Besøkte Helion Energy da Seattle-regionen var dekket av røyk

Torsdag 20. oktober tok jeg en reportasjetur til Everett, Washington, på besøk Helion energi, en fusjonsstartup som har samlet inn nesten 600 millioner dollar fra en rekke relativt kjente Silicon Valley-investorer, inkludert Peter Thiel og Sam Altman. Den har ytterligere 1.7 milliarder dollar i forpliktelser hvis den når visse resultatmål.

Fordi kjernefysisk fusjon har potensialet til å lage ubegrensede mengder ren energi uten å generere noe langvarig atomavfall, kalles det ofte den "hellige gral" for ren energi. Den hellige gral forblir imidlertid unnvikende, fordi gjenskaping av fusjon på jorden på en måte som genererer mer energi som kreves for å antenne reaksjonen og som kan opprettholdes i en lengre periode, har så langt vært uoppnåelig. Hvis vi bare kunne klare å kommersialisere fusjon her på jorden og i stor skala, ville alle våre energiproblemer vært løst, sier fusjonsforkjempere. 

Fusion har også vært i horisonten i flere tiår, bare utenfor rekkevidde, tilsynelatende solid forankret i en tekno-utopi som bare eksisterer i science fiction fantasy-romaner.

Men å besøke Helion Energys enorme arbeidsrom og laboratorium trakk ideen om fusjon ut av det helt fantastiske og inn i det potensielt virkelige for meg. Selvfølgelig betyr "potensielt ekte" ikke at fusjon vil være en kommersielt levedyktig energikilde som driver hjemmet ditt og datamaskinen min neste år. Men det føles ikke lenger som å fly et romskip til Pluto.

Da jeg gikk gjennom de enorme Helion Energy-bygningene i Everett, en i full drift og en fortsatt under bygging, ble jeg slått av hvordan hverdagen alt så ut. Anleggsutstyr, maskineri, strømledninger, arbeidsbenker og utallige romskipslignende komponenter er overalt. Planene blir utført. Villt fremmed utseende maskiner blir konstruert og testet.

For de ansatte i Helion Energy er det deres jobb å bygge en fusjonsenhet. Å gå på kontoret hver dag betyr å sette del A inn i del B og del C, fikle med de delene, teste dem, og så sette dem med flere deler, teste dem, ta de delene fra hverandre, kanskje når noe ikke fungerer som det skal, og deretter sette den sammen igjen til den gjør det. Og deretter flytte til del D og del E.

Datoen for besøket mitt er også relevant for denne historien, fordi den la til et ekstra lag med merkelig-blir-virkelig til min rapporteringsreise. 

Den 20. oktober ble Seattle Everett-regionen dekket av farlige nivåer av brannrøyk. Luftkvalitetsindeksen for Everett var 254, noe som gjør den til den dårligste luftkvaliteten i verden på den tiden, iht. IQAir.

"Flere skogbranner som brant i de nordlige Cascades ble drevet av varme, tørre og vindfulle værforhold. Østlige vinder blusset opp brannene og drev den resulterende røyken vestover mot Everett og Seattle-regionen. Christi Chester Schroeder, Air Quality Science Manager ved IQAir North America, fortalte meg.

Global oppvarming er med på å brenne disse brannene, Denise L. Mauzerall, en professor i miljøteknikk og internasjonale anliggender ved Princeton, fortalte meg.

"Klimaendringer har bidratt til de høye temperaturene og tørre forholdene som har rådet i det nordvestlige Stillehavet i år," sa Mauzerall. "Disse værforholdene, forverret av klimaendringer, har økt sannsynligheten for og alvorlighetsgraden av brannene som er ansvarlige for den ekstremt dårlige luftkvaliteten."

Det var så ille at Helion hadde bedt alle sine ansatte om å holde seg hjemme for første gang noensinne. Ledelsen anså det for farlig å be dem om å forlate husene sine.

Omstendighetene rundt mitt besøk satte opp en ubehagelig kamp. På den ene siden hadde jeg en nyvunnet følelse av håp om muligheten for fusjonsenergi. Samtidig kjempet jeg internt med en dyp følelse av redsel for verdens tilstand.

Jeg var ikke alene om å føle tyngden av øyeblikket. "Det er veldig uvanlig" Chris Pihl, en medgründer og teknologisjef i Helion, sa om røyken.

Pihl har jobbet med fusjon i nesten to tiår nå. Han har sett det utvikle seg fra riket av fysikere akademikere til et felt som følges tett av journalister og samle inn milliarder i investeringer. Folk som jobber med fusjon har blitt de kule barna, underdog-heltene. Når vi kollektivt blåser forbi ethvert realistisk håp om å holde oss innenfor de målsatte 1.5 graders oppvarming og ettersom den globale energietterspørselen fortsetter å øke, er fusjon hjemmet som noen ganger føles som den eneste løsningen.

"Det er mindre en akademisk jakt, en altruistisk jakt, og det blir mer av et overlevelsesspill på dette tidspunktet tror jeg, med hvordan ting går," fortalte Pihl meg mens vi satt i de tomme Helion-kontorene og så ut på en vegg av grå røyk. «Så det er nødvendig. Og jeg er glad den får oppmerksomhet.»

Administrerende direktør og medgründer David Kirtley gikk meg rundt i det enorme laboratorierommet der Helion jobber med å konstruere komponenter til sitt syvende generasjons system, Polaris. Hver generasjon har bevist en kombinasjon av fysikk og ingeniørkunst som er nødvendig for å bringe Helions spesifikke tilnærming til fusjon ut i livet. Den sjette generasjons prototypen, Trenta, ble ferdigstilt i 2020 og viste seg å kunne nå 100 millioner grader Celsius, en viktig milepæl for å bevise Helions tilnærming.

Polaris er ment å bevise blant annet at den kan oppnå netto elektrisitet - det vil si å generere mer enn den forbruker - og den har allerede begynt å designe sitt åttende generasjonssystem, som vil være det første kommersielle systemet. Målet er å demonstrere at Helion kan lage elektrisitet fra fusjon innen 2024 og å ha strøm på nettet innen slutten av tiåret, fortalte Kirtley meg.

Noe av muligheten for å få fusjonsenergi til elektrisitetsnettet i USA avhenger av faktorer Helion ikke kan kontrollere – etablering av regulatoriske prosesser med Nuclear Regulatory Commission, og lisensieringsprosesser for å få nødvendige nettforbindelsesgodkjenninger, en prosess som Kirtley har vært gjennom. fortalt kan variere fra noen få år til så mye som ti år. Fordi det er så mange regulatoriske hindringer som er nødvendige for å få fusjon hektet inn i nettet, sa Kirtley at han forventer at deres første betalende kunder sannsynligvis vil være privatkunder, som teknologiselskaper som har strømkrevende datasentre, for eksempel. Arbeidet med energiselskaper vil ta lengre tid.

En del av Polaris-systemet som kanskje ser mest overjordisk ut for en ikke-fusjonsekspert (som meg) Polaris Injector Test, som er hvordan drivstoffet til fusjonsreaktoren kommer inn i enheten.

Den mest kjente fusjonsmetoden involverer uten tvil en tokamak, en smultringformet enhet som bruker superkraftige magneter for å holde plasmaet der fusjonsreaksjonen kan oppstå. Et internasjonalt samarbeidende fusjonsprosjekt, kalt ITER ("veien" på latin), bygger en massiv tokamak i Sør-Frankrike for å bevise fusjons levedyktighet.

Helion bygger ikke en tokamak. Den bygger en lang, smal enhet kalt en Field Reversed Configuration, eller FRC, og den neste versjonen vil være omtrent 60 fot lang.

Drivstoffet injiseres i korte små støt i begge ender av enheten, og en elektrisk strøm som flyter i en sløyfe begrenser plasmaet. Magnetene skyter sekvensielt i pulser, og sender plasmaene i begge ender til å skyte mot hverandre med en hastighet større enn en million miles per time. Plasmaene knuses inn i hverandre i det sentrale fusjonskammeret hvor de smelter sammen til et supervarmt tett plasma som når 100 millioner grader Celsius. Det er her fusjon oppstår, og genererer ny energi. De magnetiske spolene som letter plasmakompresjonen gjenvinner også energien som genereres. Noe av denne energien resirkuleres og brukes til å lade opp kondensatorene som opprinnelig drev reaksjonen. Den ekstra ekstra energien er elektrisitet som kan brukes.  

Kirtley sammenligner pulseringen av fusjonsmaskinen deres med et stempel.

"Du komprimerer drivstoffet ditt, det brenner veldig varmt og veldig intenst, men bare for en liten stund. Og mengden varme som frigjøres i den lille pulsen er mer enn et stort bål som er på hele tiden,” fortalte han meg. "Og fordi det er en puls, fordi det bare er en liten høyintensitetspuls, kan du gjøre disse motorene mye mer kompakte, mye mindre," noe som er viktig for å holde kostnadene nede.

Tanken er faktisk ikke ny. Det ble teoretisert på 1950- og 60-tallet, sa Kirtley. Men det var ikke mulig å utføre før moderne transistorer og halvledere ble utviklet. Både Pihl og Kirtley så på fusjon tidligere i karrieren og var ikke overbevist om at det var økonomisk levedyktig før de kom til denne FRC-designen. 

En annen vollgrav å krysse: Denne designen bruker et drivstoff som er svært sjeldent. Drivstoffet for Helions tilnærming er deuterium, en isotop av hydrogen som er ganske lett å finne, og helium tre, som er en svært sjelden type helium med ett ekstra nøytron.

"Vi pleide å si at du måtte gå ut i verdensrommet for å få helium tre fordi det var så sjeldent," sa Kritley. For å gjøre det mulig å oppskalere fusjonsmaskinen deres, utvikler Helion også en måte å lage helium tre med fusjon.

Det er ingen tvil om at Helion har mange trinn og prosesser og regulatoriske hindringer før den kan bringe ubegrenset ren energi til verden, slik den har som mål å gjøre. Men slik det føles å gå rundt i et enormt vidåpent laboratorieanlegg - med noen av de største takviftene jeg noen gang har sett - virker det mulig på en måte som jeg aldri hadde følt før. Da jeg gikk ut i røyken igjen den dagen, var jeg så takknemlig for å ha den dosen av håp.

Men de fleste var ikke på turné i Helion Energy-laboratoriet den dagen. De fleste satt fast inne, eller satte seg selv i fare utenfor, ute av stand til å se horisonten, ute av stand til å se en fremtid der å bygge en fusjonsmaskin er en jobb som blir utført som en mekaniker som jobber i en garasje. Jeg spurte Kirtley om kampfølelsen jeg hadde av fortvilelse over røyken og håpet over fusjonsdelene som ble satt sammen.

"Den kognitive dissonansen av noen ganger det vi ser ute i verden, og det vi får til å bygge her, er ganske ekstrem," sa Kirtley.

"For tjue år siden var vi mindre optimistiske med tanke på fusjon." Men nå gløder øynene hans mens han går meg rundt i laboratoriet. «Jeg blir veldig spent. Jeg blir veldig – du kan se – jeg blir veldig energisk.»

Andre unge forskere er også begeistret for fusjon. I begynnelsen av uken da jeg besøkte, var Kirtley på American Physics Society Department of Plasma Physics-konferanse og holdt et foredrag.

"På slutten av foredraget mitt gikk jeg ut og det var 30 eller 40 personer som fulgte med meg, og i gangen snakket vi bare i halvannen time om bransjen," sa han. – Spenningen var enorm. Og mye av det var med yngre ingeniører og forskere som enten er gradsstudenter eller postdoktorer, eller i løpet av de første 10 årene av karrieren, som er veldig spente på hva privat industri gjør.»