Kiinalainen Energy Singularity -yritys on onnistunut hallitsemaan fuusioplasmaa korkean lämpötilan suprajohtavilla magneeteilla.
Energy Singularity ilmoitti plasman onnistumisesta heinäkuussa.
Ensimmäinen plasma ei itsessään ole poikkeuksellinen saavutus, sillä siihen on kyetty jo useissa fuusioreaktoreissa ympäri maailman.
Sen sijaan yrityksen HH70-tokamakin ensimmäisestä plasmasta merkittävän tekevät siinä käytetyt magneetit, jotka ovat yhtiön mukaan korkean lämpötilan suprajohteita.
Tokamak on fuusioreaktorimalli, jota on tutkittu vuosikymmenten ajan. Muodoltaan donitsia muistuttavassa tokamakissa yli sataan miljoonaan celsiusasteeseen lämmitettävä plasma pidetään reaktorin sisällä magneettikentän avulla.
Plasma, joka koostuu varatuista hiukkasista, pysyy reaktorissa magneettien avulla luotavassa ”häkissä”, eikä näin ollen koske reaktorin seiniin.
Aalto-yliopiston tutkija ja vanhempi yliopistonlehtori Taina Kurki-Suonio korostaa korkean lämpötilan suprajohtavien magneettien merkitystä. Kurki-Suonio työskentelee Aalto-yliopiston Fusion and Plasma Physics -tutkimusryhmässä.
– Magneetit ovat olennaisin fuusioreaktorin osa, koska plasman koossapito kuitenkin perustuu niihin. Ne ovat myös kallein komponentti, joten kaikki innovaatiot, jotka parantavat niiden ominaisuuksia, ovat merkittäviä, Kurki-Suonio toteaa.
Kurki-Suonion mukaan länsimaisissa, jo varsin iäkkäissä fuusiolaitteissa, on edelleen käytössä pääsääntöisesti kuparimagneetteja, joiden käyttö syö paljon energiaa.
Normaalit suprajohtavat magneetit vaativat jäähdyttämisen lähelle absoluuttista nollapistettä, mihin tarvitaan kallista neste-heliumia.
Korkean lämpötilan suprajohteista valmistetut magneetit ovat tästä poikkeus. Niiden jäähdyttämiseen riittää nestemäinen typpi, joka on huomattavasti neste-heliumia halvempaa.
Vuonna 2021 perustetulla Energy Singularitylla on kuusi rahoittajaa, joista kaksi ovat kiinalainen peliyhtiö Mihoyo ja sähköautoista tunnettu kiinalainen NIO.
Mihoyo tunnetaan parhaiten kansainvälisesti menestyneestä gacha-pelistä Genshin Impact.
Ensimmäisenä nettoenergiaa tuottava fuusioreaktori voi olla yksityinen
Energy Singularity ei suinkaan ole ainoa yksityisellä rahalla rakennettava fuusioreaktori, sillä toive fuusioenergiasta houkuttelee yhä enemmän sijoittajia.
Yksityisiä fuusioenergiayhtiöitä edustavan Fusion Industry Associationin (FIA) tuoreimman raportin mukaan fuusioreaktoriteknologiaan sijoittavien yritysten määrä nousi tänä vuonna 33 yrityksellä vuodesta 2023.
Finnfusionin mukaan yksityisen sektorin sijoitusten määrä nousi vuoden 2020 alle puolesta miljardista lähes kolmeen miljardiin vuonna 2021.
Myös Kurki-Suonio vahvistaa yksityisrahoitteisten fuusioreaktoriprojektien määrän olevan kasvussa.
– Todennäköisimmin jokin näistä yksittäisistä yrityksistä on se, joka onnistuu ensimmäisenä saavuttamaan niin kutsutun fuusiopalon, jossa tuotetaan nettoenergiaa, Kurki-Suonio sanoo.
Yksityiset yritykset ovat myös Guardianin ITER- koelaitoksen ongelmia käsittelevän artikkelin mukaan kiitämässä suurten laitosten ohi kilpajuoksussa fuusioenergiaa kohti.
Energy Singularitya rahoittavan Mihoyon iskulause ”Tech otakus save the world”, voisi siis kirjaimellisesti pitää paikkansa, mikäli Energy Singularity olisi mukana tulevaisuuden fuusiovoiman tuotannossa. Tech otakus tarkoittaa kutakuinkin teknologianörttejä.
Eniten yksityisrahoitteisia fuusioreaktoreita rakentavia yrityksiä on Yhdysvalloissa, mutta niiden määrä on noussut niin Isossa-Britanniassa, Kiinassa, Japanissa, Uudessa-Seelannissa, Israelissa kuin Saksassa.
FIA:n tuoreimman raportin mukaan myös valtioiden yksityisille yrityksille myöntämän tuen määrä fuusioreaktoreiden rakentamista varten on kasvanut viime vuodesta.
Yhteensä fuusioteknologiaan on FIA:n mukaan sijoitettu yksityisellä ja puoliyksityisellä puolella noin 7,1 miljardia Yhdysvaltain dollaria (n. 6,5 mrd euroa) vuoteen 2024 mennessä.
Ongelmana kannattava energian tuotanto
Nopeita tuottoja ei fuusioreaktoreihin sijoittamisesta ole kuitenkaan luvassa, sillä alalla on ratkaistava useita ongelmia ennen kuin fuusion avulla tuotettua sähköä on jakelussa yleisessä sähköverkossa.
Riittävä energian tuottaminen on yksi näistä haasteista.
Fuusioreaktoreiden toimintaa kuvaillessa käytetään termiä Q-arvo. Q-arvo kuvaa reaktorin tehokkuutta, eli kuinka paljon energiaa reaktio tuottaa suhteessa siihen, kuinka paljon energiaa tarvitaan plasman ylläpitämiseen ja kuumentamiseen.
Esimerkiksi Ranskassa rakenteilla olevan ITER-fuusioreaktorin tavoitteena oleva Q-arvo on 10. Tähän mennessä korkein saavutettu Q-arvo tokamakissa on JET-tokamakin 0,67 Isossa-Britanniassa.
FIA:n mukaan juuri energiantuotannon ja kuluvan energian tasapainottaminen on fuusioenergiaan sijoittavien yritysten suurin huolenaihe.
Toivottomia ei alalla kuitenkaan olla. Samaisen FIA:n raportin mukaan suurin osa yksityisistä yrityksistä uskoo, että fuusioreaktorilla saadaan siirrettyä sähköä verkkoon ensimmäisen kerran vuosien 2031–2035 aikana.
Kurki-Suonio kuitenkin toppuuttelee arviota muistuttamalla, että energian tuottaminen on vain yksi osa fuusioenergian tuotantoa. Tuotetun sähkön siirtäminen verkkoon, verkon rakentaminen ja sähkön jakelu ovat myös oma projektinsa.
Tiedeykkönen haastatteli viime vuonna tutkijoita heidän arvioistaan toimivan fuusiovoimalan rakentamisen aikataulusta. Kuuntele alta.
Tutkijat uskovat: enää noin 20 vuotta fuusiovoimalaan
Tavoitteena tritiumin tasainen tuotanto
Toinen monista haasteista fuusioenergian kaupallistamisessa on tritiumin tuotanto, joka on olennainen osa polttoaineprosessia. Vaikka fuusioreaktori saataisiin toimimaan, tritiumin tuotanto on vielä ratkaisematon ongelma.
Tritium on harvinainen vedyn radioaktiivinen isotooppi, jota syntyy kosmisen säteilyn takia ilmakehässä. Lisäksi tietyn tyyppiset ydinvoimalat tuottavat ympäristöön vuosittain pieniä määriä tritiumia. Tritium maksaa jopa 30 000 Yhdysvaltain dollaria per gramma.
Suurin osa fuusioteknologiaan sijoittavista ei-valtiollisista yrityksistä käyttää FIA:n mukaan deuteriumia ja tritiumia fuusioreaktion polttoaineena.
– Tritiumhan on luonnossa hajoava alkuaine, jota pitää tuottaa. On ihan viisaita ajatuksia uusista, sopivammista tuottomenetelmistä. Aihetta on tutkittu, mutta ei kuitenkaan siinä määrin mitä tarvitaan, jotta oikeasti sähköä tuottava voimalaitos voitaisiin rakentaa, Kurki-Suonio huomauttaa.
Tritiumin tuottamista fuusioreaktorin seinämillä tutkitaankin nyt kiivaasti. Tällöin energia ja polttoaine tuotettaisiin samassa laitoksessa.
Tutkimus on Kurki-Suonion mukaan ollut tähän asti etupäässä laskennallista, mutta myös kokeellista tutkimusta on tehty.
