Nach der Schätzung der aktuellen weltweiten Energieverbrauchsrate kann die Kernfusionsenergie auf der Erde für mehr als 10 Milliarden Jahre genutzt werden.Im Prinzip kann Fusionsenergie eine unerschöpfliche kohlenstofffreie Energiequelle werden War schon immer der langfristige Traum der Menschen.
Am Massachusetts Institute of Technology brodelt ein neues Forschungsprojekt im Wert von 30 Millionen US-Dollar, das sich der Verbreitung der Kernfusionstechnologie verschrieben hat.
Ziel des Projekts ist die Errichtung des ersten echten Kernkraftwerks der Welt, dessen Leistung mit 200 Megawatt mit den meisten modernen kommerziellen Kraftwerken vergleichbar ist: Der Bau von Fusionskraftwerken ist Berichten zufolge schnell und risikoarm und kann innerhalb von 15 Jahren abgeschlossen werden. .
Abbildung Kernfusion wird als die ultimative Energiequelle gesehen
Anders als üblich entschied sich das MIT für eine Partnerschaft mit einem Startup namens Commonwealth Fusion Systems (CFS), um ein solches Kraftwerk zu bauen.Vor kurzem erhielt das Startup 50 Millionen US-Dollar vom italienischen Energieunternehmen Eni. Das gemeinsame Ziel von CFS und MIT besteht darin, die Kommerzialisierung der Fusionsenergie schnell zu realisieren und neue Industrien zu etablieren.
Der Präsident des Massachusetts Institute of Technology, Rafael Reif, freut sich auf diese Zusammenarbeit.
TU-Meister MIT L. Rafael Reif
"Dies ist ein historischer Moment: Fortschritte in der supraleitenden Magnettechnologie haben Fusionen in greifbare Nähe gerückt, die neue Möglichkeiten für diese Art von sicherer, nicht kohlenstoffhaltiger Energie bieten. Die Klimarisiken für die Menschheit steigen, und ich bin sehr glücklich, dass MIT dies tun kann Industrielle Verbündete arbeiten zusammen, um die Energiewende für die Zukunft der Menschheit voranzutreiben ", sagte er.
Es gibt keinen Zweifel über die Auswirkungen und das Potenzial von Fusionsenergie, aber die Frage ist: Wie erreichen wir Fusionsenergie ?, sagte Robert Mumgaard, CEO von CFS. "Der Ansatz besteht darin, die richtige Kombination aus existierender Wissenschaft und Technologie zu finden. Partner und lösen Sie dann das Problem Schritt für Schritt.
Von links nach rechts: Martin Greenwald, stellvertretender Direktor des MIT-Zentrums für Plasmaforschung und Fusion, Dan Brunnama, Chief Technology Officer, CFS, Zach Hartwig, Assistenzprofessor, Fakultät für Nuklearwissenschaften und Ingenieurwissenschaften, CFS Chief Scientific Officer Brandon Solbohm, CFO CEO Bob Mumgard und PSFC Direktor Dennis White
Baue den stärksten supraleitenden Magneten der Welt
Sehr große Energie freigesetzt wird, wenn, wie bekannt, eine Vielzahl von Kernfusion von leichten Kernen ist (wie Deuterium und Tritium) kombinieren in schwerere Kerne (z.B. Helium) Verfahren wird enorme Energie von der Sonne Fusionsreaktionen erzeugt wird. Sobald erreicht werden kann, wenn Kernfusion gesteuert wird, ist es seit langem durch menschliche Energiefragen geplagt werden vollständig gelöst.
Allerdings produzieren Fusionsreaktionen Nettoenergie extremen Bedingungen von mehreren hundert Millionen Grad Celsius erforderlich, jedes feste Material nicht so hohen Temperaturen standhalten kann, während das Massachusetts Institute of Technology und CFS hat sich zum Ziel, eine kompakte Fusionsleistung von 100 Megawatt zu bauen ist.
Abbildung Shu CFS-Team
Einer der Schlüsselschritte ist der Aufbau des leistungsstärksten supraleitenden Magneten der Welt.Der supraleitende Magnet ist auch ein wichtiger Bestandteil der kompakten FusionsvorrichtungTokamak.Das supraleitende Material, aus dem der supraleitende Magnet hergestellt ist, ist mit beschichtet钇 - 钡 -Kupferoxid (YBCO) -Verbundstreifen.
Der größte Vorteil von YBCO-Materialien besteht darin, dass sie die Kosten, die Zeit und die organisatorische Komplexität erheblich reduzieren können, die für den Bau eines Netto-Energiefusionsgeräts erforderlich sind, wodurch den Menschen neue Möglichkeiten für den Zugang zu Fusionsenergie geboten werden.
Professor White, der amerikanische Ingenieursprofessor und Direktor der Abteilung für Nuklearwissenschaften und Ingenieurwissenschaften des MIT, sagte, da Magnete die Schlüsseltechnologie für neue Arten von Fusionsreaktoren sind und die Entwicklung von Magneten große Unsicherheit aufweist, zielen die ersten zwei oder drei Jahre auf Elektromagnete. Forschung.
‚Wir glauben, dass der Magnet ermöglicht uns an erster Stelle zu studieren innerhalb von drei Jahren eine zuverlässige Antwort zu bekommen, sondern auch gibt uns große Zuversicht nach vorne zu bewegen, lassen Sie uns Antworten machen zu den wichtigsten Themen: die Möglichkeit der Verwendung von Magnetfeldern einzuschließen Plasma-Programm war eine netto-Energie? ‚, sagte White.
Die Wirkung dieses supraleitenden Magneten ist sehr erwartet, die ein Magnetfeld wird 4 mal die bestehende Fusionsvorrichtung des Magnetfeldes erzeugt, die die Kraft von der gleichen Größe Tokamak Gerät macht mehr als das 10-fache erhöht.
Massachusetts Institute of Technology und CFS Elektro Forschung Supraleitungs wird erwartet, dass innerhalb von drei Jahren abgeschlossen ist, zu welchem Zeitpunkt sie diesen supraleitenden Magnetentwurf wird verwenden und ein kompakte Fusion experimentelles Gerät SPARC bauen.
Fig Shu SPARC schematisches Tokamak-Gerät. SPARC ein starkes magnetisches Feld unter Verwendung einer Hochtemperatur-Supraleiters Einrichtung eine gesteuerte Plasmafusion wird erwartet, dass eine Netto-Energieabgabe von einem Stapel werden,
Meilensteine Fusionstechnologie Herausforderung
Sobald die Magnet-Technologie abgeschlossen ist, wird das nächste Aufgabe des Teams eine einfache Weiterentwicklung des bestehenden Tokamak auf.
Tokamak hat Jahrzehnte der Forschung und Verbesserung unterzogen, SPARC ist eine Weiterentwicklung des Tokamak, die MIT Forschung zu dieser Arbeit in den 1970er Jahren begann, von der Bruno Kirby (Bruno Coppi) und Ron Parker (Ron Parker) zwei Professoren starke magnetische Fusionsversuchsanordnung führten sie am mIT studiert hat im Einsatz seitdem, und viele Aufzeichnungen Fusion Wissenschaft geschaffen.
Derzeit beträgt die thermische Nennleistung des kompakten Fusions-Experimentalgeräts SPARC 100 Megawatt Obwohl die thermische Leistung nicht vollständig in elektrische Energie umgewandelt werden kann, reicht es aus, eine kleine Stadt mit einem 10-Sekunden-Impuls zu betreiben. Zweimal erreicht es auch den technischen Meilenstein der Fusion: Nettoenergieausstoß.
Es ist nicht schwierig, die Kernfusionsreaktion zu realisieren, aber das größte Problem bei Fusionsreaktoren besteht derzeit darin, dass die Eingangsenergie größer ist als die Ausgangsenergie, was bedeutet, dass die verbrauchte Energie die durch die Fusionsreaktion freigesetzte Energie übersteigt. Prozess.
Basierend auf SPARC werden die Wissenschaftler in der Lage ein neues Kernkraftwerk doppelt so groß zu bauen, kann es einen Netto-Energieertrag im Geschäft zu erreichen, und würde den ultimative Beweis für kommerzielles Fusionsreaktor Design und Konstruktion.
Die andere Schicht des Projekts ist, dass es eine ergänzende Studie des großen internationalen Kooperationsprojektes ITER wird.
Tutor Internationaler Thermonuklearer Versuchsreaktor (ITER) Projekt
ITER die größte Fusion experimentelles Gerät der Welt, die derzeit in Südfrankreich gebaut. Wenn dies gelingt, ITER-Fusions Ausgabe im Jahr 2035 erwartet wird, kann nach Hartwig Einführung, Leistung SPARC-Ausgangs ist ITER 1/5, aber es ist Die Größe ist 1/65 von ITER.
Der Energiemarkt braucht ein neues Kooperationsmodell
Seit Jahrzehnten haben Wissenschaftler unter der Unterstützung der Regierung für die Fusionsforschung viel Berufserfahrung gesammelt, darunter die Forschungsarbeiten des MIT von 1971 bis 2016, nämlich Alcator C-Mod und andere experimentelle Studien.
Auf der Grundlage dieser Arbeiten entschied sich das MIT für die Zusammenarbeit mit einem gut finanzierten Startup-Unternehmen, White, Greenwald und Hartwich sagten, dass die Fusion zwar einen großen Beitrag zur Verbesserung der Umwelt geleistet habe, Es braucht Zeit, aber diese gemeinsame Forschung kann die Zeit für den Markteintritt der Fusionstechnologie erheblich verkürzen.
In der Vergangenheit mussten Energie-Start-ups häufig erhebliche Mittel für die Forschung bereitstellen, um neue Energietechnologien auf den Markt zu bringen, denn traditionelle Formen früher Investitionen stehen oft im Gegensatz zu dem langzyklischen und dichten Kapital, mit dem Energie-Investoren vertraut sind.
Aufgrund der besonderen Bedingungen, die für die Herstellung von Fusionsreaktionen erforderlich sind, müssen Forscher in einem gewissen Umfang forschen, weshalb diese akademisch-industrielle Partnerschaft eine notwendige Voraussetzung für die rasche Weiterentwicklung der Fusionstechnologie ist, im Gegensatz zu den drei Ingenieuren in der Werkstatt. Es ist so einfach, eine App zu bauen ", sagte Greenwald.
Die meisten der ersten Investitionen von CFS werden dazu verwendet, die Erforschung der neuen supraleitenden Magnete des MIT zu unterstützen, und natürlich ist das Team zuversichtlich, dass es erfolgreich Magnete entwickeln kann, die den Anforderungen entsprechen.
"Aber das soll nicht heißen, dass dies eine einfache Aufgabe ist", fügte Greenwald hinzu, denn es sei viel Forschungspersonal nötig, um viel zu arbeiten. "Greenwald" wies auch darauf hin, dass ein Team Magnete mit supraleitenden Materialien hergestellt habe In anderen Projekten ist das elektromagnetische Feld doppelt so groß wie für Fusionsreaktoren.Obwohl die Größe des Magneten klein ist, bestätigt es die Machbarkeit des supraleitenden Magnetkonzepts.
Zusätzlich zu den Investitionen in CFS kündigte Eni eine Kooperation mit MITEI an, um die Forschungsvorhaben der PSFC-Fusionstechnologie-Innovationslabore zu unterstützen: In den nächsten Jahren werden die Gesamtinvestitionen in diese Forschungsprojekte 2 Millionen US-Dollar erreichen.
Greenwald sagte: "Unsere Strategie ist es, einen konservativen Physikansatz zu verwenden, der auf der Forschung von Institutionen wie MIT basiert. Wenn SPARC das gewünschte Ziel erreicht, erreicht man eine Nettoenergieproduktion im Maßstab des tatsächlichen Kraftwerks, die die Fusion von Kitty Ho sein wird Kitty Hawk Moment (Warum hatte Kitty Hawk Moments ersten Testflug nach Kitty Hawk in North Carolina 1903)