تبدو قرية كولهام القديمة ، التي تقع في منحنى نهر التايمز غرب لندن ، نقطة انطلاق غير محتملة للمستقبل. ولكن في العام المقبل ، سيبدأ البناء هنا في مبنى لامع من الزجاج والفولاذ يمكن أن يضم ما يعتبره كثير من الناس تقنية أساسية لتلبية الطلب على الطاقة النظيفة في القرن الحادي والعشرين وما بعده.
الاندماج النووي الذي تعرض للسخرية منذ فترة طويلة باعتباره احتمالًا لا يزال بعيدًا عن 30 عامًا ، يبدو أخيرًا أنه يقترب من الجدوى التجارية. يوجد الآن أكثر من 30 شركة اندماج خاصة على مستوى العالم ، وفقًا لمسح أجرته جمعية Fusion Industry Association (FIA) في واشنطن العاصمة ، والتي تمثل الشركات في هذا القطاع ؛ تقول الشركات الـ18 التي أعلنت عن تمويلها أنها جذبت أكثر من 2.4 مليار دولار أمريكي في المجموع ، تقريبًا بالكامل من الاستثمارات الخاصة .مفتاح هذه الجهود هو التقدم في أبحاث المواد والحوسبة التي تمكّن تقنيات أخرى غير التصميمات القياسية التي سعت الوكالات الوطنية والدولية إلى اتباعها لفترة طويلة.
أحدث مشروع في كولهام مركز أبحاث الاندماج في المملكة المتحدة منذ عقود – هو مصنع تجريبي لشركة General Fusion (GF) ، وهي شركة مقرها في برنابي ، كندا. ومن المقرر أن يبدأ العمل في عام 2025 ، وتهدف الشركة إلى بيع مفاعلات في أوائل 2030. يقول كريس موري ، الرئيس التنفيذي لشركة GF ، “سيكون أول عرض توضيحي واسع النطاق يتعلق بمحطة توليد الكهرباء” – ما لم يكن منافسوها يقدمون خدماتهم في وقت أقرب.
يوضح النموذج الأولي لمصنع GF ، الذي صممه المهندس المعماري البريطاني أماندا ليفيت ، الطريقة التي تحولت بها أبحاث الاندماج من الشركات العملاقة الممولة دوليًا أو حكوميًا إلى شؤون أنيقة واعية بالصورة تقودها الشركات الخاصة ، غالبًا بدعم من الدولة. (سيتلقى GF بعض التمويل من حكومة المملكة المتحدة ؛ ولم يكشف عن المبلغ.)
في هذا الصدد ، يقول المدافعون عن تكنولوجيا الاندماج إن لها العديد من أوجه الشبه مع صناعة الفضاء. كان ذلك أيضًا محصوراً في السابق بالوكالات الحكومية ولكنه يستفيد الآن من دافع وخيال المشاريع الخاصة الذكية (وإن كانت في كثير من الأحيان مدعومة من الدولة). هذه هي “لحظة سبيس إكس للاندماج” ، كما يقول موري ، مشيرًا إلى شركة رحلات الفضاء إيلون ماسك في هوثورن ، كاليفورنيا.
يقول توماس كلينجر ، المتخصص في الاندماج في معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما (IPP) في جرايفسفالد بألمانيا: “لقد تغير المزاج”. “يمكننا أن نشم أننا نقترب.” يشعر المستثمرون بالاحتمال الحقيقي للعائدات على أموالهم: Google وبنك الاستثمار Goldman Sachs في مدينة نيويورك ، على سبيل المثال ، من بين أولئك الذين يمولون شركة الاندماج TAE Technologies ، ومقرها Foothill Ranch ، كاليفورنيا ، والتي جمعت حوالي 880 مليون دولار. يقول بوب مومجارد ، الرئيس التنفيذي لشركة Commonwealth Fusion Systems (CFS) ، ومقرها في كامبريدج ، ماساتشوستس: “بدأت الشركات في بناء الأشياء على مستوى ما يمكن أن تبنيه الحكومات”.
ومثلما تتحقق الرحلات الفضائية الخاصة الآن ، يتوقع العديد من مراقبي الصناعة أن نموذج الأعمال نفسه سيؤدي إلى اندماج تجاري – وهو أمر ضروري لإزالة الكربون من اقتصاد الطاقة – في غضون عقد من الزمن. يقول ميشيل بيندرباور ، الرئيس التنفيذي لشركة TAE Technologies ، “هناك فرصة جيدة جدًا للوصول إلى هناك في غضون أقل من عشر سنوات”. في تقرير الاتحاد الدولي للسيارات ، اعتقد غالبية المستجيبين أن الاندماج سيشغل شبكة كهربائية في مكان ما في العالم في ثلاثينيات القرن الحالي.
قال العديد من باحثي الاندماج الذين لا يعملون لدى شركات خاصة لمجلة Nature ، إنه على الرغم من أن التوقعات مثيرة بلا شك ، فإن الاندماج التجاري خلال عقد من الزمان مفرط في التفاؤل. يقول توني دوني ، مدير برنامج اتحاد Eurofusion الذي يُجري تجارب في شركة Joint European Torus التي تديرها الدولة ، والتي تم إنشاؤها في كولهام في أواخر السبعينيات. “لقد ذكروا جميعًا باستمرار أنهم على بعد حوالي عشر سنوات من عمل مفاعل اندماج ، وما زالوا يفعلون ذلك.”
تقول ميلاني ويندريدج ، عالمة فيزياء البلازما ومديرة الاتصالات في الاتحاد الدولي للسيارات في المملكة المتحدة ، ومستشارة الاتصالات لشركة الاندماج Tokamak Energy ، في كولهام ، إن الجداول الزمنية التي يجب أن تُشروعها الشركات لا ينبغي اعتبارها مجرد وعود ولكن باعتبارها تطلعات تحفيزية. تقول: “أعتقد أن الأهداف الجريئة ضرورية”. من المحتمل أيضًا أن تكون هناك حاجة إلى دعم الدولة لبناء محطة طاقة اندماجية تقوم بالفعل بتغذية الكهرباء إلى الشبكة ، كما يضيف إيان تشابمان ، الرئيس التنفيذي لهيئة الطاقة الذرية في المملكة المتحدة (UKAEA).
ولكن سواء جاء ذلك من مؤسسة خاصة صغيرة الحجم ، أو مشروعات اندماج وطنية أو دولية ضخمة ، أو قليلًا من كليهما ، يبدو أن الاندماج النووي العملي يلوح في الأفق أخيرًا. يقول تشابمان: “أنا مقتنع بأن ذلك سيحدث”. يوافقه الرأي كريس كيلسال ، الرئيس التنفيذي لشركة توكاماك إنرجي. يقول: “عاجلاً أم آجلاً سيصدع هذا”.
السبعين عاما من الحلم
يقول كلينجر إن الاندماج النووي هو “مصدر الطاقة الأساسي الوحيد المتبقي في الكون” والذي لم نستغله بعد. منذ أن تم تسخير العملية التي تمد النجوم بالطاقة في الخمسينيات من القرن الماضي لصنع القنابل الهيدروجينية ، كان علماء التكنولوجيا يحلمون بفتحها بطريقة أكثر تحكمًا لتوليد الطاقة.
تستخدم محطات الطاقة النووية الحالية الانشطار: إطلاق الطاقة عند تحلل الذرات الثقيلة مثل اليورانيوم. على النقيض من ذلك ، ينتج الاندماج الطاقة عن طريق دمج نوى خفيف جدًا ، عادةً الهيدروجين ، والتي يمكن أن تحدث فقط في درجات حرارة وضغوط عالية جدًا. تتضمن معظم الجهود لتسخيرها في المفاعلات تسخين نظائر الهيدروجين الديوتيريوم (D) والتريتيوم (T) حتى تشكل بلازما – حالة سائلة من المادة تحتوي على ذرات مؤينة وجزيئات مشحونة أخرى – ثم تنصهر بالنسبة لهذه النظائر ، يبدأ الاندماج عند درجات حرارة وكثافة أقل من الهيدروجين العادي.
يولد اندماج D – T بعض الإشعاع على شكل نيوترونات قصيرة العمر ، ولكن لا توجد نفايات مشعة طويلة العمر ، على عكس الانشطار. كما أنه أكثر أمانًا من الانشطار لأنه يمكن إيقاف تشغيله بسهولة: إذا تم إحضار البلازما إلى ما دون العتبات الحرجة لدرجة الحرارة أو الكثافة ، فإن التفاعلات النووية تتوقف.
ومع ذلك ، فإن ما يجعل الأمر صعبًا للغاية في إجراء بطريقة مضبوطة هو التحدي المتمثل في احتواء البلازما المشحونة كهربائيًا التي تخضع للانصهار عند درجات حرارة تبلغ حوالي 100 مليون كلفن – أكثر سخونة بكثير من مركز الشمس. بشكل عام ، يستخدم الباحثون المجالات المغناطيسية لحصر ورفع البلازما داخل المفاعل. لكن عدم الاستقرار في هذا السائل الجهنمي يجعل عملية الاحتواء صعبة للغاية ، وقد حالت حتى الآن دون استمرار الاندماج لفترة كافية لاستخراج طاقة أكثر مما يتم وضعه لتحريكه.
هذا بالضرورة علم كبير ، وحتى هذا القرن ، كانت المشاريع التي تديرها الدولة فقط هي التي يمكنها حشد الموارد. ينعكس حجم المشروع اليوم في أكبر جهد اندماجي في العالم: ITER ، وهو مفاعل اندماج يتم بناؤه في جنوب فرنسا وتدعمه 35 دولة ، بما في ذلك الصين والدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة وروسيا وكوريا الجنوبية واليابان ، بسعر لا يقل عن 22 مليار دولار.
على الرغم من أنه من المقرر إجراء التجارب الأولى في عام 2025 ، لم تتم جدولة اندماج D-T الكامل حتى عام 2035 ، بهدف الاستخراج المستمر للطاقة 500 ميجاوات – مقارنة بإنتاج محطة طاقة متواضعة تعمل بالفحم – مع وضع 50 ميجاوات في المفاعل. (تشير هذه الأرقام فقط إلى الطاقة التي يتم إدخالها مباشرة إلى البلازما واستخراجها منها ؛ وهي لا تأخذ في الاعتبار العمليات الأخرى مثل احتياجات الصيانة أو عدم كفاءة تحويل ناتج حرارة الاندماج إلى كهرباء.)
سلسلة أخرى من المفاعلات الكبيرة قد تتبع ITER: الصين ، التي لديها ثلاثة مفاعلات اندماج تغذي النتائج في ITER ، تخطط لمفاعل اختبار هندسة الانصهار الصيني (CFETR) في 2030 ، وتقترح كل من كوريا الجنوبية والاتحاد الأوروبي بناء محطات طاقة تجريبية تلى ذلك من ITER.
لن تنجح الجهود الوطنية والدولية الكبيرة قريبًا بما يكفي لتمكين إزالة الكربون اللازمة لمواجهة تغير المناخ ، على الرغم من أنه من المتوقع أن يصبح الاندماج جزءًا رئيسيًا من اقتصاد الطاقة في النصف الثاني من القرن. لكن الشركات الخاصة تأمل في الحصول على أجهزة عاملة وبأسعار معقولة في وقت أقرب.
اضف تعليق