Teknologji dhe Inovacion

Startup-et e fuzionit hedhin hapin në realizimin e ëndrrës 10 vjeçare për energji të pastër

Nëse modelet e kompjuterit të Nick Hawker kanë të drejtë, kërcitja e kthetrave të karkalecave pistoletë (pistol shrimp) mban sekretin e energjisë së pakufishme të pastër.
Ndërmarrja e Z. Hawker, First Light Fusion, është një nga rreth njëzet startup-et që po ndjek ëndrrën e gjenerimit të energjisë elektrike duke i ngjeshur atomet së bashku.
Fuzioni (apo Fusion), i teorizuar një shekull më parë dhe që u tregua të jetë i mundur dekada më vonë, është e njëjta fuqi që ndriçon diellin e çdo yll tjetër, si dhe mundëson bombën me hidrogjen. E tërë ajo që kërkohet është forca për të shtypur atomet e vegjël së bashku e për të ndërtuar nga ky bashkim elementë më të mëdhenj- një proces ky që lëshon sasi të mëdha energjie me radioaktivitet të kufizuar dhe pa emetime të gazrave serrë.
Pengesa numër një gjatë këtij procesi është që këto atome e zmbrapsin njëri-tjetrin dhe forca e kërkuar për t’i bashkuar këto atome është tmerrësisht e madhe. Në yje, graviteti e bën këtë punë, por në Tokë duhen gjetur metoda të tjera. Shkencëtarët, tani po ndërtojnë sisteme që i ngjeshin atomet së bashku apo përmes një bombardimi me rreze këto atome të bashkohen. Sfida e tyre qëndron në nxjerrjen dhe marrjen e energjisë më të madhe se energjia që shpenzohet, apo vihet në punë, nga shkencëtarët për të realizuar këtë bashkim atomesh, diçka që gjer më sot askush nuk e ka realizuar.

Oksford, bashkë-themeluesit e First Light me qendër në Angli, Yiannis Ventikos, majtas dhe Nick Hawker, në të djathtë, qëndrojnë sipër një makinerie që ata kanë zhvilluar që mund të shkarkojë deri në 200,000 volt dhe më shumë se 14 milion amperë të energjisë brenda dy mikrosekondave.
FOTO: JEREMIE SOUTEYRAT FOR THE WALL STREET JOURNAL


Shqetësimet për ngrohjen globale kanë sjellë një vëmëndje intensive në një fushë që ishte lënë në harresë për vite me rradhë. Në dhjetor, kongresi Amerikan rriti shpenzimet e hulumtimit për fuzionin, duke e njohur atë si një burim premtues të energjisë të pastër si në mbështetjen e sigurtë të ekonomive të mëdha.
“Nëse ne mund t’a bëjmë fuzionin të fuknsionojë, ai me të vërtetë do të ishte mënyra perfekte e gjenerimit të energjisë,” thotë Steven Cowley, drejtor i Laboratorit të Fizikës “Princeton Plazma”, një pionier në këtë fushë që drejtohet nga Universiteti Princeton.
Princeton dhe shumë laboratorë të tjerë të avancuar po përpiqen t’i bashkojnë izotopet e hidrogjenit duke i mbështjellur ato në një fushë magnetike intensive që i bllokon dhe i bashkon, atomet më njëri tjetrin, duke i ngrohur ato në temperatura 10 herë më të mëdha se në bërthamën e diellit. Gjithë ky eksperiment për krijimin e fushës elektromagnetike që mbështjell atomet e më pas i shtyn ato të bashkohen me njëri tjetrin, pra të kemi proçesin e fuzionit, kërkon shpenzime shumë më të mëdha të energjisë elektrike se energjia e çliruar nga ky bashkim.

Konsorciumi prej 35 vendesh i njohur si ITER po ndërton sistemin më të madh të fuzionit në botë, me një bërthamë reaktori, në formën e një donut, e gjatë 11.3 metra, në jug të Francës.
FOTO: JEAN-PAUL PELISSIER/REUTERS


Për vite me radhë, shkencëtarët besonin se kjo kërkonte reaktorë mjaft të mëdhenj, si dhe elektromagnetë më të rëndë se një balenë blu dhe ngrirës të madhësisë së shtëpisë. Buxhetet ishin në miliarda dollarë për një projekt të këtillë, e kjo bënte që vetëm qeveritë t’i mundësonin eksperimentet e fuzionit.

Një nga “mbështjelljet e fushës poloidale të ITER”, një përbërës thelbësor për krijimin e fushës magnetike të reaktorit.
FOTO: ITER


Por përparimet teknologjike kanë ngritur supozime nëse këto projekte mund të realizohen me shpenzime të pakta. Përparimet në fuqinë llogaritëse të kompjuterave, në makineritë e preçizionit dhe materialeve sintetike i’u ka mundësuar shkencëtarëve të krijojnë reaktorë me një pjesëz të madhësisë dhe kostos së atyre reaktorëve që krijoheshin vetëm disa vite më parë. Madje çmimet e ulëta i kanë bërë të kapshme projektet e fuzionit dhe nga investitorët privatë, duke mundësuar kështu sipërmarrje private në këtë fushë.
Përparimet në modelimin e kompjuterave e sollën në jetë kompaninë “First Light” të Z. Hawker dhjetë vite më parë. E kjo gjatë kohës kur ai po merrte doktoraturën mbi simulimin e mekaninës së fluideve në Universitetin e Oksfordit. Këshilltari i Z. Hawker, Yiannis Ventikos, u intrigua nga flluskat që përplaseshin me njëra tjetrën nën ushtrimin e një forcë të madhe, e ngjashme kjo me ato që prodhoheshin nga përplasja e kthetrave te karkalecave pistoletë. Karkaleci pistoletë përmes përplasjes së kthetrave me njëra tjetrën gjeneron një “plumb flluskë” me të cilën godet prenë dhe e trullos atë. Shkencëtarët në vitin 2001 treguan që shpërthimet nga përplasja e kthetrave prodhonin jo vetëm zhurmë, por edhe presion ekstrem, blic drite (e quajtur kjo “shrimpoluminescense”) dhe temperatura që tejkalonin 5,000 gradë Kelvin.
Fizikantët, dekada më parë e kishin marrë në konsideratë përplasjen e flluskave, të shkaktuara nga shkrepja e kthetrës së karkalecit pistoletë, si nxitje në krijimin e fuzionit, por i’u mungonte fuqia llogaritëse e modelimit apo e matematikës të kësaj çështjeje, kështu që i hodhën sytë në fusha të tjera. Pasi e rishikuan pyetjen duke përdorur algoritme më të përparuara e përpunues të dhënash më të fuqishëm, Z. Haëker dhe Z. Ventikos treguan potencialin për të gjeneruar kushte me temperatura miliona celsius të nevojshme për proçesin e fuzionit.
Sot, First Light ka mbledhur 25 milion £ (32.8 milion dollarë amerikanë) për të ndërtuar makineri për të testuar modelet e saj kompjuterik. Nëse valët e goditjes të krijuara nga makineritë e First Light e mundësojnë krijimin e konditave të ngjashmë me ato që duhet për proçesin e fuzionit, hapi tjetër është ndërtimi i një gjeneratori prototip, potencialisht sa më shpejt e që në 2025-ën.
“Këto gjëra që ishin të paimagjinueshme 10 ose 20 vite më parë tani janë mjaft më të thjeshta,” thotë Jonathan Carling, shefi ekzekutiv i Tokamak Energy, një tjetër startup me qendër afër Oxfordit, të Anglisë.
Tokamak Energy, i cili kohët e fundit mblodhi 67 milion £ (87.3 milion dollarë amerikanë), dhe ka të paktën dy startupe të tjerë në Amerikën e Veriut që gjithashtu synojnë që rreth vitit 2025 të kenë vënë në punë reaktorët e tyre prototipë të fuzionit.
Nëse ndonjë prej startup-eve të mësipërm ka sukses, ai do të shënojë një hap shkencor e historik. Deri tani, udhëheqësi i padiskutueshëm në rrugën drejt arritjes së një reaktori fuzion ishte një konsorcium midis 35 vendeve me qendër në Francën jugore i quajtur ITER. ITER është propozuar për herë të parë në një samit në 1985-ën midis Presidentit të atëhershëm Reagan dhe liderit Sovjetik Mikhail Gorbachev. Projekti ITER sot ka një hapësirë të gjerë në të cilën janë ndërtuar më shumë se dymbëdhjetë godina e është sistemi më i madh në botë për fuzionin.
Projekti, që po kushton më shumë se 20 miliardë dollarë, është dizenjuar për të treguar funksionalitetin e energjisë së fuzionit si dhe për të zhvilluar teknologjitë e saj të nevojshme, por akoma nuk është vënë në punë.
ITER ka planifikuar se do i nisë testimet në 2025-ën dhe do t’a arrijë fuzinonin rreth vitit 2035. Nëse gjithçka shkon mirë, z. Bernard Bigot, drejtues i këtij projekti, parashikon që të tjerët t’a përdorin hulumtimin e ITER për të ndërtuar impiante komerciale të fuzionit në vitet 2050.
Sipërmarrjet private dhe ITER nuk janë të vetmet në këtë garë. Një projekt i ri i qeverisë kineze synon gjenerimin e forcës së fuzionit përpara vitit 2050, sipas Akademisë së Shkencave Kineze.
Suksesi i kësaj arritjeje nga një i porsaardhur në këtë garë, nuk do të thotë se projekti miliarda dollarësh i ITER ishte për asgjë. Zyrtarë në të gjithë industrinë e fuzionit shprehen se përparimet e fundit në këtë fushë nuk do të ishin të mundura pa punën e bërë nga projektet qeveritare si ITER dhe laboratori i Princeton.
“Ne po mësojmë e kemi për të mësuar shumë nga ITER” thotë Bob Mumgaard, shefi ekzekutiv i “Commonwealth Fusion Systems”, një startup me bazë në Boston jashtë MIT-së në fushën e gjenerimit të energjisë përmes fuzionit.
Z. Mumgaard, i cili më parë ka punuar në MIT për hulumtimet e hershme që i janë nevojitur ITER, personifikon kryqëzimin midis laboratorëve dhe startupeve. Ashtu si me komercializimin e projekteve hapësinore, sipërmarrësit e startup-eve i kanë përdorur në avantazhin e tyre hulumtimet e qeverisë në këtë fushë si dhe kanë punësuar ekspertë të qeverisë.
“Ky është një moment i ngjashëm me SpaceX por veçse në fushën e fuzionit”, thotë Christofer Mowry, shefi ekzekutiv i General Fusion, një ndërmarrje me qendër në Vancouver të Kanadasë, duke iu referuar mënyrës sesi Elon Musk filloi me “Teknologjinë e Kërkimit Hapësinor Corp.”, e njohur si SpaceX, duke komercializuar punën e programit hapësinor amerikan. “Pika jonë e fillimit ka si për bazë shkencën e maturuar në këtë fushë.”

Një model shkallë prej 70% i injeksionit plazmatik të General Fusion, një prototip i përbërësit që do të mblidhet në versionin demonstrues të sistemit të bashkimit të kompanisë.
FOTO: KRISTOPHER GRUNERT, WSJ


Qasja e General Fusion – kompresimi mekanik brenda një reaktori sferik duke përdorur pistona të sinkronizuar — u mundësua pjesërisht nga printimi 3-D dhe kontrollet dixhitale industriale, thotë z. Mowry.
Të dy, Commonwealth Fusion në Boston dhe Tokamak Energy në Oxford synojnë të zvogëlojnë reaktorin e formës së ITER në një shkallë në të cilën mund të futet brenda një gjimnaz i vogël duke përdorur elektromagnetë të rinj që janë afërsisht 2% të madhësisë së ITER. Magnetët e rinj janë më pak të kushtueshëm dhe kërkojnë më pak energji në operimin e tyre.
“First Light” i shmang magnetët në proçesin e saj të punës dhe mbështetet më shumë në ngjeshjen fizike që çon në përplasjen e flluskave, e kjo përplasje e planifikuar me përpikmëri nga kompjuterët. Hapat e hedhur në fuqinë përpunuese, shkencën e modelimit dhe atë të mësimit të makinerive (machine learning) kanë ndihmuar në simulimin e valëve verbuese të shpejta të shokut.

Një shkencëtar i General Fusion që monitoron një injeksion plazma në shkallë të vogël.
FOTO: KRISTOPHER GRUNERT, WSJ


Perspektiva e reaktorëve kompakt, e të përballueshëm, që prodhojnë energji të bollshme, por pa gazra serre që studiuesit thonë se kontribuojnë në ndryshimin e klimës, ka ngjallur interesin e investitorëve. 21 startup-et në Shoqatën e Industrisë së Fuzionit, një grup tregtar për të lobuar për mbështetjen e qeverisë dhe legjislacionin e nevojshëm për fuqinë e fuzionit, së bashku kanë mbledhur deri tani plot 1.5 miliardë dollarë, thotë Drejtori Ekzekutiv Andrew Holland.
“General Fusion” në dhjetor mblodhi 65 milion dollarë nga investitorë të ndryshëm, e kjo gjatë raundit të saj të pestë të financimit, e këtu përfshiheshe si investitor e fondi gjigand i investimeve të pasurive sovrane të Singaporit, Temasek. Bill Gates dhe Jeff Bezos i kanë mbështetur financiarisht startup-et e fuzionit përmes fondeve që synojnë transformimin e energjisë. Pak investitorë janë kapitalistë tradicionalë të sipërmarrjeve. Meqenëse shlyerja e këtyre investimeve mund të zgjasë më shumë se një dekadë, investimet sot konsiderohen më së shumti si filantropike, thotë zoti Cowley në Princeton. “Investitorët duan të jenë pjesë e diçkaje që do të ndryshojë botën”, shton ai.
Një çështje që nuk ngjall shqetësim të thellë në këtë projekt është radioaktiviteti. Reaksionet e fuzionit nuk mund të dalin jashtë kontrrollit e të japin efekte kaskadë, nëse një reaktor psh prishet, ashtu siç mund të ndodhë me reaktorët ekzistues të ndarjes bërthamore (nuclear reactors). Kjo pasi pa nxehtësinë dhe presionin e kërkuar për ta mbajtur atë, fuzioni thjesht ndalet. Përbërësit e reaktorit të përdorur në fuzion do të paraqesin pak rrezik, sepse kërkohet vetëm një sasi e vogël e karburantit me radioaktivitet të butë dhe mbetja ka një jetë relativisht të shkurtër. Mbetjet e ndarjes bërthamore (fission waste), të cilat janë shumë më radioaktive, zgjasin për kohë të gjata e të papërcaktuara.
Një tjetër koncensus në të gjithë botën e shkencës së fuzionit është se ai nuk është më një enigmë shkencore. Sot, ai paraqet sfida inxhinierike të pajisjeve, materialeve dhe modeleve që mund të merren me kohën, testimin dhe paratë në krijimin e tij thonë përkrahësit.

“Nuk është më çështje nëse mund të bëhet por kur mund të bëhet.” thotë z. Luce.

General Fusion ndërtoi sistemin e tij të kompresimit të testuar në vitin 2019.
FOTO: KRISTOPHER GRUNERT, WSJ

Copyright © Gazeta “Si”



Më Shumë