Cat Clifford, Reporterin für Klimatechnik und Innovation bei CNBC, am 20. Oktober bei Helion Energy.
Das Foto wurde von Jessie Barton, Kommunikation für Helion Energy, mit der Kamera von Cat Clifford aufgenommen.
Am Donnerstag, dem 20. Oktober, unternahm ich eine Berichtsreise nach Everett, Washington, um Helion Energy zu besuchen, ein Fusions-Startup, das fast 600 Millionen US-Dollar von einer Reihe relativ bekannter Investoren aus dem Silicon Valley, darunter Peter Thiel und Sam Altman, gesammelt hat. Es hat weitere 1,7 Milliarden US-Dollar an Verpflichtungen, wenn es bestimmte Leistungsziele erreicht.
Da die Kernfusion das Potenzial hat, unbegrenzte Mengen an sauberer Energie zu erzeugen, ohne langlebigen Atommüll zu erzeugen, wird sie oft als „heiliger Gral“ der sauberen Energie bezeichnet. Der heilige Gral bleibt jedoch schwer fassbar, weil es bisher unerreichbar blieb, die Fusion auf der Erde so nachzubilden, dass mehr Energie erzeugt wird, die zum Zünden der Reaktion erforderlich ist, und die über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Wenn es uns nur gelänge, die Fusion hier auf der Erde und in großem Maßstab zu kommerzialisieren, wären alle unsere Energieprobleme gelöst, sagen Fusionsbefürworter.
Fusion ist auch seit Jahrzehnten am Horizont, gerade außer Reichweite, scheinbar fest verankert in einer Techno-Utopie, die nur in Science-Fiction-Fantasy-Romanen existiert.
David Kirtley (links), Mitbegründer und CEO von Helion, und Chris Pihl, Mitbegründer und Chief Technology Officer von Helion.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Cat Clifford, CNBC.
Aber der Besuch des riesigen Arbeitsbereichs und Labors von Helion Energy brachte die Idee der Fusion aus dem völlig Phantastischen und in das für mich potenziell Reale. Natürlich bedeutet „potenziell real“ nicht, dass die Fusion nächstes Jahr eine wirtschaftlich tragfähige Energiequelle sein wird, die Ihr Zuhause und meinen Computer mit Strom versorgt. Aber es fühlt sich nicht mehr so an, als würde man mit einem Raumschiff nach Pluto fliegen.
Als ich durch die massiven Helion Energy-Gebäude in Everett ging, eines voll funktionsfähig und eines noch im Bau, war ich beeindruckt, wie alltäglich alles aussah. Baugeräte, Maschinen, Stromkabel, Werkbänke und unzählige raumschiffartige Bauteile sind überall. Pläne werden ausgeführt. Wild fremd aussehende Maschinen werden gebaut und getestet.
Das im Bau befindliche Helion Energy-Gebäude soll die Fusionsmaschine der nächsten Generation beherbergen. Die rauchige Atmosphäre ist sichtbar.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Cat Clifford, CNBC.
Für die Mitarbeiter von Helion Energy ist der Bau einer Fusionsanlage ihre Aufgabe. Jeden Tag ins Büro zu gehen bedeutet, Teil A in Teil B und in Teil C zu stecken, mit diesen Teilen herumzuspielen, sie zu testen und sie dann mit weiteren Teilen zusammenzusetzen, diese zu testen, diese Teile auseinanderzunehmen, vielleicht wenn etwas nicht richtig funktioniert, und dann wieder zusammenbauen, bis es funktioniert. Und dann zu Teil D und Teil E übergehen.
Das Datum meines Besuchs ist auch für diese Geschichte relevant, weil es meiner Berichterstattungsreise eine zweite Ebene von Seltsam-wird-Wirklich hinzufügt.
Am 20. Oktober wurde die Region Seattle Everett in gefährliche Mengen von Lauffeuerrauch gehüllt. Der Luftqualitätsindex für Everett betrug 254, was laut IQAir zu dieser Zeit die schlechteste Luftqualität der Welt war.
Das im Bau befindliche Gebäude von Helion Energy zur Unterbringung der Fusionsmaschine der siebten Generation an einem Tag, an dem der Rauch eines Lauffeuers die Sicht nicht einschränkte.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Helion Energy
„Mehrere Waldbrände, die in den nördlichen Kaskaden brannten, wurden durch warme, trockene und windige Wetterbedingungen angeheizt. Ostwinde entfachten die Brände und trieben den entstehenden Rauch nach Westen in Richtung Everett und der Region Seattle“, Christi Chester Schroeder, Air Quality Science Manager bei IQAir North America, sagte mir.
Die globale Erwärmung trägt dazu bei, diese Brände zu schüren, sagte mir Denise L. Mauzerall, Professorin für Umwelttechnik und internationale Angelegenheiten in Princeton.
„Der Klimawandel hat zu den hohen Temperaturen und trockenen Bedingungen beigetragen, die in diesem Jahr im pazifischen Nordwesten vorherrschten“, sagte Mauzerall. “Diese durch den Klimawandel verschärften Wetterbedingungen haben die Wahrscheinlichkeit und Schwere der Brände erhöht, die für die extrem schlechte Luftqualität verantwortlich sind.”
Es war so schlimm, dass Helion zum ersten Mal allen Mitarbeitern gesagt hatte, sie sollten zu Hause bleiben. Das Management hielt es für zu gefährlich, sie aufzufordern, ihre Häuser zu verlassen.
Die Umstände meines Besuchs entfachten einen unangenehmen Kampf. Einerseits hatte ich ein neues Gefühl der Hoffnung in Bezug auf die Möglichkeit der Fusionsenergie. Gleichzeitig rang ich innerlich mit einem tiefen Gefühl der Angst über den Zustand der Welt.
Ich war nicht der einzige, der das Gewicht des Augenblicks spürte. „Es ist sehr ungewöhnlich“, sagte Chris Pihl, Mitbegründer und Chief Technology Officer bei Helion, über den Rauch.
Pihl beschäftigt sich seit fast zwei Jahrzehnten mit der Fusion. Er hat gesehen, wie es sich vom Bereich der Physikakademiker zu einem Feld entwickelt hat, das von Reportern dicht gefolgt wird und Milliarden an Investitionen einsammelt. Leute, die an der Fusion arbeiten, sind zu coolen Kids geworden, zu Underdog-Helden. Da wir gemeinsam jede realistische Hoffnung, innerhalb der angestrebten 1,5 Grad Erwärmung zu bleiben, zunichte machen und der globale Energiebedarf weiter steigt, ist Fusion der Homerun, der sich manchmal wie die einzige Lösung anfühlt.
„Es ist weniger ein akademisches Streben, ein altruistisches Streben, und es wird an diesem Punkt meiner Meinung nach mehr zu einem Überlebensspiel, so wie die Dinge laufen“, sagte Pihl mir, als wir in den leeren Helion-Büros saßen und hinausschauten eine Wand aus grauem Rauch. „Also ist es notwendig. Und ich bin froh, dass es Aufmerksamkeit erregt.“
Wie die Technologie von Helion funktioniert
CEO und Mitbegründer David Kirtley führte mich durch die riesige Laborfläche, in der Helion an der Konstruktion von Komponenten für sein System der siebten Generation, Polaris, arbeitet. Jede Generation hat eine Kombination aus Physik und Technik entwickelt, die erforderlich ist, um Helions spezifischen Ansatz zur Fusion zu verwirklichen. Der Prototyp der sechsten Generation, Trenta, wurde 2020 fertiggestellt und konnte nachweislich 100 Millionen Grad Celsius erreichen, ein wichtiger Meilenstein, um den Ansatz von Helion zu beweisen.
Polaris soll unter anderem beweisen, dass es Nettostrom erreichen kann – das heißt, mehr erzeugen als es verbraucht – und hat bereits mit der Entwicklung seines Systems der achten Generation begonnen, das sein erstes kommerzielles System sein wird. Das Ziel ist es, zu zeigen, dass Helion bis 2024 Strom aus Fusion erzeugen kann, und bis Ende des Jahrzehnts Strom am Netz zu haben, sagte mir Kirtley.
Cat Clifford, Reporterin für Klimatechnik und Innovation bei CNBC, am 20. Oktober bei Helion Energy. Polaris, der siebte Prototyp von Helion, wird hier untergebracht.
Das Foto wurde von Jessie Barton, Kommunikation für Helion Energy, mit der Kamera von Cat Clifford aufgenommen.
Ein Teil der Machbarkeit, Fusionsenergie in das Stromnetz der Vereinigten Staaten zu bringen, hängt von Faktoren ab, die Helion nicht kontrollieren kann – die Einrichtung von Regulierungsprozessen bei der Nuclear Regulatory Commission und Lizenzierungsverfahren, um die erforderlichen Netzverbindungsgenehmigungen zu erhalten, ein Prozess, den Kirtley hat gesagt, kann von einigen Jahren bis zu zehn Jahren reichen. Da so viele regulatorische Hürden notwendig sind, um die Fusion an das Netz zu bringen, erwartet Kirtley, dass ihre ersten zahlenden Kunden wahrscheinlich Privatkunden sein werden, wie beispielsweise Technologieunternehmen mit stromhungrigen Rechenzentren. Die Zusammenarbeit mit Versorgungsunternehmen wird länger dauern.
Ein Teil des Polaris-Systems, das für einen Nicht-Fusionsexperten (wie mich) vielleicht am ausserweltlichsten aussieht, ist der Polaris-Injektor-Test, mit dem der Brennstoff für den Fusionsreaktor in das Gerät gelangt.
Die wohl bekannteste Fusionsmethode beinhaltet einen Tokamak, ein Donut-förmiges Gerät, das superstarke Magnete verwendet, um das Plasma dort zu halten, wo die Fusionsreaktion stattfinden kann. Ein internationales kollaboratives Fusionsprojekt mit dem Namen ITER (“der Weg” auf Latein) baut einen massiven Tokamak in Südfrankreich, um die Realisierbarkeit der Fusion zu beweisen.
Helion baut keinen Tokamak. Es baut ein langes, schmales Gerät namens Field Reversed Configuration oder FRC, und die nächste Version wird etwa 60 Fuß lang sein.
Der Brennstoff wird in kurzen, winzigen Stößen an beiden Enden des Geräts eingespritzt, und ein elektrischer Strom, der in einer Schleife fließt, begrenzt das Plasma. Die Magnete feuern nacheinander in Impulsen und schicken die Plasmen an beiden Enden mit einer Geschwindigkeit von mehr als einer Million Meilen pro Stunde aufeinander zu. Die Plasmen prallen in der zentralen Fusionskammer aufeinander, wo sie zu einem superheißen, dichten Plasma verschmelzen, das 100 Millionen Grad Celsius erreicht. Hier findet eine Fusion statt, die neue Energie erzeugt. Auch die Magnetspulen, die die Plasmakompression ermöglichen, gewinnen die erzeugte Energie zurück. Ein Teil dieser Energie wird recycelt und zum Wiederaufladen der Kondensatoren verwendet, die ursprünglich die Reaktion angetrieben haben. Die zusätzliche Extraenergie ist Strom, der genutzt werden kann.
Dies ist der Polaris Injector Test, bei dem Helion Energy eine Komponente der Fusionsmaschine der siebten Generation baut. Auf jeder Seite des Fusionsgeräts befindet sich eines davon, und hier gelangt der Brennstoff in die Maschine.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Cat Clifford, CNBC.
Kirtley vergleicht das Pulsieren ihrer Fusionsmaschine mit einem Kolben.
“Du komprimierst deinen Treibstoff, er brennt sehr heiß und sehr intensiv, aber nur kurz. Und die Wärmemenge, die in diesem kleinen Impuls freigesetzt wird, ist mehr als ein großes Lagerfeuer, das die ganze Zeit brennt”, sagte er mir. “Und weil es ein Impuls ist, weil es nur ein kleiner Impuls mit hoher Intensität ist, können Sie diese Motoren viel kompakter und viel kleiner machen”, was wichtig ist, um die Kosten niedrig zu halten.
Die Idee ist eigentlich nicht neu. Es wurde in den 1950er und 60er Jahren theoretisiert, sagte Kirtley. Aber es war nicht möglich, es auszuführen, bis moderne Transistoren und Halbleiter entwickelt wurden. Sowohl Pihl als auch Kirtley haben sich früher in ihrer Karriere mit Fusion beschäftigt und waren nicht davon überzeugt, dass es wirtschaftlich machbar ist, bis sie zu diesem FRC-Design kamen.
Ein weiterer Wassergraben zum Überqueren: Dieses Design verwendet einen Brennstoff, der sehr selten ist. Der Brennstoff für Helions Ansatz ist Deuterium, ein Wasserstoffisotop, das ziemlich leicht zu finden ist, und Helium 3, eine sehr seltene Art von Helium mit einem zusätzlichen Neutron.
„Früher mussten wir sagen, dass man in den Weltraum gehen musste, um Helium drei zu bekommen, weil es so selten war“, sagte Kritley. Um die Skalierung ihrer Fusionsmaschine zu ermöglichen, entwickelt Helion auch eine Möglichkeit, Helium 3 durch Fusion herzustellen.
Eine Dosis Hoffnung
Es steht außer Frage, dass Helion viele Schritte und Prozesse und regulatorische Hürden zu bewältigen hat, bevor es der Welt unbegrenzt saubere Energie bringen kann, wie es sein Ziel ist. Aber die Art, wie es sich anfühlt, durch eine riesige, weitläufige Laboranlage zu gehen – mit einigen der größten Deckenventilatoren, die ich je gesehen habe – scheint auf eine Weise möglich zu sein, die ich noch nie zuvor gefühlt habe. Als ich an diesem Tag wieder in den Rauch hinausging, war ich so dankbar, diese Dosis Hoffnung zu haben.
Aber die meisten Leute besichtigten an diesem Tag nicht das Labor von Helion Energy. Die meisten Menschen saßen drinnen fest oder setzten sich draußen einem Risiko aus, konnten den Horizont nicht sehen, konnten keine Zukunft sehen, in der der Bau einer Fusionsmaschine ein Job ist, der ausgeführt wird wie ein Mechaniker, der in einer Garage arbeitet. Ich fragte Kirtley nach dem kämpfenden Gefühl der Verzweiflung angesichts des Rauchs und der Hoffnung beim Zusammenbau der Fusionsteile.
„Die kognitive Dissonanz dessen, was wir manchmal in der Welt sehen und was wir hier bauen können, ist ziemlich extrem“, sagte Kirtley.
“Vor zwanzig Jahren waren wir weniger optimistisch, was die Fusion angeht.” Aber jetzt leuchten seine Augen, wenn er mich durch das Labor führt. „Ich werde sehr aufgeregt. Ich werde sehr – man merkt – ich werde sehr energetisiert.“
Auch andere Nachwuchswissenschaftler sind von der Fusion begeistert. Als ich Anfang der Woche zu Besuch war, hielt Kirtley auf der Konferenz der Abteilung für Plasmaphysik der American Physics Society einen Vortrag.
„Am Ende meines Vortrags ging ich hinaus und es kamen 30 oder 40 Leute mit mir, und im Flur unterhielten wir uns anderthalb Stunden lang nur über die Branche“, sagte er. “Die Aufregung war riesig. Und viele davon bei jüngeren Ingenieuren und Wissenschaftlern, die entweder Doktoranden oder Postdocs sind oder in den ersten 10 Jahren ihrer Karriere wirklich begeistert sind von dem, was die Privatindustrie tut.”
