Alimentée par des milliards de dollars, la fusion nucléaire entre dans une nouvelle ère

Après avoir levé plus de 3 milliards de dollars en 2021 auprès de Bill Gates et Jeff Bezos, les développeurs de fusion insistent sur le fait que cette source d'énergie sans carbone pourrait être une réalité d'ici une décennie.

Il est clair que la fusion nucléaire peut fonctionner à grande échelle — il suffit de regarder les étoiles. Pendant 70 ans, les physiciens ont rêvé d'embouteiller cette puissance stellaire sous la forme de réacteurs à fusion qui alimenteraient le réseau électrique avec les mêmes réactions illimitées et sans carbone qui font briller le soleil. Ce Saint Graal a longtemps été annoncé comme dans 20 ou 30 ans, mais les fans de fusion ont refusé d'abandonner la foi. Et pour une bonne raison. La fusion (briser ensemble des atomes d'hydrogène en hélium) promet une énergie électrique sans carbone illimitée avec un risque nul de fusion et pratiquement aucun des déchets radioactifs associés aux centrales nucléaires existantes qui fonctionnent par fission (la division des atomes d'uranium en éléments plus petits). 

Le rêve a inspiré Ajay Royan, cofondateur de Mithril Capital (avec le milliardaire Peter Thiel), qui en 2013 a d'abord investi 2 millions de dollars dans Helion Energy, basé à Redmond, dans l'État de Washington, afin de pouvoir construire un prototype de machine à «puissance d'impulsion répétitive». Mithril a investi dans Helion depuis, y compris son récent tour de table de 500 millions de dollars (évaluant la société à 3 milliards de dollars) – avec la promesse de 1.7 milliard de dollars de plus si le septième prototype de la société fonctionne comme espéré. Le tour d'Helion était dirigé par Sam Altman de Y Combinator. 

L'année 2021 a été importante à la fois pour les financements et les prévisions de fusion, car les développeurs ont levé plus de 3 milliards de dollars pour financer leur prochaine série de machines – dont certaines promettent désormais une fusion commercialement viable en seulement cinq ans. Royan est heureux de voir la fusion attirer davantage l'attention ; "Bien sûr, 2021 peut être un tournant pour la fusion selon Google Analytics, mais le vrai tournant s'est produit il y a une décennie lorsque l'électronique de puissance a dépassé un seuil." 

Le PDG David Kirtley explique que le travail de R&D initial derrière Helion a été effectué dans des laboratoires fédéraux, dont Helion a été créé en 2013. Libéré de la bureaucratie fédérale de R&D, Helion a depuis construit de nouveaux prototypes les uns après les autres. « La mentalité startup n'est pas agréable à avoir, c'est une exigence. et ce sur quoi nous nous sommes concentrés depuis le début », déclare Kirtley.

En 2020, Helion a achevé son sixième prototype de réacteur, baptisé Trenta. Elle construit désormais une septième, Polaris, tout en concevant déjà la huitième, Antares, que Kirtley entend être la première machine à fusion à produire plus d'énergie qu'elle n'en consomme. Parallèlement à l'itération rapide, Helion bénéficie d'une expertise locale. Elle construit la machine Polaris à Everett, Washington, près des plus grandes usines de Boeing, où ils peuvent exploiter un écosystème accueillant d'ingénieurs contractuels et de fabricants de précision. Kirtley dit qu'ils passent la matinée à bricoler, à mettre à jour les systèmes et à allumer les condensateurs. "Chaque après-midi à 3 heures, nous commençons à faire de la fusion."

Pour comprendre l'approche d'Helion, considérons d'abord la répulsion magnétique qui se produit lorsque vous essayez de forcer les pôles positifs de deux barres magnétiques ensemble. C'est le principe qui permet à la technologie « mag-lev » comme les célèbres trains à grande vitesse du Japon, qui utilisent la répulsion magnétique de flotter sur un coussin d'air. 

Pendant des décennies, les chercheurs en fusion ont cherché à concevoir les électro-aimants les plus puissants au monde, avec lesquels ils conçoivent des chambres de réaction avec des champs magnétiques si puissants qu'ils peuvent contenir et comprimer un flux injecté de protons chargés positivement dans une boule de plasma si chaude qu'ils fusionnent en hélium. 

Dans le nouveau système d'Helion, l'énergie libérée dans les réactions de fusion pousse en permanence contre son champ de confinement magnétique, qui repousse - provoquant des oscillations («comme un piston», dit Kirtley) qui génèrent un courant électrique, que Helion capte directement du réacteur . (Pour en savoir plus, lisez la loi d'induction de Faraday.) 

Royan de Mithril dit que peut-être la plus grande attraction de la méthode de production directe d'électricité d'Helion est sa simplicité. D'autres approches de fusion visent à générer de la chaleur, afin de faire bouillir de l'eau et d'alimenter des turbines à vapeur, qui produisent de l'électricité, comme dans les centrales nucléaires traditionnelles. « Nous pouvons le faire sans turbines à vapeur ni tours de refroidissement. Nous nous débarrassons de la centrale électrique. 

Certes, Kirtley comprend le scepticisme de la fusion, en particulier autour de son emploi du temps agressif. Il a commencé sa carrière dans le domaine de la fusion, inspiré par les scientifiques des laboratoires nationaux dans les années 1960 qui ont fait de grands progrès dans le confinement magnétique (en rivalisant avec des scientifiques russes pour concevoir des réacteurs en forme de beignet appelés tokamaks) avant même l'invention des transistors. Mais Kirtley a perdu confiance après avoir déterminé que les premières approches ne pouvaient tout simplement pas évoluer assez rapidement pour produire une solution commerciale. Il est revenu sur le terrain en 2008 pour aider à commercialiser la technologie d'Helion. 

Avec le temps, il envisage de fabriquer des générateurs de fusion dans une usine. Un système à l'échelle de 50 MW, emballé dans trois unités de la taille d'un conteneur d'expédition, alimenterait 40,000 10 foyers. « Dans XNUMX ans, nous aurons de l'électricité commerciale à vendre, c'est sûr. » 

Cela met Helion dans une course avec Commonwealth Fusion Systems, une entreprise dérivée du MIT, basée à Boston, qui a levé 1.8 milliard de dollars auprès d'investisseurs tels que Bill Gates et George Soros. Le PDG Bob Mumgaard dit qu'ils auront un réacteur fonctionnel dans 6 ans. Son optimisme est renforcé par le test estival réussi du Commonwealth de nouveaux électro-aimants conçus avec des supraconducteurs fabriqués à partir d'oxyde de cuivre et de baryum de terre rare. 

Mumgaard dit que ces aimants surpuissants permettront au Commonwealth de perfectionner son approche de fusion un peu plus traditionnelle consistant à construire un réacteur "tokamak" en forme de beignet, que Mumgaard appelle une "grande bouteille magnétique" où de puissants champs magnétiques contrôlent des boules de plasma de 100 millions de degrés - " truc d'étoile." 

Il existe environ 150 tokamaks dans le monde ; le plus gros est en construction en France pour 30 milliards de dollars par un consortium international appelé ITER. La machine de 20,000 2035 tonnes, de la taille d'une arène de basket-ball, devrait être terminée d'ici XNUMX. 

Mais Mumgaard a l'intention que Commonwealth Fusion rende ITER obsolète avant même qu'il ne soit terminé. Son avantage réside dans l'application de supraconducteurs « haute température » ​​fabriqués avec de l'oxyde de cuivre et de baryum de terre rare (alias ReBCO). 

Les supraconducteurs déplacent le courant électrique avec une perte pratiquement nulle (beaucoup plus efficacement que le cuivre, par exemple). Et ils sont essentiels à la fabrication d'électro-aimants puissants. Commonwealth a découvert qu'en fabriquant ses aimants à l'aide d'une bande spéciale d'oxyde de cuivre et de baryum (comme la bande trouvée dans une cassette VHS), il peut atteindre des champs magnétiques plus puissants que ceux prévus à ITER, mais à 1/20e de l'échelle. 

Alors que les aimants primaires d'ITER (appelés solénoïdes) pèseront quelque 400 tonnes et atteindront des champs supérieurs à 12 teslas, Commonwealth envisage des aimants de 15 tonnes, chacun utilisant 300 km de ruban à couche mince ReBCO, qui généreront 20 tesla (à titre de comparaison, un machine d'imagerie par résonance magnétique fait 1.5 tesla). 

"Cela déverrouille la machine à fusion", explique Mumgaard. Le CES a testé les aimants l'été dernier et l'a déclaré « preuve » que la science de la fusion était désormais pratiquement terminée et qu'il ne restait plus qu'à construire le réacteur. "Nous comprenons bien le matériel et pensons que nous pouvons le faire en trois ans", déclare Mumgaard. "D'ici 2030, nous verrons la fusion sur le réseau." 

CES est sur le point de construire sa machine de fusion sur un site de 47 acres dans le Massachusetts, et travaille déjà à l'approvisionnement de milliers de kilomètres de bande ReBCO. La disponibilité de la terre rare pourrait-elle devenir un facteur limitant dans le déploiement de la fusion ? Non, dit Mumgaard. « Une centrale à fusion contiendra moins de terres rares qu'une éolienne. Fusion ne concerne pas une ressource que vous devez extraire ou pomper. Il s'agit d'une technologie. 

Il devrait y avoir de la place pour plus d'un gagnant de fusion. Parmi les autres leaders, citons General Fusion, basé au Canada et soutenu par Jeff Bezos, qui a levé 130 millions de dollars cette année. Neal et Linden Blue sont d'autres milliardaires notables dans le jeu de la fusion, qui possèdent General Atomics, basé à San Diego, qui exploite depuis des décennies un tokamak de recherche pour le compte du DOE, et qui a livré cette année à ITER les entrailles de ses électroaimants tokamak. un solénoïde central de 1,000 1 tonnes. Et il y a TAE Energy of California, qui a expérimenté 130 milliard de dollars au cours de la dernière décennie et a levé XNUMX millions de dollars pendant la pandémie.

La technologie de fusion a peut-être fait ses débuts dans des laboratoires financés par le gouvernement, mais sa réalisation devra reposer sur un financement privé. Amy Roma, partenaire chez Hogan Lovells à Washington, DC, dit que le projet de loi actuellement dans les limbes Build Back Better aurait inclus 875 millions de dollars pour le nucléaire avancé, mais pour l'instant, l'industrie devra se contenter d'un nouveau bureau de démonstration de réacteur avancé sous le Ministère de l'Énergie, financé par la récente loi sur l'infrastructure. Le nucléaire zéro carbone bénéficierait également du récent décret du président Biden appelant à ce que les achats d'énergie du gouvernement fédéral soient « nets zéro » d'ici 2030. 

L'investisseur technologique légendaire Steve Jurvetson, un bailleur de fonds du Commonwealth Fusion qui a écrit son premier chèque en faveur de la recherche sur la fusion il y a 25 ans, est presque étourdi que ce rêve longtemps reporté puisse bientôt devenir réalité. « Il y a beaucoup d'opposants jusqu'à ce que ce soit fait. Ensuite, ils disent que c'est évident. 

Royan de Mithril dit qu'il travaille déjà à ajuster son cadre pour considérer à quel point le monde sera différent lorsque la fusion sera réelle - « Pensez aux opportunités pour le dessalement de l'eau et la production d'engrais. Cela modifie fondamentalement l'économie de l'eau du jour au lendemain, et donc l'économie de l'agriculture. » Tout cela fait partie du chemin de l'humanité, dit-il, "de continuer à prouver que Malthus était un idiot". 

PLUS DE FORBESLe nouveau nucléaire : comment une licorne à énergie de fusion de 600 millions de dollars prévoit de battre le solaireBy Christophe Helman
PLUS DE FORBESLes milliardaires silencieux derrière le drone prédateur américain qui a tué l'Iranien SoleimaniBy Deniz Çam