Hitachi America Professor of Engineering Dennis Whyte hielp bij de ontwikkeling van de nieuwe studie als lid van de National Academies ‘Committee on the Key Goals and Innovation Needed for a US Fusion Pilot Plant, waarin ook vertegenwoordigers van andere universiteiten, nationale laboratoria en particuliere bedrijven. Het zocht een breed scala aan expertise van overheids-, academische en particuliere bronnen, waaronder Amerikaanse nutsbedrijven en energiebedrijven.

“Het belangrijkste”, zegt Whyte, is dat de diverse groep “tot een consensus kwam dat fusie relevant is, en dat deze inspanning belangrijk is.” Drijvende factoren zijn onder meer de toezeggingen van de nutssector om de koolstofemissies de komende decennia diep te verminderen, samen met een combinatie van gelijktijdige synergetische vooruitgang in fusiewetenschap en -technologie, de toepassing van nieuwe bronnen uit gebieden buiten de traditionele fusiegemeenschap, en in het bijzonder de toenemende belangstelling voor particuliere fusieontwikkelaars zoals CFS, die de afgelopen jaren samen ongeveer $ 2 miljard aan financiering hebben ontvangen.

Er is ook een brede spil geweest door een groot deel van de fusieonderzoeksgemeenschap van de natie, weg van een focus op wetenschap en naar een missie van praktische energieproductie. Deze consensus kwam tot uiting in een recent rapport van de Federal Energy Sciences Advisory Committee (FESAC) waarin de natie werd aangespoord om “agressief te handelen in de richting van de inzet van fusie-energie, die de moderne samenleving aanzienlijk zou kunnen aandrijven en tegelijkertijd de klimaatverandering te verzachten”, en suggereerde de ontwikkeling van een proefinstallatie. De nieuwe studie van de National Academies bevordert het concept met details over hoe een succesvolle proeffabriek eruit zou zien.

De auteurs van het rapport gebruikten een marktgestuurde benadering om de kenmerken van de proeffabriek te definiëren, gebaseerd op discussies met nutsbedrijven en andere organisaties in de energiesector die uiteindelijk de bouwers, eigenaren en exploitanten van fusie-opwekkingsinstallaties zouden zijn, zegt Whyte. “Het bepalen van die doelpalen is erg belangrijk, want het legt de technische, regelgevende en economische prestatie-eisen voor de proeffabriek vast”, legt hij uit. “Ze zijn veeleisend, maar dat zouden ze moeten zijn, want dat is wat nodig is om fusie levensvatbaar te maken.”

Die vereisten omvatten een totale kostprijs van de proeffabriek van minder dan $ 5-6 miljard en een opwekkingscapaciteit van ten minste 50 megawatt. Naast het vermogen om betrouwbare, aanhoudende netto-energiewinst en stroomproductie uit fusie te creëren voor steeds langere perioden, zegt het rapport, moet de fabriek ‘kostenzekerheid aan de markt bieden in termen van kapitaalkosten, bouwtijd, controle van radioactief afvalwater, waaronder tritium, de kosten van elektriciteit, en het onderhouds- / bedrijfsschema en de kosten. “

Deze resultaten zouden informatie opleveren voor de daaropvolgende bouw van de eerste commerciële fusie-installaties in de jaren 2040, en vervolgens een bredere verspreiding van fusie-energiefaciliteiten op het net rond het midden van de eeuw, tegen die tijd hebben grote Amerikaanse nutsbedrijven zich gecommitteerd aan een grote reductie van hun energievoorziening. koolstof uitstoot.

Een belangrijke factor op korte termijn bij het bereiken van deze doelen is de vorming van meerdere publiek-private teams om de komende zeven jaar aspecten van de proeffabriek te bedenken en te ontwerpen. Deze omvatten verbeterde fusie-opsluiting en -controle, materialen die bestand zijn tegen de vernietigende temperaturen en spanningen die tijdens fusie worden geproduceerd, methoden om door fusie gegenereerde warmte te extraheren en te gebruiken voor opwekking, en de ontwikkeling van een gesloten splijtstofcyclus. Ze zijn allemaal technisch uitdagend en vereisen ook veel aandacht voor kosten, maakbaarheid, onderhoudbaarheid en andere overwegingen op systeemniveau.

Het combineren van middelen van nationale laboratoria, academische instellingen en de particuliere sector is een goede benadering om deze taken aan te pakken, zegt Martin Greenwald, adjunct-directeur van de PSFC en senior onderzoekswetenschapper. “Technologieën zoals fusie komen op de markt via de particuliere sector, vooral in de VS, en als je eenmaal begrijpt dat je de juiste rollen kunt zien voor overheidslaboratoria die fundamenteel onderzoek kunnen doen, universiteiten die vrij zijn om samen te werken met de particuliere sector, en bedrijven die dat kunnen doen gebruiken hun eigen kapitaal om het werk op te pakken en te commercialiseren. ” Private ruimteprogramma’s zijn een voorbeeld, merkt hij op, met bedrijven die raketten bouwen en NASA-faciliteiten gebruiken voor zaken als testen en lanceren.

“De vraag”, voegt Greenwald toe, “is of we collectief de middelen en investeringen kunnen verzamelen en kunnen uitvoeren op een manier die aan het tempo voldoet. We willen niet zelfgenoegzaam zijn over hoe brutaal dit is, maar we moeten wel moedig zijn als we in de behoefte willen voorzien. “

Bob Mumgaard, chief executive officer van CFS, zegt dat het nieuwe rapport een andere indicatie is van het groeiende momentum van fusie. Naast de twee onderzoeken van de National Academies, de groeiende particuliere investeringen en de door de gemeenschap aangestuurde aanbevelingen van FESAC, wijst hij op de inwerkingtreding van de federale kredietwetgeving in januari waarmee zowel binnenlandse als internationale fusieactiviteiten werden gefinancierd, waaronder de voortdurende deelname aan ITER.

“Voor het eerst in 40 jaar heeft de Amerikaanse regering het beleid om een ​​nieuwe energie-industrie op te bouwen, een heel ecosysteem”, zegt Mumgaard. “De wetgeving heeft veel van de dingen die volgens het rapport van de National Academies vooraf zijn goedgekeurd, goede ideeën zijn, zoals de spil in energietechnologie, de agressievere tijdlijn en het regelen van regelgeving, wat eigenlijk best goed gaat – dat is alles. in de rekening. Het legt de basis voor de brede gemeenschap om dit alles ter harte te nemen en het werk te gaan doen. Het is heel anders dan geïsoleerde bedrijven die hun eigen ding doen, en universiteiten die experimenten uitvoeren, en het is erg snel geweest in termen van hoe deze dingen gewoonlijk gaan. We gaan een heel nieuw tijdperk voor fusie binnen. “

Cecil en Ida Green, emeritus hoogleraar Ernest Moniz, die de Amerikaanse minister van energie was tijdens de regering-Obama, voegt eraan toe: ongelooflijke vooruitgang in de afgelopen jaren in de richting van kernfusie als levensvatbare energiebron – innovatie langs verschillende technologietrajecten, grotendeels ondersteund door particulier kapitaal. Publiek-private partnerschappen kunnen helpen om verschillende van deze technologieën naar demonstraties te brengen in dit decennium, waardoor fusie een cruciale factor kan zijn voor een koolstofvrij elektriciteitsnet vóór het midden van de eeuw. “

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *