Частная термоядерная инициатива

Пока главный технологический долгострой эпохи — ITER — в очередной раз буксует из-за антироссийских санкций, частные термоядерные проекты наращивают привлечение инвестиций и грозятся дать первую плазму уже в этом десятилетии
Частная термоядерная инициатива
Строительство ITER в районе Кадараша, на юго-востоке Франции
ITER

Легендарный проект строительства международного экспериментального термоядерного реактора ITER в который уже раз за свою более чем тридцатилетнюю историю оказался в фокусе внимания массмедиа.

Выступая 14 июля на открытом форуме EuroScience Open Forum (ESOF) в нидерландском Лейдене, Леонардо Бьяджони, заместитель главного финансового директора (CFO) компании Fusion for Energy, которая непосредственно отвечает за финансирование ITER Евросоюзом, сообщил, что антироссийские санкции приведут к очередному переносу сроков предполагаемого завершения строительства реактора.

Строительство ITER в районе Кадараша, на юго-востоке Франции, началось в 2010 году, первую плазму поначалу предполагалось получить в 2018-м. Однако в 2016-м совет ITER сдвинул этот срок на 2025 год.

Господин Бьяджони также заявил, что транспортные санкции против России, включая ограничения на заход зарегистрированных в России судов в европейские порты, «могут затруднить доставку деталей, произведенных в России, на площадку ITER на юге Франции… Целый ряд запланированных поставок из России в Европу в настоящее время приостановлены или задерживаются, потому что мы не можем найти легальные схемы перевозки. И, скорее всего, эти задержки могут оказаться достаточно ощутимыми для проекта».

magnifier.png Леонардо Бьяджони сообщил, что антироссийские санкции приведут к очередному переносу сроков предполагаемого завершения строительства реактора

Топ-менеджер Fusion for Energy дипломатично не стал уточнять, какие именно «детали» (в английском оригинале — parts) «застряли» в России. Впрочем, известно, по крайней мере, что, по предварительно согласованному графику этой весной Россия должна была доставить во Францию катушку полоидального поля (Poloidal field coil, PF-1; ее намотка осуществлялась на Средне-Невском судостроительном заводе в Санкт-Петербурге) — один из многочисленных магнитов шириной 10 метров, который планировалось установить в верхней части токамака ITER.

Россия также осуществляет поставки ключевого сверхпроводящего материала ниобий-олово для магнитов ITER и производит многие другие важнейшие компоненты для реактора, включая, например, гиротроны — устройства, генерирующие энергию в процессе нагрева плазмы методом электронного циклотронного резонанса (в общей сложности Россия должна поставить восемь таких гиротронов).

Кроме того, по словам Бьяджони, военные действия на Украине также способствовали резкому росту стоимости энергии и сырьевых материалов, что, в свою очередь, «означает, что, например, может произойти ощутимое увеличение европейского взноса в общий бюджет ITER».

В свою очередь, некий официальный представитель ITER, как следует из его комментариев, приводимых изданием Science|Business (оно, правда, не упоминает его имени), несколько сбавил градус пессимизма: по его оценкам, о сколько-нибудь серьезных задержках с поставками из России пока говорить не приходится, — но в то же время он признал, что значительный рост стоимости энергоресурсов и прочих материалов «может оказать негативное влияние на сроки, так же как ранее процесс строительства реактора замедляли перебои с поставками из-за пандемии COVID-19».


ИТЕР.jpg
Наиболее важная часть ITER — сам токамак и все служебные помещения — расположены на площадке с размерами 1,0×0,4 км. Основная работа на этом этапе выполняется под руководством французского агентства ITER, а в сущности CEA. В целом токамак ITER будет представлять собой 60-метровое сооружение массой 23 000 т
CC BY 2.0 / Oak Ridge National Laboratory

Рекалькулируй это

В реализации мегапроекта ITER, межправительственное соглашение о разработке инженерного проекта которого было подписано еще в 1992 году США, ЕС, Россией и Японией, к настоящему времени в той или иной мере задействовано в общей сложности 35 стран мира. При этом из бюджета Евросоюза, на территории которого он собирается, предоставляется почти половина совокупных средств, выделенных на строительство реактора (токамака), а остальные шесть полноправных членов ITER — Китай, Индия, Япония, Южная Корея, Россия и США — участвуют в нем примерно в равных долях.

На начальном этапе совокупные затраты на сооружение реактора оценивались примерно в 5 млрд евро (или 7 млрд долларов), к концу 2000-х годов эта сумма выросла примерно вдвое, а уже в июле 2010-го она была скорректирована до 15 млрд евро.

По итогам первой строительной пятилетки, в 2015 году, проектировщики в очередной раз изменили бюджет, оценив совокупные затраты уже в 19 млрд евро. Возможные же реальные итоговые расходы стран — участниц проекта (в случае, конечно, если он все-таки будет доведен до финальной стадии), а равно и сроки его возможного запуска до сих пор остаются одной из наиболее излюбленных тем для издевательских спекуляций в различных околонаучных СМИ.

magnifier.png Очевидная усталость от бесконечной пробуксовки с практической реализацией великой научной стройки XXI века заставляет ведущие страны Запада искать альтернативные способы стимулирования R&D в сфере разработки технологий коммерческого термоядерного синтеза

Не вдаваясь в эти досужие размышления, можно, пожалуй, по части финансовой арифметики пока лишь ограничиться полуофициальным (и, безусловно, довольно спорным) прогнозом, сделанном экспертами американского министерства энергетики еще в 2018 году, согласно которому общая стоимость (на тот момент времени) только самого строительства, но не дальнейшей предполагаемой эксплуатации ITER оценена в… 65 млрд долларов, то есть почти в десять раз больше первоначальной сметы.

Что же касается временнóй составляющей, то еще в сентябре 2021 года Бернар Биго, последний генеральный директор ITER, скоропостижно скончавшийся в мае этого года (в 2019-м он был переизбран гендиректором на второй пятилетний срок, до 2025 года), честно заявил журналистам, что «первая плазма в 2025 году больше не является технически достижимой».

При этом идеологи проекта ITER ранее, как мы уже упомянули выше, в качестве наиболее удобного оправдания сдвигов по срокам прежде всего ссылались на многочисленные логистические проблемы, вызванные пандемией COVID-19.

И, согласно неподтвержденной информации, приводимой изданием World Nuclear News, в июне этого года на заседании совета ITER рассматривалось предложение о публикации для широкой общественности обновленного календарного плана-графика предполагаемого завершения строительства реактора, однако участники этого мероприятия якобы в итоге сошлись во мнении, что делать это не следует как минимум до назначения нового гендиректора проекта, имя которого может быть объявлено в сентябре этого года (или, по альтернативным прогнозам, приводимым тем же источником, даже до апреля 2023-го). И, опять-таки по неофициальным прогнозам ряда СМИ, запуск ITER может быть перенесен с 2025 года на 2031-й.


КАТУШКА.jpg
Катушка полоидального поля (Poloidal field coil, PF-1; ее намотка осуществлялась на Средне-Невском судостроительном заводе в Санкт-Петербурге) — один из многочисленных магнитов шириной 10 метров, который планировалось установить в верхней части токамака ITER
atomic-energy.ru

Англосаксонское лидерство

Очевидная усталость от бесконечной пробуксовки с практической реализацией великой научной стройки XXI века заставляет ведущие страны Запада искать альтернативные способы стимулирования R&D в сфере разработки технологий так называемого коммерческого термоядерного синтеза — частных бизнес-проектов по созданию экспериментальных компактных термоядерных установок, которые в долгосрочной перспективе могут встать на коммерческие рельсы. Наиболее заметные шаги в этом направлении в последнее время предпринимают США и Великобритания.

Так, в британском парламенте в начале июля министр бизнеса и энергетики Кваси Квартенг представил энергетический законопроект Energy Security Bill (Билль об энергетической безопасности). И в обширном перечне мер, упомянутых в законопроекте и призванных обеспечить «энергетическую самодостаточность» и дальнейшее динамичное технологическое развитие Соединенного Королевства, 18-м пунктом (из 26) значится следующий важный пассаж: «Благодаря этому законопроекту Великобритания станет первой страной в мире, которая законодательно закрепит возможность использования термоядерной энергии, обеспечив ясность в отношении режима регулирования термоядерных энергетических установок и устранив неопределенность для развития термоядерной промышленности».

В свою очередь, в Соединенных Штатах еще в марте этого года на специальном саммите в Белом доме руководство минэнерго анонсировало для публичной дискуссии новый проект Bold Decadal Vision for Commercial Fusion Energy («Смелое видение коммерческой термоядерной энергии на десятилетнюю перспективу»). Этот стратегический план (который, впрочем, пока еще пребывает на стадии предварительного согласования) предполагает строительство на базе частно-государственного партнерства в течение ближайших десяти лет «многочисленных термоядерных экспериментальных установок различных размеров, с разными технологическими подходами и используемым топливом в новых центрах термоядерных технологий по всей стране».

А в конце прошлой недели международная Ассоциация термоядерной индустрии (Fusion Industry Association, FIA) опубликовала второй по счету годовой доклад The Global Fusion Industry in 2022 (его непосредственным заказчиком была Еврокомиссия).

Согласно промежуточным оценкам, представленным в докладе, общий объем инвестиций в «частный термояд» (то есть в компании-стартапы, разрабатывающие новейшие технологии коммерческого термоядерного синтеза) вплотную приблизился к отметке 5 млрд долларов (4,86 млрд). Причем на долю различных частных инвесторов пришлось 4,743 млрд, это 97,6% полученных этими компаниями денежных средств (из государственных источников было привлечено лишь порядка 117,5 млн долларов).

И, что особенно важно, только за последний год (с момента публикации предыдущего доклада FIA в середине 2021-го) совокупные инвестиции в коммерческие термоядерные проекты составили 2,83 млрд долларов — это более половины вышеуказанной суммы в 4,86 млрд. По итогам же прошлого года общая сумма новых инвестиций составила 1,87 млрд долларов.

magnifier.png Серьезных успехов уже удалось достичь калифорнийской TAE Technologies (она является и одной из самых старых — основана еще в 1998 году). Общий объем привлеченных TAE Technologies средств составляет более миллиарда долларов

Согласно приведенным в докладе FIA итогам опроса ведущих менеджеров и технических специалистов компаний — непосредственных участников «большой термоядерной гонки», более 93% заявили, что, по их мнению, термоядерная энергия впервые появится в сети уже в следующем десятилетии, и 84% спрогнозировали, что компактные термоядерные установки в 2030-е «продемонстрируют достаточно низкую стоимость и достаточно высокую эффективность, чтобы стать коммерчески жизнеспособными».

Текущая география частных бизнес-проектов в этой перспективной технологической сфере, если следовать данным FIA, такова: из 33 включенных в ее обзор компаний (29 из них являются членами FIA), 21 базируется в США, три — в Великобритании, две — в Японии и по одной — в Канаде, Германии, Франции, Италии, Израиле, КНР и Австралии.

Показательно также, что лишь 12 компаний были созданы до 2017 года, а за последние пять лет к ним добавилась 21 (более двух третей — в США), причем сразу восемь новых стартапов были зарегистрированы в 2021‒2022 годах.

На территории Евросоюза (без учета отколовшейся Британии) к настоящему времени насчитывается всего три термоядерных стартапа: немецкая Marvel Fusion (основана в 2019 году), французская Renaissance Fusion (создана в 2020-м) и один из новичков 2022 года — итальянская Deutelio.

Кроме того, дуальный статус имеет основанная в прошлом году компания Focused Energy, у которой пока значатся две штаб-квартиры — в американском Остине (штат Техас), и в немецком Дармштадте. И отдельно нужно упомянуть об одном из ветеранов частного термояда — канадско-британско-американской General Fusion, созданной в 2002 году.

По вполне понятным причинам немногочисленные компании из ЕС, а равно и большинства прочих стран и регионов мира, пока заметно отстают от США как в плане научно-технологического задела, так и по части привлеченных инвестиций. Так, в прошлом году европейские компании (без учета Великобритании) были «на троих» проинвестированы всего на 50 млн долларов.

Комментируя для Science|Business эту явно недухоподъемную для европейцев финансовую статистику, Франческо Вольпе, один из основателей французской Renaissance Fusion (пока привлекшей, согласно данным FIA, 16,5 млн долларов) лаконично констатировал, что «пока мы сравниваем показатели трех стартапов, которые привлекали средства в течение срока от одного до трех лет, с 21 американской компанией, которые инвестировались во временном диапазоне от пяти до тридцати лет» (максимальным — 30-летним историческим бэкграундом, обозначенным г-н Вольпе, обладает Princeton Fusion Systems из штата Нью-Джерси, созданная еще в 1992 году, которая, впрочем, так и не сумела толком раскрутиться: в общей сложности ей удалось привлечь лишь около 3 млн долларов — оценка, приводимая в докладе FIA-2022).


СХЕМА.jpg
Площадка сооружения и общая схема термоядерного реактора ITER
Российское агентство ITER

Лидеры по привлечению инвестиций

Что же касается текущих лидеров термоядерной инвестиционной гонки (к настоящему времени, по оценкам FIA, можно выделить всего семь компаний с объемом инвестиций от 200 млн долларов, и большинство из них предсказуемо базируются в США), то серьезных успехов уже удалось достичь калифорнийской TAE Technologies (она, к слову, является и одной из самых старых — основана еще в 1998 году). Общий объем привлеченных TAE Technologies средств к настоящему времени составляет более миллиарда долларов.

TAE Technologies разрабатывает усовершенствованный реактор с управляемым пучком в полевой конфигурации на базе водородно-борного топливного цикла (так называемой схемы pB11). Текущая термоядерная платформа TAE (пятого поколения), Norman, успешно использовалась для пилотных экспериментов при высоких температурах; ее преемник Copernicus («машина чистой энергии») будет задействован для продолжения этих экспериментов, а платформа седьмого поколения Da Vinci (первый в мире прототип p-B11 / водородно-борной термоядерной электростанции), нацелена как на экспериментальную демонстрацию термоядерного синтеза, так и на последующее получение «чистой» энергии (то есть превышения объема выходной энергии над объемом вводимой в систему). Кураторы TAE пока заявляют, что Da Vinci может быть запущена в эксплуатацию в 2027 или 2028 году.

Другой «титан» частного термояда — Commonwealth Fusion Systems (CFS, компания базируется в штате Массачусетс, она создана намного позже TAE Technologies — в 2018 году). Специалисты CFS для осуществления термоядерных реакций используют дейтерий-тритиевое (DT/ДТ) топливо. Общий объем привлеченных CFS инвестиций на текущий момент (оценки апреля‒мая 2022 года) уже превысил 2 млрд долларов, причем особенно удачным оказался для нее последний раунд (серия B), завершенный в декабре 2021-го, по итогам которого компания смогла привлечь 1,8 млрд долларов (в этом раунде, который курировала Tiger Global Management, в том числе приняли участие Билл Гейтс, Footprint Coalition, Google, Breakthrough Energy Ventures и еще порядка 20 инвесторов), что должно позволить ей построить и ввести в эксплуатацию SPARC, коммерческую установку для термоядерного синтеза «чистой» энергии.

magnifier.png Генеральный директор General Fusion Кристофер Моури заявляет, что приоритет его компании — ускоренная стратегия коммерциализации, и относительно недавно он объявил о начале строительства демонстрационного завода, который будет запущен в 2026‒2027 годах

Третий весьма заметный игрок на этом перспективном рынке — Helion Energy (штат Вашингтон). Компания была создана в 2013 году и к настоящему времени привлекла уже около 600 млн долларов, из которых 500 млн были получены в серии Е в ноябре 2021 года (ключевым инвестором стал известный американский предприниматель Сэм Альтман, бывший президент крупнейшего акселератора Кремниевой долины Y Combinator). Причем, согласно условиям заключенного тогда инвестиционного соглашения, схема финансирования Helion Energy предусматривает возможность получения компанией дополнительных 1,7 млрд долларов в случае достижения ею ключевых показателей эффективности (а именно успешного запуска в 2024 году седьмого реактора-прототипа Polaris; уточним, что Helion Energy разрабатывает технологию синтеза на базе осуществления реакций по схеме DHe3, дейтерий + гелий-3).

Из тех же немногих неамериканских компаний, которые уже вызвали определенный интерес у инвесторов, пока выделяются китайский ENN Fusion Technology R&D Center (Ланфан, провинция Хэбэй), созданный в 2018 году (точнее говоря, выделившийся из материнской компании ENN Science and Technology Development) и сумевший к настоящему времени привлечь уже порядка 200 млн долларов, а также две британские компании из Оксфордшира с достаточно солидным стажем — Tokamak Energy, созданная в 2009 году и получившая порядка 250 млн долларов, и First Light Fusion (2011 года рождения), которая была в общей сложности проинвестирована почти на 100 млн долларов.

Кроме того, довольно успешно развивается упоминавшаяся выше канадско-британско-американская General Fusion, которая смогла к настоящему времени получить более 300 млн долларов, в том числе 130 млн в ноябре 2021 года по итогам очередного раунда финансирования серии Е. Генеральный директор General Fusion Кристофер Моури заявляет, что приоритет его компании — ускоренная стратегия коммерциализации, и относительно недавно он объявил о начале строительства демонстрационного завода (в масштабе 70% от возможного будущего коммерческого проекта). Эта демонстрационная установка будет построена в Великобритании (предварительный срок ее запуска — 2026‒2027 годы) и во многом будет опираться на накопленный богатый опыт и знания специалистов экспериментального реактора Joint European Torus (JET) — крупнейшего в мире действующего экспериментального термоядерного реактора для удержания физической плазмы магнитным полем, запущенного еще в 1984 году в британском Калхэме.

Еще по теме:
08.08.2022
В ходе масштабного исследования популяционного иммунитета к COVID-19 ученые установили, что подавляющее большинство дете...
03.08.2022
Сотрудники физического факультета МГУ и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН предложили оригинальный дизайн...
28.07.2022
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра ...
27.07.2022
На прошедших выходных Китайское агентство по пилотируемой космонавтике (China Manned Space Agency, CMSA) осущест...
Наверх