Гонка за источником энергии будущего ускоряется, и Германия стремится занять лидирующие позиции. Немецкий стартап Focused Energy, базирующийся в Дармштадте, ставит целью стать мировым лидером в строительстве лазерных термоядерных электростанций. Развитие термоядерной энергетики является одним из приоритетов высокотехнологичной повестки дня Германии и Европейского Союза.

Принцип работы и топливо

Технология Focused Energy основана на использовании лазеров для достижения условий, необходимых для термоядерного синтеза. В качестве топлива используются крошечные, диаметром 4 мм, шарики, содержащие изотопы водорода. Эти шарики направляются в реактор, где мощные лазеры с короткими импульсами сжимают их до экстремальных давлений и температур. Этот процесс позволяет высвобождать огромное количество энергии даже при использовании минимального количества топлива. По словам представителей компании, десятикратное повторение этого процесса в секунду способно обеспечить энергией крупную электростанцию.

Ключевым преимуществом данной технологии является использование в качестве основного топлива воды, а все необходимые компоненты для реакции генерируются непосредственно в реакторе. Это делает процесс полностью свободным от выбросов CO2 и независимым от геополитических вопросов, связанных с импортом энергоресурсов.

Строительство и планы

В настоящее время ведется строительство первой в мире лазерной термоядерной электростанции на территории остановленной АЭС "Библис". Компания планирует представить демонстратор лазерного термоядерного реактора в Библисе через 5 лет, построить пилотную электростанцию через 10 лет, а через 15 лет – первую коммерчески конкурентоспособную лазерную термоядерную электростанцию в мире.

Пилотная электростанция в Библисе будет способна производить 1 гигаватт электроэнергии, что достаточно для обеспечения примерно 2 миллионов домохозяйств.

Энергетический микс будущего

К 2050 году ожидается значительный рост доли возобновляемых источников энергии, однако этот рост не сможет полностью удовлетворить растущий мировой спрос на энергию. Термоядерные электростанции рассматриваются как перспективная замена угольным и атомным электростанциям, работающим на принципе деления. Кроме того, существует острая необходимость в декарбонизации авиации, промышленности, теплоснабжения и судоходства, что создает еще больший спрос на новые источники энергии.

Инвестиции и инфраструктура

Немецкая энергетическая компания RWE, один из крупнейших энергетических концернов Европы и владелец АЭС "Библис", инвестировала 60 миллионов евро в стартап Focused Energy. Общая сумма привлеченных средств стартапом составляет 240 миллионов долларов.

Выбор площадки в Библисе обусловлен наличием развитой инфраструктуры, включая сетевое подключение и здания, соответствующие потребностям проекта. Планируется, что пилотная электростанция будет построена в бывшем реакторном блоке А.

Технологические вызовы и критика

Несмотря на оптимизм разработчиков, критики указывают на незрелость технологии и высокую стоимость. Focused Energy, однако, уверена в конкурентоспособности лазерного термоядерного синтеза по сравнению с традиционной атомной энергетикой и возобновляемыми источниками.

В настоящее время на площадке в Библисе строится первая лазерная нейтронная установка, которая будет использоваться для проведения экспериментов в области термоядерного синтеза. Эта установка также сможет проводить испытания материалов, просвечивая объекты и определяя их внутренний состав, что ценно для тестирования компонентов будущих термоядерных реакторов.

Стартап был основан в 2021 году учеными Дармштадтского технического университета. Компания располагает крупнейшей в мире лабораторией по производству топлива для лазерного термоядерного синтеза.

Производство мишеней

Для осуществления термоядерного синтеза необходимо точно доставлять в центр реактора миллионы миниатюрных шариков, наполненных изотопами водорода. В лаборатории Focused Energy ведется работа над созданием технологий для массового производства таких мишеней, включая использование робототехники для одновременного сканирования большого количества мишеней. Каждый миниатюрный шарик должен быть идеальным как внутри, так и снаружи. Корнедин Тум контролирует качество с помощью передовых линз, стекол и микроскопов европейского производства. Рентгеновский микроскоп используется для исследования внутренней структуры шариков без их повреждения.

Безопасность и отходы

По сравнению с ядерной энергетикой, лазерный термоядерный синтез не несет риска неконтролируемой цепной реакции, а радиоактивные отходы имеют более короткий период полураспада. Тем не менее, внутренняя стенка реактора требует замены каждые два года. Разработчики утверждают, что использование специальных, низкоактивируемых сталей позволяет сократить период активации до 60-80 лет, что не представляет значительной проблемы.

Конкурентоспособность Европы

Европа, по мнению представителей Focused Energy, занимает лидирующие позиции в области фотоники, лазерных и оптических технологий. Европейская стекольная промышленность и производители лазеров и оптики играют ключевую роль в мировых исследованиях и производстве микроэлектроники.

Мотивация исследователей

Сотрудники Focused Energy отмечают, что их привлекает возможность работать над сложным, но значимым проектом, который может изменить мир. Они видят в термоядерной энергии решение глобальных проблем, таких как нехватка продовольствия, изменение климата и обеспечение энергией для всех.