الصين تقترب من إتقان الطاقة النظيفة اللامتناهية

تحتفل مدينة شنغهاي الصاخبة بالاحتفالات الوطنية بعروض الأضواء المشهورة عالميًا، والتي تضيء ناطحات السحاب بألوان رائعة.

هذا هو المكان الذي يعمل فيه العلماء والمهندسون على مدار الساعة لملاحقة الشيء الكبير القادم في التكنولوجيا العالمية، من إنترنت الجيل السادس والذكاء الاصطناعي المتقدم إلى الروبوتات من الجيل التالي. وهنا أيضًا، تعمل شركة ناشئة صغيرة تدعى Energy Singularity على شيء غير عادي: طاقة الاندماج.

طاقة الاندماج هي الطاقة المنتجة في تفاعلات الاندماج النووي. وهو عكس تفاعل الانشطار المستخدم في مفاعلات الطاقة النووية أو الأسلحة الذرية اليوم.

من الصعب تكرار الاندماج النووي، العملية التي تمد الشمس والنجوم الأخرى بالطاقة، على الأرض. لقد نجحت العديد من البلدان في تحقيق الاندماج النووي، لكن استدامته لفترة كافية للاستخدام في العالم الحقيقي لا يزال بعيد المنال.

مدينة شنغهاي في الليل. الصورة: نيويورك تايمز

يطلق تفاعل الاندماج النووي المتحكم فيه طاقة أكبر بنحو 4 ملايين مرة من حرق الفحم أو النفط أو الغاز، وأكبر بأربع مرات من الانشطار، وهو نوع الطاقة النووية المستخدم اليوم. لن يتم تطويره في الوقت المناسب لمكافحة تغير المناخ خلال هذا العقد، ولكنه قد يكون الحل لمشكلة الاحتباس الحراري في المستقبل.

وتستثمر الحكومة الصينية أموالاً طائلة في المشروع، وتقدر استثماراً سنوياً يتراوح بين مليار و1.5 مليار دولار في الاندماج، وفقاً لجين بول ألين، رئيس مكتب علوم طاقة الاندماج التابع لوزارة الطاقة الأميركية. وبالمقارنة، تنفق الحكومة الأميركية نحو 800 مليون دولار سنويا.

وتشعر الشركات الخاصة في كلا البلدين بالتفاؤل بشأن قدرتها على جلب طاقة الاندماج إلى الشبكة بحلول منتصف ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين، على الرغم من التحديات التقنية الضخمة التي لا تزال قائمة.

توكاماك "الشمس الاصطناعية"

الاندماج النووي هو عملية معقدة للغاية تتضمن ضغط نواتين معًا في العادة يتنافران مع بعضهما البعض. إحدى الطرق للقيام بذلك هي زيادة درجة الحرارة في مفاعل توكاماك إلى 150 مليون درجة مئوية، أي 10 أضعاف درجة حرارة قلب الشمس.

عندما تندمج النوى، تطلق كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء.

قامت شركة Energy Singularity، وهي شركة ناشئة مقرها شنغهاي، ببناء مفاعل توكاماك خاص بها في ثلاث سنوات منذ تأسيسها، وهي أسرع من أي مفاعل تم بناؤه على الإطلاق. التوكاماك هو جهاز أسطواني أو حلقي معقد للغاية يقوم بتسخين الهيدروجين إلى درجات حرارة عالية للغاية، مما يؤدي إلى تكوين بلازما يحدث فيها الاندماج النووي.

بلازما محصورة في مفاعل توكاماك طاقة التفرد أثناء إحدى التجارب. الصورة: تفرد الطاقة

حصلت شركة Energy Singularity على أكثر من 112 مليون دولار من الاستثمارات الخاصة وحققت أيضًا إنجازًا عالميًا هو الأول من نوعه: حيث يعد جهاز التوكاماك الحالي الخاص بالشركة هو جهاز التوكاماك الوحيد الذي يستخدم مغناطيسات متقدمة في تجارب البلازما.

تُسمى هذه المغناطيسات بالموصلات الفائقة عالية الحرارة، وهي أقوى من مغناطيسات النحاس المستخدمة في أجهزة التوكاماك القديمة، مما يسمح لأجهزة التوكاماك الأصغر بتوليد نفس القدر من طاقة الاندماج مثل أجهزة التوكاماك الأكبر، كما يمكنها حصر البلازما بشكل أفضل.

وقالت الشركة إنها تخطط لبناء مفاعل توكاماك من الجيل الثاني لإثبات أن طريقتها قابلة للتطبيق تجاريا بحلول عام 2027، وتتوقع أن يكون لديها جهاز من الجيل الثالث يمكنه توفير الطاقة للشبكة بحلول عام 2035.

بفضل الأموال التي تستثمرها الصين في الأبحاث، يتطور مفهوم التوكاماك بسرعة. نجح مفاعل توكاماك الشرقي الصيني في مدينة هيفاي في الحفاظ على البلازما مستقرة عند 70 مليون درجة مئوية، أي خمسة أضعاف درجة حرارة قلب الشمس، لأكثر من 17 دقيقة، وهو رقم قياسي عالمي واختراق مذهل.

تكنولوجيا الليزر

في حين تتسابق الصين مع مفاعلات توكاماك، تجد الولايات المتحدة ميزة في تكنولوجيا أخرى: الليزر.

في أواخر عام 2022، أطلق العلماء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا ما يقرب من 200 ليزر على أسطوانة تحتوي على كبسولة وقود بحجم حبة الفلفل، وهي أول تجربة ناجحة في العالم لتوليد طاقة الاندماج الصافية. الطاقة المنطلقة من هذه العملية أكبر من الطاقة المستخدمة لتسخين الكبسولة.

جزء من نظام الليزر في مختبر لورانس ليفرمور الوطني، حيث نجح العلماء في "إشعال" تفاعل الاندماج. الصورة: داميان جيميسون

ولا تزال هناك العديد من الطرق الأخرى لتحقيق الاندماج النووي، وتراهن الولايات المتحدة على مجموعة متنوعة من التقنيات.

تقول عالمة فيزياء البلازما البريطانية ميلاني ويندريدج: "قد لا تكون هناك طريقة واحدة فقط، ونحن لا نعرف على وجه التحديد أي طريقة هي الأفضل" للتعامل مع طاقة الاندماج. وقالت إن الأمر يعتمد على التكاليف وعوامل أخرى على المدى الطويل، لكنها أصرت على أن التوكاماك هو المفهوم الأكثر دراسة.

وفي حين تستثمر الحكومة الصينية أموالاً طائلة في مجال الاندماج النووي، نجحت الولايات المتحدة في جذب المزيد من الاستثمارات الخاصة. وقال ألين إن القطاع الخاص أنفق 7 مليارات دولار على مستوى العالم على الاندماج خلال السنوات الثلاث أو الأربع الماضية، حيث جاء حوالي 80% من هذه الأموال من شركات أميركية.

ولكن إذا استمرت الحكومة الصينية في استثمار أكثر من تريليون دولار سنويا، فإن هذا الرقم قد يتجاوز قريبا الإنفاق الأميركي، حتى في القطاع الخاص.

وإذا نجحت هذه الاستثمارات، فإن الاحتفالات الملونة في شنغهاي ستمنح الصين مظهراً جديداً تماماً.

هواي فونج (بحسب سي إن إن)

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