Net Zero a besoin de fusion. Que devraient demander les investisseurs aux précurseurs ?

L'urgence de l'énergie de fusion ne peut être surestimée. Le 27 octobre, l'ONU averti qu'il n'y a "aucune voie crédible vers 1.5 ° C en place" et que les politiques actuelles indiquent un réchauffement catastrophique de 2.8 ° C d'ici 2100. La fusion pourrait être la seule source d'énergie sans carbone capable de fournir une puissance de base illimitée et suffisamment de matières premières pour tout l'hydrogène propre nécessaire pour décarboniser les industries difficiles à éliminer. C'est peut-être la seule voie viable vers des émissions nettes nulles d'ici 2050.

Il y a cependant un problème avec la fusion. Aucun laboratoire ou entreprise n'a généré plus d'énergie qu'il n'en a mis dans une réaction de fusion, et encore moins développé un système qui pourrait fonctionner dans un cadre commercial. Naturellement, les investisseurs se demandent où en est vraiment la fusion et quels projets pourraient offrir cette opportunité de plusieurs billions de dollars de reproduire la puissance du Soleil sur Terre.

En tant qu'investisseur de longue date dans le domaine de la fusion, je souhaite discuter de l'importance de la fusion, des progrès réalisés par cette industrie et des questions que les investisseurs avertis devraient poser aux entreprises de fusion.

Pourquoi la fusion est importante

À l'heure actuelle, aucune technologie énergétique autre que la fusion ne présente de potentiel pour remplacer les combustibles fossiles. Rien d'autre ne semble capable de satisfaire la demande mondiale croissante en énergie et d'alimenter la climatisation, les usines de dessalement, les véhicules électriques, la production d'hydrogène vert, etc. à l'échelle nécessaire à la transition énergétique et à la vie sur une planète plus chaude et plus sèche.

Nous devons bien sûr mettre à l'échelle l'éolien et le solaire, mais leurs exigences en matière de terres, de conditions météorologiques et de stockage d'énergie signifient qu'ils ne peuvent pas permettre une transition énergétique complète. Les usines de fission nucléaire sont également importantes pour Net Zero, mais les risques de déchets nucléaires, d'accidents et de militarisation limitent leur utilisation.

Quant à l'hydrogène, Michael Liebreich, fondateur de Bloomberg NEF récemment illustré que le simple remplacement de l'hydrogène sale que nous utilisons dans la production d'engrais, de produits chimiques et de raffinage du pétrole par de l'hydrogène vert nécessiterait actuellement 143 % de la capacité solaire et éolienne installée dans le monde. Une déclaration décourageante. Cela ne laisserait pas d'hydrogène vert disponible pour autre chose : pas pour la production d'acier et d'aluminium, pas pour l'équilibrage des réseaux électriques ou le CO₂ capture et stockage, pas pour le transport maritime et ferroviaire. Il n'y aura tout simplement pas assez de matière première d'hydrogène vert sans fusion.

Les initiés de l'industrie pensent que d'ici 2050, les usines de fusion pourraient fournir entre 18 % et 44 % de l'énergie mondiale. La fusion représente donc l'une des opportunités d'investissement les plus colossales de notre époque. Une fois commercialement opérationnelle, la fusion remplacera la majeure partie de l'industrie des combustibles fossiles.

Les pionniers de la fusion

L'Association de l'industrie de la fusion rapports que les entreprises privées de fusion ont levé plus de 4.8 milliards de dollars de financement à ce jour et ont plus que doublé le financement total de l'industrie l'année dernière. Plusieurs pionniers ont fait de tels progrès techniques qu'il est crédible de supposer qu'ils commercialiseront la fusion commerciale dans les années 2030. La liste comprend General Fusion (dans laquelle je suis un investisseur), Commonwealth Fusion Systems, Helion, TAE Technologies, Zap Energy, General Atomics et First Light.

Chacune de ces sociétés de fusion a l'intention d'ouvrir une usine de démonstration d'ici la seconde moitié de cette décennie. Ceux-ci prouveront si leur technologie peut fonctionner à grande échelle et produire de l'électricité nette.

Le joker est la Chine, qui travaille sur sa propre technologie de fusion. Pour des raisons évidentes, les gouvernements occidentaux préféreraient ne pas dépendre de la Chine pour cette technologie cruciale. Il y a aussi ITER, le projet international de fusion financé par des fonds publics dans le sud de la France qui espoirs fournir de l'énergie de fusion d'ici 2045.

Les questions que les investisseurs doivent poser aux entreprises de fusion

Le défi consiste non seulement à produire de l'électricité nette, mais aussi à le faire d'une manière commercialement viable. Il faut une pression et une chaleur immenses pour fusionner les atomes d'hydrogène pour former un noyau plus lourd, libérant de l'énergie. Au soleil, la gravité fournit suffisamment de force pour permettre la réaction. Sur Terre, les machines à fusion doivent atteindre des températures supérieures à 100 °C pour reproduire ces conditions. C'est difficile à maintenir et dur sur l'équipement.

Les pionniers ont soit résolu, soit sont en train de surmonter les obstacles restants à la fusion terrestre. Les investisseurs intéressés, se demandant quel projet de fusion soutenir, devraient se poser les questions suivantes :

1. Quelle est la durabilité de la machine ? Les neutrons générés lors d'une réaction de fusion frappent la paroi métallique du réacteur, causer formation de cloques, d'érosion chimique et d'impuretés, et éventuellement rendre la machine inutilisable. C'est ce qu'on appelle le "problème du premier mur". Une solution consiste à utiliser une paroi de métal liquide, qui entoure la réaction de fusion et protège la machine. Une autre approche consiste à introduire des carburants qui produisent moins de neutrons. Ceux-ci incluent le combustible proton-bore, qui nécessite des températures encore plus élevées pour produire la fusion, et le deutérium-hélium-3, qui ne se produit pas naturellement sur Terre.

2. Quelle est la quantité de carburant ? Un mélange de deux isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium, alimente la plupart des réactions de fusion. Le deutérium est facilement dérivé de l'eau de mer. Le tritium, en revanche, doit être fabriqué. Certains opposants ont averti que "la fusion nucléaire est déjà confrontée à une crise du carburant". Ce n'est pas le cas. Les pionniers ont résolu ce problème en intégrant la production de tritium dans la réaction de fusion. Une façon consiste à utiliser une paroi en métal liquide (plomb-lithium) qui entre directement en contact avec le plasma de fusion et produit le combustible tritium pour la machine à fusion. Des méthodes à base de lithium pour produire du tritium à l'extérieur du réacteur sont également en cours de développement.

3. Quelle est l'efficacité de la conversion d'énergie ? Dans certaines machines, la paroi de métal liquide absorbe la chaleur par contact direct avec la réaction de fusion. Le métal liquide passe à travers un échangeur de chaleur, produisant de la vapeur qui entraînera une turbine et produira de l'électricité, comme le font la plupart des centrales électriques traditionnelles. Une autre approche prometteuse consiste à capter l'électricité directement à partir des champs électromagnétiques générés lors d'une réaction de fusion.

4. Quelles complexités supplémentaires des systèmes pourraient empêcher un déploiement rapide ? Certaines entreprises de fusion visent à utiliser des technologies éprouvées pour la périphérie de leurs systèmes, tandis que d'autres comptent sur des percées avec des lasers, des matériaux et des supraconducteurs avancés. Ceux-ci sont discutés dans des articles fascinants dans des revues à comité de lecture, et c'est là le problème. Ils sont prometteurs mais non prouvés. Rappelons que lorsque Tesla a présenté ses premières voitures, pratiquement toute la technologie avait fait ses preuves. Les investisseurs en fusion doivent faire la différence entre les systèmes théoriques et ceux utilisant des pièces critiques qui ont été testées dans des conditions réelles.

5. Où en sont l'usine de démonstration et la stratégie de commercialisation ? Les meilleurs concurrents ont réussi la fusion dans un laboratoire et ont prouvé leurs technologies de base et leurs composants individuels dans des bancs d'essai. Maintenant, ils doivent prouver que le système complet peut fonctionner dans une usine de démonstration à grande échelle, d'où l'intensité du capital. Les principales entreprises de fusion commencent à renforcer leur équipe de base de spécialistes et de docteurs en laboratoire de fusion avec une équipe d'ingénieurs qui sait comment construire une centrale électrique. Cette transition du laboratoire à l'application du monde réel n'est pas une mince affaire. On commence même à voir des entreprises de fusion embaucher du personnel de développement commercial et commercialiser les droits d'une première usine commerciale.

6. Quelle sera la taille ? Les principales sociétés de fusion travaillent sur des centrales dont la taille varie de 50 mégawatts (MW) à 500 MW. La taille de la machine est cruciale car elle affecte le coût d'investissement initial. Des machines plus petites et modulaires permettront aux services publics individuels de prendre plus facilement des décisions d'investissement pour une usine commerciale. La taille affecte également si les unités de fusion peuvent être utilisées pour des applications telles que le transport maritime et d'autres applications à faible énergie.

7. Enfin et surtout, quel est le coût prévisionnel par MWh (mégawattheure) ? Les entreprises de fusion sont en concurrence directe avec les centrales au charbon et au gaz qui fournissent de l'énergie de base dans le monde entier. Ainsi, le coût actualisé de l'énergie (LCOE) doit être compétitif par rapport au charbon qui, selon le cabinet de conseil Lazard, gammes de 65 $/MWh au plus sale à 152 $/MWh avec 90 % de capture de carbone intégrée. Les machines à fusion qui utilisent des lasers coûteux et de grande puissance ou des aimants supraconducteurs faits de matériaux rares pourraient avoir du mal avec ce LCOE. Certes, les coûts de ces composants diminueront avec le temps. Les machines à fusion qui utilisent une compression mécanique (semblable aux pistons d'un moteur diesel) ou des accélérateurs cinétiques (essentiellement, un pistolet à essence) auront probablement un avantage de coût au cours des prochaines décennies.

Il est temps d'affronter la musique

Bien que ces défis restants semblent surmontables, le question J'ai demandé il y a des années : qui a le courage de financer les usines de démonstration et de mettre la fusion sur le marché ?

Les investisseurs qui déménagent ont maintenant une chance d'obtenir des rendements démesurés. Certaines des sociétés de fusion mentionnées ci-dessus ont encore des prix modestes. Bien sûr, certains investisseurs peuvent être confrontés à l'impact potentiel de la fusion sur leurs portefeuilles énergétiques existants, en particulier si ceux-ci incluent les combustibles fossiles, l'éolien et le solaire.

Je dis qu'il est temps d'affronter enfin la musique. Compte tenu de la menace du changement climatique et de la demande croissante d'énergie, la fusion est essentielle pour atteindre Net Zero d'ici 2050. Aucune autre technologie ne peut surpasser les combustibles fossiles, faire une plus grande brèche dans le CO₂ émissions ou faire plus pour éliminer la dépendance énergétique vis-à-vis des régimes hostiles, comme la Russie de Poutine. La fusion est le changeur de jeu qui pourrait rendre l'énergie vraiment locale, sûre et abondante. Elle laisse présager un passage d'une industrie énergétique centralisée et autocratique à un approvisionnement énergétique localisé et démocratique.

Et la fusion n'est plus dans 20 ans. Une fois que la première usine de fusion sera commercialement opérationnelle à un coût raisonnable, le basculement pourrait être rapide. N'oubliez pas qu'il a fallu des siècles pour développer les technologies derrière une automobile, mais il n'a fallu qu'une dizaine d'années aux voitures pour remplacer les chevaux à Londres et à New York. Dès qu'il y a une innovation meilleure et moins chère, elle gagne inévitablement.

La dure vérité est que sans une innovation radicale dans le domaine de l'énergie, nous dépasserons 1.5°C au cours de ce siècle. Espérons que la commercialisation de la fusion aille plus vite que les températures.