Nükleer füzyon santrali inşa etmenin kolay olacağı söylenmedi. Fizikçiler ve mühendisler, bu problemi çözmeye çalışmak için onlarca yıl çalıştılar. Ancak, son bir yıl içinde, füzyon girişimi olan Zap Energy, işleyen bir enerji santrali için yol haritasını daha derinlemesine inceledi ve önce bir fisyon santrali inşa etmenin daha hızlı olacağına karar verdi.

Ne?

“Fizyon ve füzyon, aynı madalyonun iki yüzüdür,” diyor Zap’ın yeni CEO’su Zabrina Johal, TechCrunch’a. “Birçok zorlukları birbirleriyle örtüşüyor.”

Zap, 300 milyon dolardan fazla yatırım toplayarak daha iyi finanse edilen füzyon girişimlerinden biri. Bu kısmi yön değişikliği, fisyon ve füzyon arasında ne kadar synerji olsa da önemli bir şaşkınlık yaratıyor.

Artan enerji talebinin, AI veri merkezlerinden kaynaklandığı ve bu talebin 2030’a kadar neredeyse üç katına çıkması bekleniyor. Teknoloji şirketleri şu anda elektriğe ihtiyaç duyuyor, ve her füzyon girişiminin karşılaştığı zorluklardan biri de, şebekeye uygun enerji santrallerinin birkaç yıl daha hazır olmayacak olması — muhtemelen on yıl veya daha fazla.

“Dünyada ihtiyaç duyulan tüm veri merkezlerini inşa etmek için yeterince enerji yok,” diyor Johal. “Bu durumda, bunu daha hızlı gerçekleştirmemiz gerektiği anlamına geliyor; bugünkü şebekeye uygun bir şey elde etmemiz lazım.”

Atomu bölmenin iki yolu

Fisyon, ticari olarak mümkünken, füzyon böyle değil. Füzyon, hidrojen gibi iki hafif atomu birleştirerek enerji yayma işlemidir. Bir deney, füzyon tepkimesinin ateşlenmesi için gerekli olandan daha fazla enerji üretmeyi başardı, ancak bu, bir enerji santralinin ihtiyaç duyduğu üretim seviyesinin çok uzağındaydı. Fisyon, uranyum gibi ağır atomları bölerek enerji üretir ve bunu 1950’lerden beri yapıyoruz.

Onca deneyime rağmen, fisyon reaktörlerini maliyet etkin bir şekilde inşa etmek önemli bir zorluk olmaya devam ediyor. Küçük modüler reaktörler (SMR) inşa eden fisyon girişimleri, maliyetleri düşürmeye yardımcı olmak için seri üretime güveniyor, ancak bu teorinin kanıtlanması gerekmekte. Üretim ölçeklemesinden elde edilecek faydalar, yaklaşık on yıl sürmektedir.

Johal, Zap’ın yeni fisyon işinden bir yıl içinde gelir elde etmeyi beklediğini söylüyor. “İş modelimiz elektriksiz değil,” diyor. Gelir, Savunma Bakanlığı ve Enerji Bakanlığı gibi federal programlardan gelebilir, ancak aynı zamanda “kilometre taşları ödemeleri” ve büyük miktarda elektriğe ihtiyaç duyan şirketlerden ayrılmış üretim kapasitesini de içerebilir.

Kilometre taşları ödemeleri, Zap ve diğer enerji girişimleri için karışık bir model olabilir.

Bu, ASML’nin Intel, TSMC ve Samsung’dan aşırı ultraviyole litografi (EUV) geliştirmek için para toplamasına benziyor. Yarı iletken üreticileri, ASML hisseleri için bir prim ödeyerek araştırma ve geliştirme sürecini finanse ettiler ve EUV makineleri üretime geçtiğinde kapasiteyi ayırdılar.

Ancak, Zap’ın denemesi ile ASML’nin başarısı arasında temel bir fark var. ASML’nin “İnovasyon İçin Müşteri Eş-Finansman Programı” oluşturduğunda, Hollandalı şirketin tek oyuncu olduğu belliydi — diğer herkes EUV’den vazgeçmişti. Enerji dünyasında, teknoloji şirketlerinin seçebileceği çeşitli teknolojiler ve tedarikçiler var. Zap’ın fisyon teklifinde ekstra bir özelliğin görülmesi gerekecek.

Bu bağlamda, potansiyel alıcılar zaten Zap’ın planlarını değerlendirmeye başlayabilir. Girişimin fisyon reaktörü, Toshiba ve Japonya’nın enerji endüstrisi araştırma enstitüsü tarafından ortaklaşa geliştirilen 4S tasarımına dayanacak. Nihayetinde bu tasarım inşa edilmedi, ancak Johal, tasarımın “herhangi bir fikri mülkiyet karışıklığı içermediğini” söylüyor.

Johal, 2030’larda yeterli talebin olacağına ve Zap’ın birçok müşteri bulacağına inanıyor, diğer fisyon girişimlerine göre yıllar geride olmasına rağmen. “Kısa vadede yeterince reaktör olmayacak,” diyor.

Parayı takip et

Zap’ın fisyon atılımının başarılı olması için iki şeyden biri gerçekleşmeli: Gelir veya yeni yatırım elde edilmelidir.

Johal’ın hükümet finansmanı ve büyük enerji kullanıcılarından kilometre taşları ödemeleriyle ilgili yorumlarına göre, gelir en göz önünde olan seçenek. Bir reaktör konseptinin geliştirilmesinin maliyeti son derece yüksek. İkinci reaktörün maliyetinin iki katı olmayabilir, ancak kesinlikle bedava değildir. Daha fazla nakit, daha iyidir.

Zap, gelir getirerek yan işlere yönelen tek füzyon şirketi değil. Commonwealth Fusion Systems ve Tokamak Energy, yüksek sıcaklıklı süper iletken mıknatıslarını diğer füzyon şirketleri ve deneylerine satarken, TAE ve Shine Technologies gibi diğerleri nükleer tıpta faaliyet göstermektedir.

Bu gelir fırsatlarından bazıları, bir füzyon enerji santrali inşa etmekle daha uyumlu. Zap, fisyon planının, füzyon reaktörü dışında her şeyi daha hızlı hareket ettireceğini savunuyor; malzeme testleri ve enerji sistemleri gibi konularda. Şirket, düzenleyici alanlarda deneyim kazanabileceğini de ifade ediyor, ancak bunun belirli kurallarla yönelmekten çok düzenleyicilerle ilişkiler kurmakla daha ilgili olduğunu belirtiyor. Nükleer Düzenleme Komisyonu, dikkatli bir devlet ajansı, füzyon şirketlerine ayrı bir dizi kılavuzsunmuştur. Füzyon ve fisyon arasındaki benzerliklere rağmen, iki teknoloji hala çok farklı.

Ya da belki Zap, yeni bir gelir kaynağına ihtiyaç duymayacak, eğer yeni bir yatırımcı sınıfını çekmeyi başarırsa. Zap, fisyon girişimlerine olan ilgiyi artırabilirse, belki mevcut yatırımcılar için daha kısa sürede bir çıkış bulabilir. Örneğin, henüz bir enerji santrali inşa etmeyen X-energy, geçen hafta 1 milyar dolar getiren büyütülmüş bir halka arz gerçekleştirdi.

Tüm bunlar, Zap’ın 2030’ların başında bir küçük modüler reaktörü (SMR) şebekeye bağlama konusunda ilerleme göstermesini varsayıyor.

Zap’ın, fisyonu iş modeline dahil etmesinin ticari füzyon enerjisine ulaşmalarını daha hızlı hale getireceği argümanları etkileyici; ancak zaman bu durumu değiştirebilir. Yine de, ikinci bir reaktör inşa etmenin zorlukları ve maliyetleri, bu hedefleri uyumlu hale getirmek zor. Bu yeni yol, Zap’ın önceki rotasından yeterince uzakta, dikkatli adım atmayı gerektiriyor. Peki sizce bu strateji başarılı olacak mı?

İç içe geçmiş maddelerin bir araya gelmesiyle enerji üretebilen füzyon enerjisi, doğal olarak zorlu bir süreçtir. Ancak, bu alanda yeni bir yaklaşım geliştirilmesi, potansiyel olarak enerji verimliliğini artırabilir.

Füzyon reaktörleri, elektrik üretecek şekilde tasarlandıklarında belirli zorluklarla karşılaşabiliyor. Avalanche Energy’nin Malzeme Bilimi Uzmanı Daniel Velásquez, “Elektrik üretebilen bir füzyon reaktörü daha iyi bir sonuçtur.” dedi. Ancak, bu yeni endüstri henüz bu aşamaya geçemedi.

Füzyon Reaksiyonları ve Enerji Verimliliği

Füzyon reaksiyonları, iki hafif atomun bir araya gelerek daha ağır bir atom oluşturması süreciyle muazzam miktarda enerji açığa çıkarıyor. Ancak bu enerjiyi toplamak zorlayıcı olabiliyor. Genellikle suyu ısıtıp bir buhar türbini döndürme yöntemi kullanılsa da, bu yöntem toplam gücün en iyi ihtimalle %60’ını toplayabiliyor.

Yeni Malzemeler: Radiovoltaikler

Avalanche Energy, yeni malzemeler olan radiovoltaikleri geliştirerek daha fazla enerji yakalayabileceğini düşünüyor. Radiovoltaikler, güneş panellerine benzer şekilde, radyasyonu elektriğe dönüştürmek için yarı iletkenler kullanıyor. Ancak mevcut radiovoltaikler, topladığı radyasyondan kolayca zarar görebiliyor ve çok fazla elektrik üretmiyor.

Bugün, Avalanche, yeni radiovoltaiklerin geliştirilmesi için DARPA’dan 5.2 milyon dolarlık bir kontrat aldı. Pentagon araştırma ajansı, bu malzemeleri yeni nesil nükleer bataryalarda kullanmakla ilgileniyor. Bu tür cihazlar, uzay araçları ve uydu gibi sistemleri uzun süre enerji sağlayabilir.

Nükleer Bataryalar ve Olası Uygulamalar

Yine de, Avalanche bu proje doğrultusunda ilerlemiyor. Ancak DARPA ödülü, şirketin hedefleriyle örtüşüyor. Fiziksel olarak, nükleer bataryalar ve füzyon reaksiyonları her ikisi de alfa parçacıkları üretiyor; bu da ekipman için zarar verici olabilir. Avalanche, uzak askeri üslerdeki dizel jeneratörleri değiştirebilecek bir masaüstü boyutunda füzyon reaktörü geliştirmeyi planlıyor.

Eğer company, bir nükleer batarya için yeni bir radiovoltaik geliştirebilirse, bu bilgiyi yeni bir reaktör parçasına uygulama şansı bulabilir. Böyle bir kaplama, alfa parçacıklarını toplamada yardımcı olurken reaktörü koruyabilir ve ürettiği elektriği artırabilir. Ayrıca, ABD Hava Kuvvetleri’nin AFWERX araştırma laboratuvarından hesaplama ilerlemelerini kullanarak malzeme keşfini hızlandırmak için 1.25 milyon dolarlık bir ödül kazandı.

Füzyon girişimleri, ‘eşitlik’ adı verilen bir başarı hedefini başarmak için yarışıyor. Bu hedef, füzyon reaksiyonunun ürettiği güç ile onu sürdürebilmek için gereken güç oranı olan Q > 1 ile tanımlanıyor. Alfa parçacıklarını elektrik üretmekte kullanabilmek, ticari füzyon gücüne ulaşmayı kolaylaştırabilir.

Avalanche, alfa parçacıkları üretecek bir reaktör tasarımına sahip olan tek şirket değil. Eğer başarılı olursa, bu teknolojiyi diğer füzyon şirketlerine tedarik edebilir, bu da sektördeki yeni bir trend haline geliyor.