ماراتن هم‌جوشی هسته‌ای؛ چرا برنده این رقابت تمامی ساکنان سیاره خواهند بود؟

فناوری انرژی هم‌جوشی هسته‌‌ای در یک‌قدمی موفقیت در مرحله‌‌ی آزمایشگاهی است؛ ولی بسیاری از فعالان صنعت انرژی نمی‌‌خواهند این فناوری وارد بازار شود.

باور بسیاری از مردم این است که انرژی هم‌جوشی (گداخت)، یکی از منابع انرژی پاک، ارزان، ایمن و فراوان است که تا دسترسی به آن ۳۰ سال فاصله داریم. این عبارت ۳۰ سال ازجمله مواردی است که برخی آن را چندان باور ندارند. با‌این‌حال، چند شرکت نوپای فعال در عرصه‌‌ی هم‌جوشی هسته‌‌ای نظیر TAE Technologies و Commonwealth Fusion Systems و جنرال فیوژن از مراحل تولید آزمایشگاهی به مرحله‌‌ی ساخت واحدهای پایلوت رسیده‌‌اند.

در همین حال، ۳۵ دولت از سرتاسر جهان در حال همکاری روی پروژه‌‌ی ایتر (ITER) در اروپا هستند؛ سیستم عظیمی که برای اثبات امکان علمی و فنی استفاده از انرژی هم‌جوشی طراحی شده است. شاید ایتر، تنها پروژه‌‌ی کاملا کارشناسی‌‌شده‌‌ای باشد که به‌‌صورت هدفمند با صرف چندین‌میلیارد دلار در حال پیشرفت باشد؛ اما شرکت‌‌های خصوصی آن‌قدر صبور نیستند که بتوانند چندین سال منتظر حصول نتیجه از این پروژه‌‌ی پرهزینه و البته کُند دولتی بمانند.

خوش‌‌بین‌‌ترین کارشناسان بر این باور هستند که تا تولید اولین نمونه‌‌ی مفهومی از نیروگاه هم‌جوشی هسته‌‌ای، تنها پنج سال فاصله داریم. این در حالی است که برای عرضه‌‌ی نمونه‌‌ی تجاری درحدود ۱۵ سال زمان نیاز خواهد بود. رسیدن به این جام مقدس از فناوری‌‌های پاک می‌تواند صنعت ۸.۵ میلیارد دلاری انرژی در جهان را به‌‌کلی متحول و اقتصادی عاری از کربن را بنیان‌‌گذاری کند. هم‌جوشی می‌‌تواند برگ برنده‌‌ی ما در نبرد با تغییرات اقلیمی و موجی از اتفاقات ناخوشایندی باشد که درنتیجه‌‌ی دهه‌‌ها سوزاندن سوخت‌‌های فسیلی رقم خورده است.

با تمام این‌ها، چرا ماجرای ساخت این فناوری این‌‌قدر به‌‌درازا کشیده است؟ چرا تاکنون نتوانسته‌‌ایم به نمونه‌‌های تجای از نیروگاه‌‌های هم‌جوشی دست یابیم؟ عواید اقتصادی و زیست‌‌محیطی حاصل از تجاری‌‌سازی انرژی هم‌جوشی بیشتر از آن‌‌ چیزی است که سرمایه‌‌گذران خصوصی و مؤسسات عمومی بتوانند از آن چشم‌‌پوشی کنند. با‌این‌حال، نکته‌‌ی شگفت‌‌انگیز آن است که حجم سرمایه‌‌گذاری در این بخش بسیار کمتر از حدی بوده که طبیعتا باید می‌‌بود. دلیل این اهمال‌کاری چیست؟

همجوشی هسته ای / Fusion reaction

تعریف هم‌جوشی

انرژی هم‌جوشی را نباید با شکل رایج انرژی هسته‌‌ای استفاده‌شده در نیروگاه‌‌های امروزی اشتباه گرفت. در این نیروگاه‌‌ها، از شکافت هسته‌‌ای استفاده می‌‌شود؛ فرایندی که در آن، با شکافتن ایزوتوپ اورانیوم، واکنش‌‌های زنجیره‌‌ای آغاز می‌‌شود. وقتی چنین واکنشی آغاز می‌‌شود، کنترل آن بسیار دشوار خواهد بود. این همان عاملی است که باعث بروز فجایعی نظیر حادثه‌‌ی چرنوبیل در سال ۱۹۸۶ و فوکوشیما در سال ۲۰۱۱ شد.

می‌‌توان گفت تفاوت انرژی هم‌جوشی با انرژی شکافت به‌‌همان اندازه است که انرژی خورشیدی با انرژی بادی تفاوت دارد. هم‌جوشی همان فرایندی است که در دل ستارگان جهان ازجمله خورشید ما رخ می‌‌دهد. برای آنکه بتوانیم این فرایند را اینجا روی زمین شبیه‌‌سازی کنیم، باید دو ایزوتوپ هیدروژن با نام‌‌های دوتریوم و تریتیوم را که به‌‌آسانی از آب به‌‌دست می‌‌آید، درمعرض حرارت بسیار زیادی قرار دهیم. وقتی این دو ایزوتوپ به دمایی نزدیک به ۱۵۰ میلیون درجه‌‌ی سانتی‌‌گراد برسند، اتم‌‌های آن‌‌ها به‌‌اندازه‌‌ای شتاب می‌‌گیرند که می‌‌توانند با یکدیگر برخورد کنند و دچار هم‌جوشی شوند.

با هم‌جوشی دوتریوم و تریتیوم، اتم هلیوم و یک نوترون به‌‌همراه حجم عظیمی انرژی تولید می‌‌شود. با مهار این انرژی به‌‌شکل سنتی خود می‌‌توان انرژی برق استخراج کرد. این امر معمولا با تبخیر آب و راه‌‌اندازی توربین بخار کوپل‌‌شده به ژنراتور برق محقق می‌‌شود.

برخلاف شکافت هسته‌ای، اگر جریان انرژی ورودی به رآکتور هم‌جوشی را متوقف کنیم، کل فرایند نیز متوقف خواهد شد

انرژی هم‌جوشی ایمن است؛ چراکه اگر انرژی ورودی به سیستم گرمایش و شتاب‌‌دهی دوتریوم و تریتیوم را متوقف کنیم، کل فرایند هم‌جوشی نیز متوقف خواهد شد. در چنین سازوکاری، وقوع حوادث مهارنشدنی نظیر چرنوبیل و فوکوشیما غیرممکن است. به‌‌علاوه، فرایند هم‌جوشی در مقایسه با شکافت، مقادیر بسیار اندکی پسماند اتمی تولید می‌‌کند. همین مقادیر اندک پسماند نیز نیمه‌‌عمری کوتاه و به‌‌اندازه‌‌ی تنها چند صد سال دارند؛ در‌حالی‌که نیمه‌‌عمر زباله‌‌های شکافت هسته‌‌ای به چند‌ده‌هزار سال نیز می‌‌رسد؛ از‌این‌رو، مدیریت زباله‌‌های هم‌جوشی بسیار ساده‌‌تر خواهد بود.

افزون‌براین، برخلاف زباله‌‌های شکافت هسته‌‌ای، از پسماند فرایند هم‌جوشی نمی‌‌توان برای تولید بمب اتمی استفاده کرد؛ پس درصورت توسعه‌‌ی نیروگاه‌‌های هم‌جوشی، جهان دیگر نگران معضل تکثیر سلاح‌‌های هسته‌‌ای نخواهد بود.

برای تأمین نیازهای گرمایشی ۱۰ هزار خانوار به‌‌مدت یک سال، به ۵۵ هزار بشکه‌‌ نفت نیاز خواهیم داشت؛ در‌حالی‌که درصورت استفاده از از انرژی هم‌جوشی، تنها با کمک یک لیتر دوتریوم و تریتیوم استخراج‌‌شده از آب می‌‌توان نیاز این تعداد خانوار را برطرف کرد. همچنین، با سوزاندن ۵۵ هزار بشکه‌ نفت، ۲۳ هزار و ۵۰۰ تن دی‌‌اکسیدکربن آزاد خواهد شد؛ اما فرایند هم‌جوشی به‌‌خودی‌خود آلودگی کربنی به‌‌همراه ندارد و شدت کربن انتشاریافته در تمام طول عمر هر ساختگاه هم‌جوشی حتی کمتر از نیروگاه‌‌های خورشیدی و بادی است. این تعریف کل دی‌‌اکسیدکربن تولیدشده در فرایند ساخت‌‌وساز و تولید و بهره‌‌برداری نیروگاه در ازای هر کیلووات‌‌ساعت انرژی تولیدشده را شامل می‌شود.

رآکتور همجوشی لاکهید مارتین

موانع موجود

جای تعجبی ندارد تولید خورشید مصنوعی آن‌هم اینجا روی زمین، باید فرایندی دشوار و زمان‌بر و پرهزینه باشد. با‌این‌حال، به‌نظر می‌‌رسد موانع موجود در تجاری‌‌سازی این ایده بیشتر رنگ‌‌وبوی سیاسی و اقتصادی داشته باشند تا فنی و مهندسی. به بیان ساده‌‌تر، هم‌جوشی به‌‌منزله‌‌ی تهدید وجودی برای کل صنعت انرژی امروز است. اگر فناوری هم‌جوشی بتواند به‌‌صورت اقتصادی در مقیاسی بزرگ پیاده‌‌سازی شود، با تکمیل سبد انرژی‌‌های تجدیدپذیر جهان خواهد توانست انرژی پاک، ارزان، ایمن و فراوان را دردسترس تمامی افراد ساکن سیاره قرار دهد. در پی این اتفاق، فناوری مذکور اقتصاد و روابط جهانی را به‌یک‌باره متحول و شرکت‌‌های نفتی را از رده خارج خواهد کرد و در یک کلام، به فروپاشی بزرگی در بازارهای سرمایه‌‌ی جهان منجر خواهد شد.

هم‌جوشی به‌‌منزله‌‌ی تهدید وجودی برای کل صنعت انرژی امروز است

بنابر همین دلایل و نیز مشکلات فنی، انجام پروژه‌‌های هم‌جوشی در بخش خصوصی و عمومی به موضوعی بحث‌‌برانگیز تبدیل شده؛ از‌این‌رو، سرمایه‌‌گذاری انجام‌‌شده در آن کمتر از حد انتظار بوده است. تنها راه فرار از بن‌‌بست پیش‌ رو آن است که فعالان صنعت هم‌جوشی بتوانند راهی برای اثبات توجیه‌‌پذیری آن بیابند؛ موضوعی که تحقق آن خود وابسته به سرمایه‌‌گذاری کافی است. وجود سرمایه‌‌ی کافی می‌‌تواند تجاری‌‌سازی این فناوری را در مدت بسیار کوتاه‌‌تری امکان‌پذیر کند.

تاکنون، کسی نتوانسته رآکتور هم‌جوشی با قابلیت تولید میزان انرژی خروجی بیشتر از انرژی مصرفی آن را راه‌‌اندازی کند. نمونه‌‌های اولیه تنها با این هدف تولید شده‌‌اند تا نشان دهند فناوری‌‌های هم‌جوشی امروزی قابلیت تولید انرژی استحصال‌شدنی در مقیاس بزرگ‌‌تر را خواهند داشت.

با سرمایه‌‌گذاری چندمیلیارددلاری در تعداد محدودی از این پروژه‌‌ها می‌‌توان به فناوری هم‌جوشی رنگ واقعیت بخشید. این میزان سرمایه‌‌گذاری چندان هم هنگفت نیست. برای مقایسه، بد نیست بدانید هزینه‌‌ی بخش تحقیق‌و‌توسعه‌‌ی اپل در سال گذشته به‌‌تنهایی بیش از ۱۴ میلیارد دلار بوده است. این هزینه‌‌ها برای فیسبوک به بیش از ۱۰ میلیارد دلار می‌‌رسد؛ حتی شرکت نفتی شل نیز برای دستیابی به فناوری‌‌های جدید حوزه‌‌ی انرژی، بودجه‌‌ای دومیلیارددلاری اختصاص داده است. این روزها، جمع‌‌آوری بودجه‌‌ی یک‌میلیارددلاری برای بسیاری از سرمایه‌‌گذاری‌‌های ریسک‌‌پذیر امری آسان شده است؛ با‌این‌حال، با وجود آگاهی از دستاوردهای انکارناپذیر فناوری هم‌جوشی برای بشر، هنوز این فناوری با بی‌‌مهری سرمایه‌‌گذاران مواجه است.

آیا قرار است این وضعیت تغییر کند؟ هرچه‌زودتر بتوانیم سرمایه‌‌گذاران را متوجه عملی‌‌بودن ایده‌‌ی هم‌جوشی کنیم، تجاری‌‌شدن این فناوری نیز زودتر محقق خواهد شد. امروزه که در میانه‌‌ی نبردی سرنوشت‌‌ساز با بحران تغییرات اقلیمی گرفتار شده‌‌ایم، تمایل ما به سستی و تعلل خود بزرگ‌‌ترین مانع به‌شمار می‌آید.

همجوشی / fusion

پیش‌گامان عرصه‌‌ی هم‌جوشی

در ابتدای این مقاله، به نام سه شرکت فعال در عرصه‌‌ی هم‌جوشی اشاره کردیم که احتمال دارد بتوانند در ۵ تا ۱۵ سال آینده، فناوری هم‌جوشی را به مرحله‌‌ی تجاری‌‌سازی برسانند. اگر هرکدام از این شرکت‌‌ها بتوانند برنده‌‌ی این رقابت باشند، درنهایت، همه‌‌ی ما برنده خواهیم بود. بااین‌حال، متأسفانه تمام این شرکت‌‌ها با مشکل کمبود سرمایه‌‌گذاری دست‌وپنجه نرم می‌کنند.

TAE در ۲۰ سال اخیر، توانسته ۸۰۰ میلیون دلار سرمایه جذب کند؛ با‌این‌حال، اعتبار این شرکت به‌‌‌دلیل برخورداری از حمایت هم‌‌بنیان‌‌گذار سابق مایکروسافت، پاول آلن، اندکی خدشه‌‌دار شده است. TAE که روی رآکتور ۱۰۰ میلیون دلاری کار می‌‌کند، می‌‌گوید در پنج سال خواهد توانست محصول خود را به مرحله‌‌ی تجاری‌‌سازی برساند؛ از‌این‌رو، در سریع‌ترین زمان به سرمایه‌‌گذاری مجدد نیاز دارد.

همجوشی / fusion

Commonwealth Fusion Systems نیز رقیب دیگری است که از حمایت شرکت نفتی اِنی (Eni) ایتالیا و صندوق سرمایه‌‌گذاری ریسک‌‌پذیر Breakthrough Energy بهره می‌برد. این شرکت نیز مدعی است تا ۱۵ سال آینده، برق حاصل از انرژی هم‌جوشی را وارد مدار خواهد کرد؛ اما سرمایه‌‌ی فعلی این شرکت تنها ۱۱۵ میلیون دلار است که اصلا کافی به‌نظر نمی‌آید.

هیچ‌یک از فعالان صنعت هم‌جوشی تاکنون نتوانسته‌‌اند سرمایه‌‌ی کافی برای پیشبرد فناوری خود تا مرحله‌‌ی عرضه به بازار فراهم آورند

شرکت جنرال فیوژن نیز از ایالت بریتیش کلمبیا در کانادا روی نمونه‌‌ای ۳۵۰ میلیون دلاری کار می‌‌کند که قرار است در ۵ سال آینده راه‌‌اندازی شود. اگر این نمونه‌‌ی آزمایشی با موفقیت وارد مدار شود، شرکت خواهد توانست در ۱۰ سال آینده اولین نیروگاه تجاری خود را وارد مدار کند. تا‌به‌امروز، جنرال فیوژن توانسته از محل اعتبارات دولت فدرال کانادا، صندوق سرمایه‌‌ی پادشاهی مالزی، جف بزوس، صندوق سرمایه‌‌گذاری Chrysalix و شرکت‌‌های انرژی نظیر Cenovus و Braemar تأمین سرمایه کند.

وجه اشتراک تمامی شرکت‌‌های یادشده آن است که با وجود برخورداری از پشتیبانی مالی افراد شناخته‌‌شده، هنوز نتوانسته‌‌اند سرمایه‌‌ی کافی برای پیشبرد فناوری هم‌جوشی تا مرحله‌‌ی عرضه در بازارهای تجاری فراهم آورند. این سه شرکت، تنها نمونه‌‌هایی از مجموع ۲۲ شرکت خصوصی فعال در عرصه‌‌ی رقابت بر سر فناوری هم‌جوشی هستند.

بازی با ریسک

اگر یکی از شرکت‌‌های TAE و Commonwealth و جنرال فیوزن یا هر شرکت دیگری بتواند آمادگی فناوری خود را برای عرضه‌‌ی تجاری اثبات کند، قطعا سرمایه‌‌گذاران مختلف از سرتاسر جهان برای سرمایه‌‌گذاری در آن صف خواهند کشید. بااین‌حال، تا زمانی‌که سرمایه‌‌گذاران دست روی دست بگذارند تا ببینند چه اتفاقی خواهد افتاد، بحران اقلیمی جهان همچنان بدون راه‌‌حل باقی خواهد ماند. حال که یکی از این شرکت‌‌ها در یک‌قدمی موفقیت قرار گرفته، آیا زمان آن نرسیده سرمایه‌‌گذاران آن را به‌‌منزله‌‌ی فرصتی برای ورود به این صنعت در نظر بگیرند؟

حتی خوشبینانه‌‌ترین سناریوها در بحث تغییرات اقلیمی از آینده‌‌ای خبر می‌‌دهند که در آن آب دریاها در ۱۰۰ سال آینده همچنان بالا خواهد آ«د، امواج گرما و آتش‌‌سوزی‌‌های گسترده بیداد خواهند کرد و جهان با انقراض دسته‌‌جمعی گونه‌‌ها و نابودی محصولات کشاورزی و خیل عظیم پناهندگان زیست‌‌محیطی مواجه خواهد بود. توجه کنید اینجا درباره‌‌ی راهکاری جهانی سخن می‌‌گوییم که درصورت سرمایه‌‌گذاری به‌‌موقع، یک دهه تا عملی‌شدن آن فاصله خواهیم داشت؛ پس فناوری هم‌جوشی یکی از امیدوارکننده‌‌ترین فرصت‌‌های سرمایه‌‌گذاری کوتاه‌‌مدت خواهد بود.

اگر در حل مشکل اقلیمی واقعا جدی هستیم، باید فناوری هم‌جوشی را جدی‌‌تر دنبال کنیم و هرچه‌سریع‌‌تر سرمایه‌‌گذاری روی آن دسته از پروژه‌‌های هم‌جوشی هسته‌‌ای را شروع کنیم که در مرحله‌‌ی نمونه‌‌سازی یا در شُرُف ورود به آن هستند. باید امیدوار باشیم سرمایه‌‌گذاران بخش خصوصی و نیز دولت‌مردان جهان این فرصت را مغتنم بشمارند و به‌‌صورت فعال‌‌تری از این فناوری حمایت کنند.

در‌حال‌حاضر، بدون تحول انقلابی در بحث انرژی‌‌های پاک شاید به‌‌سختی بتوان آینده‌‌ای برای سیاره‌‌ی زمین متصور شد. انرژی هم‌جوشی در یک‌قدمی پایان مراحل آزمایشگاهی خود است. پرسش اصلی این است: چه کسی عزم و اراده‌‌ی کافی برای معرفی این فناوری به بازار خواهد داشت؟

منبع forbes

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید