Tham quan Helion Energy khi vùng Seattle chìm trong khói lửa

Vào thứ Năm, ngày 20 tháng 10, tôi đã thực hiện một chuyến đi báo cáo đến Everett, Wash., Để thăm Năng lượng Helion, một công ty khởi nghiệp hợp nhất đã huy động được gần 600 triệu đô la từ một loạt các nhà đầu tư tương đối nổi tiếng ở Thung lũng Silicon, bao gồm Peter Thiel và Sam Altman. Nó có thêm 1,7 tỷ đô la cam kết nếu nó đạt được các mục tiêu hiệu suất nhất định.

Vì phản ứng tổng hợp hạt nhân có tiềm năng tạo ra năng lượng sạch vô hạn mà không tạo ra bất kỳ chất thải hạt nhân lâu dài nào, nên nó thường được gọi là “chén thánh” của năng lượng sạch. Chén thánh vẫn khó nắm bắt, tuy nhiên, vì việc tái tạo nhiệt hạch trên trái đất theo cách tạo ra nhiều năng lượng hơn cần thiết để kích hoạt phản ứng và có thể duy trì trong một khoảng thời gian dài cho đến nay vẫn chưa thể đạt được. Nếu chúng ta chỉ có thể quản lý để thương mại hóa phản ứng tổng hợp ở đây trên trái đất và ở quy mô lớn, tất cả các tai ương năng lượng của chúng ta sẽ được giải quyết, những người đề xuất phản ứng tổng hợp nói.

Fusion cũng đã ở trên đường chân trời trong nhiều thập kỷ, chỉ nằm ngoài tầm với, dường như cố thủ vững chắc trong một công nghệ không tưởng chỉ tồn tại trong các tiểu thuyết giả tưởng khoa học viễn tưởng.

Nhưng việc đến thăm không gian làm việc và phòng thí nghiệm khổng lồ của Helion Energy đã kéo ý tưởng về sự hợp nhất ra khỏi điều hoàn toàn viển vông và có khả năng trở thành hiện thực đối với tôi. Tất nhiên, “có khả năng có thật” không có nghĩa là nhiệt hạch sẽ là nguồn năng lượng khả thi về mặt thương mại cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của bạn và máy tính của tôi trong năm tới. Nhưng nó không còn cảm giác giống như đang bay một con tàu vũ trụ đến sao Diêm Vương.

Khi tôi đi qua các tòa nhà Helion Energy đồ sộ ở Everett, một tòa nhà đang hoạt động hoàn toàn và một tòa nhà vẫn đang được xây dựng, tôi bị ấn tượng bởi mọi thứ trông như thế nào trong ngày làm việc. Thiết bị xây dựng, máy móc, dây điện, bàn làm việc và vô số bộ phận linh kiện trông giống như con tàu vũ trụ ở khắp mọi nơi. Các kế hoạch đang được thực hiện. Các máy móc có vẻ ngoài hoang dã đang được chế tạo và thử nghiệm.

Đối với các nhân viên của Helion Energy, việc chế tạo một thiết bị nhiệt hạch là công việc của họ. Đến văn phòng mỗi ngày có nghĩa là đưa phần A vào phần B và sang phần C, mày mò với những phần đó, kiểm tra chúng, sau đó đưa chúng vào các bộ phận khác, kiểm tra chúng, tách các bộ phận đó ra có thể khi có điều gì đó không ổn, và sau đó đặt nó lại với nhau một lần nữa cho đến khi nó đúng. Và sau đó chuyển sang Phần D và Phần E.

Ngày đến thăm của tôi cũng có liên quan đến câu chuyện này, bởi vì nó đã thêm một lớp thứ hai từ kỳ lạ trở thành hiện thực cho chuyến đi báo cáo của tôi.

Vào ngày 20 tháng 10, vùng Seattle Everett chìm trong khói lửa rừng ở mức độ nguy hiểm. Chỉ số chất lượng không khí của Everett là 254, khiến nó trở thành nơi có chất lượng không khí tồi tệ nhất trên thế giới vào thời điểm đó, theo IQAir.

“Một số đám cháy rừng bùng cháy ở phía bắc Cascades được thúc đẩy bởi điều kiện thời tiết ấm, khô và gió. Những cơn gió Lễ Phục sinh làm bùng cháy đám cháy cũng như đẩy đám khói về phía tây về phía Everett và vùng Seattle,” Christi Chester Schroeder, Giám đốc Khoa học Chất lượng Không khí tại IQAir Bắc Mỹ, nói với tôi.

Sự nóng lên toàn cầu đang giúp tiếp lửa cho những đám cháy đó, Denise L. Mauzerallmột giáo sư về kỹ thuật môi trường và các vấn đề quốc tế tại Princeton, nói với tôi.

Mauzerall cho biết: “Biến đổi khí hậu đã góp phần vào nhiệt độ cao và điều kiện khô hạn phổ biến ở Tây Bắc Thái Bình Dương trong năm nay. “Những điều kiện thời tiết này, trở nên trầm trọng hơn do biến đổi khí hậu, đã làm tăng khả năng xảy ra và mức độ nghiêm trọng của các đám cháy, nguyên nhân dẫn đến chất lượng không khí cực kỳ kém.”

Thật tệ là lần đầu tiên Helion đã yêu cầu tất cả nhân viên của mình ở nhà. Ban quản lý cho rằng việc yêu cầu họ rời khỏi nhà là quá nguy hiểm.

Hoàn cảnh của chuyến thăm của tôi đã thiết lập một trận chiến không thoải mái. Một mặt, tôi có một cảm giác hy vọng mới về khả năng của năng lượng nhiệt hạch. Đồng thời, tôi đang vật lộn trong nội tâm với một cảm giác sợ hãi sâu sắc về tình trạng của thế giới.

Tôi không đơn độc khi cảm thấy sức nặng của thời điểm này. “Nó rất bất thường,” Chris Pihl, đồng sáng lập và giám đốc công nghệ tại Helionnói về khói.

Pihl đã làm việc về nhiệt hạch trong gần hai thập kỷ. Ông đã thấy nó phát triển từ lĩnh vực học giả vật lý sang lĩnh vực được các phóng viên theo dõi sát sao và thu về hàng tỷ USD đầu tư. Những người làm việc trong lĩnh vực tổng hợp đã trở thành những đứa trẻ tuyệt vời, những anh hùng kém cỏi. Khi chúng ta cùng nhau thổi bay bất kỳ hy vọng thực tế nào về việc duy trì trong mức nóng lên 1,5 độ mục tiêu và khi nhu cầu năng lượng toàn cầu tiếp tục tăng, phản ứng tổng hợp là giải pháp gia đình đôi khi giống như giải pháp duy nhất.

Pihl nói với tôi: “Đó không phải là một cuộc theo đuổi học tập, một cuộc theo đuổi lòng vị tha, và nó trở thành một trò chơi sinh tồn hơn vào thời điểm này, với cách mà mọi thứ đang diễn ra,” Pihl nói với tôi khi chúng tôi ngồi trong văn phòng Helion trống rỗng nhìn ra một bức tường khói xám. “Vì vậy, nó là cần thiết. Và tôi rất vui vì nó đang được chú ý.”

Giám đốc điều hành và đồng sáng lập David Kirtley đưa tôi đi quanh không gian phòng thí nghiệm rộng lớn, nơi Helion đang làm việc để xây dựng các thành phần cho hệ thống thế hệ thứ bảy, Polaris. Mỗi thế hệ đã chứng minh một số sự kết hợp giữa vật lý và kỹ thuật cần thiết để đưa phương pháp tiếp cận cụ thể của Helion về phản ứng tổng hợp thành hiện thực. Nguyên mẫu thế hệ thứ sáu, Trenta, được hoàn thành vào năm 2020 và được chứng minh có thể đạt tới 100 triệu độ C, một cột mốc quan trọng để chứng minh cách tiếp cận của Helion.

Polaris nhằm chứng minh, trong số những thứ khác, rằng nó có thể đạt được điện ròng – tức là tạo ra nhiều hơn mức tiêu thụ – và nó đã bắt đầu thiết kế hệ thống phát điện thứ tám, đây sẽ là hệ thống cấp thương mại đầu tiên của nó. Mục tiêu là để chứng minh Helion có thể tạo ra điện từ nhiệt hạch vào năm 2024 và có điện trên lưới điện vào cuối thập kỷ này, Kirtley nói với tôi.

Một số tính khả thi của việc đưa năng lượng nhiệt hạch vào lưới điện ở Hoa Kỳ phụ thuộc vào các yếu tố mà Helion không thể kiểm soát – thiết lập các quy trình quản lý với Ủy ban Điều tiết Hạt nhân và các quy trình cấp phép để đạt được các phê duyệt yêu cầu về kết nối lưới điện, một quy trình mà Kirtley có được cho biết có thể từ vài năm đến nhiều nhất là mười năm. Bởi vì có quá nhiều rào cản pháp lý cần thiết để kết nối nhiệt hạch vào lưới điện, Kirtley cho biết ông hy vọng khách hàng trả tiền đầu tiên của họ có khả năng là khách hàng tư nhân, chẳng hạn như các công ty công nghệ có trung tâm dữ liệu đói. Làm việc với các công ty tiện ích sẽ mất nhiều thời gian hơn.

Một phần của hệ thống Polaris có lẽ là kỳ lạ nhất đối với một chuyên gia không nhiệt hạch (như tôi), đó là Thử nghiệm máy phun Polaris, đó là cách nhiên liệu cho lò phản ứng nhiệt hạch sẽ đi vào thiết bị.

Có thể cho rằng phương pháp nhiệt hạch nổi tiếng nhất liên quan đến tokamak, một thiết bị hình bánh rán sử dụng nam châm siêu mạnh để giữ plasma ở nơi phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra. Một dự án tổng hợp hợp tác quốc tế, được gọi là ITER (“con đường” trong tiếng Latinh), đang xây dựng một tokamak khổng lồ ở miền Nam nước Pháp để chứng minh khả năng tồn tại của phản ứng tổng hợp.

Helion không chế tạo tokamak. Nó đang xây dựng một thiết bị dài hẹp được gọi là Cấu hình đảo ngược trường, hoặc FRC và phiên bản tiếp theo sẽ dài khoảng 60 feet.

Nhiên liệu được phun thành những vụ nổ nhỏ ngắn ở cả hai đầu của thiết bị và dòng điện chạy theo vòng dây sẽ hạn chế plasma. Các nam châm bắn tuần tự theo xung, gửi các plasmas ở cả hai đầu bắn về phía nhau với vận tốc lớn hơn một triệu dặm một giờ. Các plasmas đập vào nhau trong buồng nhiệt hạch trung tâm, nơi chúng hợp nhất để trở thành plasma đậm đặc siêu nhanh có nhiệt độ lên tới 100 triệu độ C. Đây là nơi xảy ra phản ứng tổng hợp, tạo ra năng lượng mới. Các cuộn dây từ tính tạo điều kiện cho quá trình nén plasma cũng phục hồi năng lượng được tạo ra. Một phần năng lượng đó được tái chế và sử dụng để sạc lại các tụ điện ban đầu cung cấp năng lượng cho phản ứng. Năng lượng phụ bổ sung là điện có thể được sử dụng.

Kirtley so sánh nhịp đập của cỗ máy nhiệt hạch của họ với một piston.

“Bạn nén nhiên liệu của bạn, nó cháy rất nóng và rất mạnh, nhưng chỉ trong một chút. Và lượng nhiệt tỏa ra trong một xung nhỏ đó còn nhiều hơn một ngọn lửa lớn luôn luôn cháy”, anh ấy nói với tôi. “Và bởi vì nó là một xung, bởi vì nó chỉ là một xung cường độ cao nhỏ, bạn có thể làm cho những động cơ đó nhỏ gọn hơn, nhỏ hơn nhiều”, điều này rất quan trọng để giảm chi phí.

Ý tưởng này thực ra không mới. Kirtley nói rằng nó đã được đưa ra lý thuyết vào những năm 1950 và 60. Nhưng nó không thể thực hiện được cho đến khi các bóng bán dẫn và chất bán dẫn hiện đại được phát triển. Cả Pihl và Kirtley đều xem xét sự hợp nhất sớm hơn trong sự nghiệp của họ và không tin rằng nó có hiệu quả kinh tế cho đến khi họ tìm đến thiết kế FRC này.

Một con hào khác để băng qua: Thiết kế này sử dụng một loại nhiên liệu rất hiếm. Nhiên liệu cho phương pháp tiếp cận của Helion là deuterium, một đồng vị của hydro khá dễ tìm, và helium 3, là một loại heli rất hiếm có thêm một neutron.

Kritley nói: “Chúng tôi từng phải nói rằng bạn phải đi vào không gian vũ trụ để có được helium ba vì nó rất hiếm,” Kritley nói. Để cho phép mở rộng cỗ máy nhiệt hạch của họ, Helion cũng đang phát triển một cách để tạo ra helium ba bằng phản ứng tổng hợp.