Китай приближается к освоению бесконечной чистой энергии

Оживленный город Шанхай отмечает национальные праздники всемирно известными световыми шоу, освещая небоскребы яркими цветами.

Здесь ученые и инженеры работают круглосуточно, чтобы достичь следующего большого прорыва в глобальных технологиях, от 6G-интернета и передового ИИ до робототехники следующего поколения. Здесь также небольшой стартап под названием Energy Singularity работает над чем-то необычным: термоядерной энергией.

Энергия термоядерного синтеза — это энергия, вырабатываемая в реакциях ядерного синтеза. Она противоположна реакции деления, используемой в современных ядерных энергетических реакторах или атомном оружии.

Ядерный синтез, процесс, который питает солнце и другие звезды, трудно воспроизвести на Земле. Несколько стран осуществили ядерный синтез, но поддержание его достаточно долго для реального использования остается неуловимой задачей.

Шанхай ночью. Фото: New York Times

Управляемая реакция ядерного синтеза выделяет примерно в 4 миллиона раз больше энергии, чем сжигание угля, нефти или газа, и в 4 раза больше, чем деление, тип ядерной энергии, используемый сегодня. Она не будет разработана вовремя, чтобы бороться с изменением климата в этом десятилетии, но она может стать решением будущего потепления.

Китайское правительство вкладывает деньги в проект, оценивая, что оно будет инвестировать от 1 до 1,5 млрд долларов в год в термоядерный синтез, по словам Жана Поля Аллена, главы Управления по термоядерной энергетике Министерства энергетики США. Для сравнения, правительство США тратит около 800 млн долларов в год.

Частные компании в обеих странах настроены оптимистично и полагают, что смогут внедрить термоядерную энергетику в энергосистему к середине 2030-х годов, несмотря на огромные технические проблемы, которые еще предстоит решить.

Токамак "Искусственное Солнце"

Ядерный синтез — невероятно сложный процесс, включающий сжатие двух ядер, которые обычно отталкиваются друг от друга. Один из способов сделать это — поднять температуру в токамаке до 150 миллионов градусов по Цельсию, что в 10 раз превышает температуру ядра Солнца.

При слиянии ядер выделяется большое количество энергии в виде тепла, которое затем можно использовать для вращения турбин и выработки электроэнергии.

Шанхайский стартап Energy Singularity построил собственный токамак за три года, быстрее, чем любой реактор, когда-либо построенный. Токамак — это невероятно сложная цилиндрическая или тороидальная машина, которая нагревает водород до чрезвычайно высоких температур, создавая плазму, в которой происходит ядерный синтез.

Плазма удерживается в токамаке Energy Singularity во время эксперимента. Фото: Energy Singularity

Компания Energy Singularity получила более 112 миллионов долларов частных инвестиций и также достигла первого в мире результата: нынешний токамак компании является единственным токамаком, использующим передовые магниты в экспериментах с плазмой.

Эти магниты, называемые высокотемпературными сверхпроводниками, сильнее медных магнитов, используемых в старых токамаках, что позволяет токамакам меньшего размера генерировать столько же энергии термоядерного синтеза, сколько и токамаки большего размера, и они могут лучше удерживать плазму.

Компания заявила, что планирует построить токамак второго поколения, чтобы продемонстрировать коммерческую жизнеспособность своего метода к 2027 году, и рассчитывает получить устройство третьего поколения, которое сможет поставлять электроэнергию в сеть к 2035 году.

Благодаря деньгам, которые Китай вливает в исследования, концепция токамака быстро развивается. Китайский токамак EAST в Хэфэе удерживает плазму на уровне 70 миллионов градусов по Цельсию, что в пять раз горячее ядра Солнца, более 17 минут, что является мировым рекордом и невероятным прорывом.

Лазерная технология

Пока Китай лидирует с реакторами-токамаками, США находят преимущество в другой технологии: лазерах.

В конце 2022 года ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии выстрелили почти 200 лазерами в цилиндр, содержащий топливную капсулу размером с перцовое зерно, что стало первым в мире успешным экспериментом по получению чистой энергии термоядерного синтеза. Энергия, выделившаяся в ходе процесса, превысила энергию, использованную для нагрева капсулы.

Часть лазерной системы в Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе, где ученые успешно «запустили» реакцию термоядерного синтеза. Фото: Дэмиен Джемисон

Существует еще много других способов осуществить ядерный синтез, и США делают ставку на различные технологии.

«Может быть больше одного способа, и мы не знаем точно, какой из них лучший» для подхода к термоядерной энергии, сказала Мелани Уиндридж, плазменный физик из Великобритании. Она сказала, что это будет зависеть от затрат и других факторов в долгосрочной перспективе, но настаивала, что токамак — наиболее изученная концепция.

В то время как китайское правительство вливало деньги в термоядерный синтез, Соединенные Штаты привлекли больше частных инвестиций. По словам Аллейна, в глобальном масштабе частный сектор потратил $7 млрд на термоядерный синтез за последние три-четыре года, причем около 80 процентов поступило от американских компаний.

Но если китайское правительство продолжит инвестировать более 1 триллиона долларов в год, эта цифра вскоре может превзойти расходы США, даже в частном секторе.

И если эти инвестиции окупятся, красочные празднования в Шанхае придадут Китаю совершенно новый облик.

Хоай Фуонг (по данным CNN)

Источник: https://www.congluan.vn/trung-quoc-tien-gan-den-viec-lam-chu-nguon-nang-luong-sach-vo-tan-post313167.html