Появится ли термоядерное электричество в сети в ближайшие 10 лет?

О потенциале термоядерной энергии говорят уже лет сто, но пока человечество так и не получило дешевую и чистую энергию, которая могла бы раз и навсегда решить энергетический вопрос. Совсем скоро эта мечта все-таки станет реальностью, считает Мелани Уиндридж, директор британского отделения Ассоциации участников освоения термоядерного синтеза и консультант по коммуникациям частной компании Tokamak Energy. Об этом она рассказала в бюллетене МАГАТЭ. С разрешения издания приводим беседу с небольшими сокращениями.

— Есть старая шутка, что термоядерный синтез — ​это такая технология, для которой всегда нужно еще 30 лет.

— Эта классическая шутка немного печальная — ​на самом деле определенные достижения уже есть. Налицо различные факторы, позволяющие ускорить прогресс в области термоядерного синтеза. Во-первых, наука продвинулась вперед, теперь у нас есть хорошее понимание физики плазмы, и с помощью таких концептуальных разработок, как токамаки, удалось запустить термоядерные реакции. Кроме того, появились новые технологии. Высокопроизводительные вычисления позволили усовершенствовать процессы имитации и моделирования плазмы. Искусственный интеллект и машинное обучение содействуют оптимизации и управлению операциями. Высокотемпературные сверхпроводники могут создавать гораздо более сильные магнитные поля для более надежного удержания термоядерного топлива.

Существующие сегодня гораздо более мощные и эффективные лазеры могут подстегнуть развитие инерционного термоядерного синтеза, а достижения в области промышленного производства — ​помочь снизить стоимость экспериментов и будущих термоядерных электростанций.

Важно отметить, что общественность проявляет все больший интерес к техническим решениям, помогающим в борьбе с изменением климата, и правительства устанавливают целевые показатели по нулевым выбросам. Вопросами термоядерного синтеза занимается также частный сектор, который на сегодняшний день смог привлечь инвестиции на сумму примерно 2 млрд долларов. В Ассоциацию участников освоения термоядерного синтеза входят примерно 25 членов, и даже нефтегазовые компании начинают проявлять интерес к термояду.

— Для решения проблемы изменения климата многие страны стремятся добиться крупномасштабной декарбонизации к 2030 году и углеродной нейтральности к 2050‑му. Не слишком ли поздно появится термоядерная энергетика, чтобы что-то изменить хотя бы к середине века?

— Русский физик Лев Арцимович однажды сказал: «Термоядерная энергетика появится тогда, когда станет действительно необходима человечеству». Я думаю, так и есть. В идеале хорошо бы было решить проблему термоядерного синтеза 30 лет назад, тогда сегодня эта технология была бы готова к массовому внедрению. Но в прошлом еще не созрели условия для осуществления термоядерного синтеза и не существовало надлежащих стимулов и возможностей.

Даже если термоядерная энергетика не появится к тому времени, чтобы внести свой вклад в достижение целей, поставленных на 2050 год, она будет востребована во второй половине века, когда спрос на энергию вырастет еще сильнее. Но нам нужно приложить максимальные усилия уже сейчас, чтобы полученная при помощи термоядерного синтеза электроэнергия поступила в распределительные сети раньше 2050 года.

— Какие препятствия могут сдерживать развитие технологии и как их можно преодолеть?

— Существует целый ряд трудностей на разных этапах. Первая задача — ​получение в процессе термоядерной реакции большего количества энергии, чем мы в нее вкладываем. Мы называем этот рубеж равновесием. После превышения точки равновесия нам нужно будет построить пилотную станцию, которая сможет вырабатывать электроэнергию. Как только это увенчается успехом, можно планировать коммерческое развертывание.

Для перехода от равновесия к получению первого электричества необходимо решить такие технические задачи, как способы извлечения энергии и «размножение» трития. Условия, в которых происходит термоядерный синтез, также представляют сложности с точки зрения выбора материалов. Для него требуется экстремальный нагрев и охлаждение, если вы используете сверхпроводящие магниты, а также сильные магнитные поля. Однако энергетические нейтроны представляют собой наибольшую проблему, поскольку они могут быть очень деструктивными для материалов. Весьма вероятно, что нам придется время от времени заменять некоторые компоненты электростанций, поэтому нужно сконструировать такой агрегат, в котором это можно было бы делать быстро, легко и экономично.

Помимо физических и инженерных вопросов сообщество термоядерного синтеза также должно решить с правительствами вопросы регулирования, чтобы, когда мы будем готовы к строительству, не возникло препятствий для лицензирования. Наконец, существует такой аспект, как общественное признание, обеспечение того, чтобы люди тоже поддерживали развитие термоядерной энергетики. Нам нужно думать обо всех этих проблемах и говорить о них уже сейчас. Именно этим мы и занимаемся.

— Почти 800 млн человек на планете не имеют надежного доступа к электроэнергии. Является ли термоядерный синтез решением для этих людей?

— Когда в 1985 году в Женеве в ходе знаменитой встречи у камина Рейган и Горбачев задумали международный проект в области термоядерного синтеза, ИТЭР, они заявили, что хотели бы обеспечить энергией термоядерного синтеза все человечество, и эта цель остается актуальной. В рамках ИТЭР планируется открытая для всех стран образовательная программа, направленная на подготовку перспективных кадров в области термоядерного синтеза. Это важная задача, если мы планируем внедрить термоядерную энергетику по всему миру.

В настоящее время начинает формироваться сотрудничество между государственным и частным секторами, призванное снизить затраты и разделить риски. В развивающихся странах это сотрудничество будет иметь особенно важное значение и, вероятно, потребует межправительственной помощи.

КОНТЕКСТ

Инвестиции в частные термоядерные технологии составили в 2021 году 2,83 млрд долларов. Такие данные приводит портал Global Fusion Industry, основываясь на отчете Ассоциации термоядерной отрасли (Fusion Industry Association, FIA), составленном при поддержке компании Trinomics и Еврокомиссии. В отчете приведены сведения о 33 частных компаниях, работающих в области термоядерного синтеза. Шесть из них получили по более чем 200 млн долларов инвестиций. Опрос топ-менеджеров этих компаний показал: 93 % считают, что термоядерное электричество появится в сети не позднее 2040 года. В 2021 году таких оптимистов было 83 %.