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, стремясь к новым крупным достижениям в области глобальных технологий — от 6G-интернета и передового искусственного интеллекта до робототехники следующего поколения. Здесь же небольшой стартап Energy Singularity работает над чем-то необычным: термоядерной энергией.

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

Ядерный синтез — процесс, который питает Солнце и другие звезды, — трудно воспроизвести на Земле. Многие страны освоили ядерный синтез, но поддерживать его достаточно долго для реального использования по-прежнему не удается.

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. В этом десятилетии его не успеют разработать для борьбы с изменением климата, но он может стать решением проблемы потепления в будущем.

По словам Жана Поля Аллена, главы Управления науки о термоядерной энергетике Министерства энергетики США, китайское правительство вкладывает деньги в проект, оценивая ежегодные инвестиции в термоядерный синтез в размере от 1 до 1,5 млрд долларов США. Для сравнения, правительство США тратит около 800 миллионов 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 — чрезвычайно сложный процесс, включающий сжатие двух ядер, которые обычно отталкиваются друг от друга. Один из способов сделать это — повысить 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 с момента основания, что быстрее, чем любой когда-либо построенный реактор. Токамак — чрезвычайно сложная цилиндрическая или тороидальная машина, которая нагревает водород до чрезвычайно высоких температур, образуя плазму, в которой происходит ядерный синтез.

Плазма, удерживаемая в токамаке «Энергетическая сингулярность» во время эксперимента. Фото: Энергетическая сингулярность

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 вкладывает в исследования, концепция токамака стремительно развивается. Китайский токамак EAST в Хэфэе удерживает стабильную плазму при температуре 70 миллионов градусов по Цельсию, что в пять раз выше температуры 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 Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии направили около 200 лазеров на цилиндр, содержащий топливную капсулу размером с горошину перца, что стало первым в мире успешным экспериментом по получению чистой энергии термоядерного синтеза. Энергия, выделяемая в этом процессе, превышает энергию, затраченную на нагрев капсулы.

Часть лазерной системы в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, 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.

«Возможно, не существует единственного способа, и мы не знаем точно, какой из них лучше» для подхода к термоядерной энергии, говорит британский физик-плазматик Мелани Уиндридж. Она сказала, что это зависит от затрат и других факторов в долгосрочной перспективе, но настояла на том, что токамак — наиболее изученная концепция.

Пока китайское правительство вкладывает деньги в термоядерный синтез, США привлекают больше частных инвестиций. По словам Аллейна, за последние три-четыре года частный сектор вложил в термоядерную энергетику 7 миллиардов долларов, причем около 80 процентов этих средств 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 Фыонг (по данным CNN)

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