مفاعل مبتكر يعيد تشكيل مستقبل الطاقة النظيفة

إنجازات شركة OpenStar في مجال الاندماج النووي

في مستودع تجاري يطل على المحيط في العاصمة النيوزيلندية ويلينغتون، تحاول شركة ناشئة إعادة إنشاء قوة نجم على الأرض باستخدام مفاعل غير تقليدي "من الداخل إلى الخارج" مع مغناطيس قوي يرتفع في قلبه.

ما هو الاندماج النووي وكيف يعمل؟

وهدفها هو إنتاج الاندماج النووي، وهو شكل غير محدود تقريباً من أشكال الطاقة النظيفة التي يتم توليدها عن طريق التفاعل المعاكس تماماً للتفاعل الذي تقوم عليه الطاقة النووية الحالية في العالم - فبدلاً من تقسيم الذرات، يعمل الاندماج النووي على دمجها معاً، مما يؤدي إلى دفعة قوية من الطاقة التي يمكن تحقيقها باستخدام العنصر الأكثر وفرة في الكون: الهيدروجين.

أهمية تحقيق البلازما فائقة السخونة

في وقت سابق من هذا الشهر، أعلنت شركة OpenStar Technologies أنها تمكنت من إنشاء بلازما فائقة السخونة عند درجات حرارة تبلغ حوالي 300,000 درجة مئوية، أو 540,000 درجة فهرنهايت - وهي خطوة ضرورية على طريق طويل نحو إنتاج طاقة الاندماج.

وقد أشادت الشركة بهذا الإنجاز. وقال راتو ماتيرا، مؤسس شركة OpenStar ومديرها التنفيذي: "أول بلازما هي لحظة مهمة حقًا"، إنها "اللحظة التي تعرف فيها أن كل شيء يعمل بفعالية."

وقد استغرق الأمر عامين وحوالي 10 ملايين دولار للوصول إلى هنا، كما قال لشبكة سي إن إن، مما يجعلها رخيصة وسريعة مقارنة بالعديد من الجهود التي استمرت لعقود من الزمن، والتي تقودها الحكومة والتي هيمنت على مجال الطاقة الاندماجية.

التحديات والفرص في سوق الطاقة الاندماجية

OpenStar هي واحدة من عدد من الشركات الناشئة التي تدفع العالم نحو خط النهاية في مجال الاندماج النووي من خلال البحث عن طرق لتسويق مصدر الطاقة المستقبلي تجارياً، حتى قبل أن تثبت جدواه.

استثمارات الشركات الناشئة في الاندماج النووي

وهي تأتي بوعود كبيرة واستثمارات ضخمة - فقد اجتذبت شركات الاندماج النووي أكثر من 7.1 مليار دولار من التمويل، وفقًا لرابطة صناعة الاندماج النووي. لكن الخبراء يحذرون من أنه لا يزال هناك طريق طويل ومعقد أمامهم.

فوائد الاندماج النووي كحل للطاقة النظيفة

وغالبًا ما يُطلق على الاندماج - وهي نفس العملية التي تجعل الشمس والنجوم الأخرى تسطع - الكأس المقدسة للطاقة النظيفة: فهي لا حدود لها تقريبًا، ولا تنتج تلوثًا يسبب حرارة الكوكب ولا تعاني من مشكلة النفايات المشعة طويلة الأجل التي يعاني منها الانشطار، وهي التكنولوجيا النووية التي يستخدمها العالم حاليًا.

إنها فرصة ذهبية لمعالجة أزمة المناخ المتصاعدة. فهي طاقة ذات حمولة أساسية قادرة على استخدام البنية التحتية الحالية للشبكة، وهي تقدم ما يريده الناس: حل مناخي لا ينطوي على تغيير يذكر في العالم كما هو عليه الآن.

ولكن ثبت أن إعادة إنشائها على الأرض أمر صعب للغاية.

تقنيات الاندماج النووي： توكاماك مقابل OpenStar

تتضمن التقنية الأكثر شيوعًا آلة على شكل دونات تسمى توكاماك، والتي يتم تغذيتها بنوعين من غاز الهيدروجين - الديوتيريوم الموجود في مياه البحر، والتريتيوم المستخرج من الليثيوم.

كيف تعمل تقنية التوكاماك؟

وتصل درجة الحرارة داخل التوكاماك إلى 150 مليون درجة، أي 10 أضعاف حرارة قلب الشمس. وتحت هذه الحرارة غير العادية، تصطدم نظائر الهيدروجين ببعضها البعض داخل البلازما، مما يؤدي إلى اندماجها في عملية تولد كميات هائلة من الطاقة.

تعمل الملفات المغناطيسية القوية في توكاماك على حصر البلازما، وهي مهمة يصفها العلماء بأنها تشبه تثبيت الهلام معًا باستخدام أشرطة مطاطية.

ابتكارات OpenStar في تصميم المفاعل

تقلب تقنية OpenStar هذا الأمر رأساً على عقب، حيث تقلب التوكاماك رأساً على عقب. فبدلاً من وجود بلازما داخل مغناطيس، يوجد مغناطيس داخل البلازما.

مستقبل الطاقة الاندماجية： التوقعات والتحديات

ويتميز مفاعلها بمغناطيس واحد قوي للغاية يرتفع داخل حجرة مفرغة من الهواء بعرض 16 قدمًا تقريبًا، والتي تبدو مثل كعكة دونات فولاذية على أرجل. وقد صُمم التصميم على غرار البلازما في المجالات المغناطيسية للكواكب، بما في ذلك المجال المغناطيسي للأرض.

{{MEDIA}}

ابتكر الفيزيائي أكيرا هاسيغاوا هذا المفهوم في ثمانينيات القرن الماضي، استنادًا إلى دراسته للبلازما حول المشتري. تم بناء أول آلة تستخدم هذه المبادئ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بالتعاون مع جامعة كولومبيا، وتم تشغيلها في عام 2004. لكنها أغلقت في عام 2011.

وقال أكيرا: "لم يكن من الممكن توسيع نطاقها بالتكنولوجيا التي كانت لديهم". ومن خلال تبديل بعض هذه التكنولوجيا واستخدام أنواع أحدث من المغناطيسات، تقول OpenStar إنهم تمكنوا من حل المشكلة.

وقال أكيرا إن ميزة هذا المفاعل هي أن هندسته أسهل وأسرع من مفاعل توكاماك. وهذا "يسمح لك بالتكرار السريع وتحسين الأداء بسرعة كبيرة جداً." كما أنه أقل تعقيدًا من مفاعل توكاماك - والذي يقارنه ب "بناء سفينة في زجاجة" - مما يعني أنه أسرع بكثير لإصلاحه إذا حدث خطأ ما.

تخطط OpenStar، التي جمعت بالفعل 12 مليون دولار وتشرع الآن في جولة تمويل أكبر بكثير، لبناء نموذجين آخرين على مدى عامين إلى أربعة أعوام، للعمل على كيفية توسيع نطاقها وجعلها قابلة للتطبيق.

{{MEDIA}}

قال جيرالد نافراتيل، أستاذ طاقة الاندماج وفيزياء البلازما في جامعة كولومبيا، إن OpenStar هي واحدة من كوكبة من شركات الاندماج التي ظهرت على مدى السنوات الخمس الماضية، والتي تسعى إلى تطوير تقنيات متنوعة.

وقال لشبكة سي إن إن: "نضج المجال لدرجة أن أصحاب رؤوس الأموال الخاصة الآن على استعداد لوضع الأموال لمحاولة معرفة ما إذا كان بإمكانهم الوصول إلى الاندماج بشكل أسرع قليلاً".

وقد جمع أحد أكبر المشاريع التجارية، وهي شركة كومنولث فيوجن سيستمز (Commonwealth Fusion Systems)، التي تستخدم مغناطيسات فائقة التوصيل بدرجة حرارة عالية داخل توكاماك، أكثر من ملياري دولار.

ويستكشف آخرون، مثل OpenStar، تكنولوجيا أكثر غرابة. وتحاول شركة Zap Energy ومقرها سياتل بناء مفاعل مدمج وقابل للتطوير لا يستخدم المغناطيس على الإطلاق، ولكن بدلاً من ذلك يطلق نبضات من الطاقة في تيار من البلازما.

متى ستكون طاقة الاندماج جاهزة للاستخدام التجاري؟

لا يزال سؤال المليار دولار هو: متى ستكون طاقة الاندماج جاهزة؟ تقول OpenStar ست سنوات. وتقول شركة كومنولث فيوجن إنها تستطيع توصيل الطاقة الاندماجية إلى الشبكة في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين. وتتوقع شركة Zap Energy إطاراً زمنياً مماثلاً.

أما الجهات الفاعلة الأخرى فهي أكثر حذرًا. إذ تقول هيئة الطاقة الذرية البريطانية، وهي هيئة حكومية تعمل على تطوير الاندماج، إنه من غير المرجح أن يصبح الاندماج واقعًا تجاريًا حتى النصف الأخير من هذا القرن بسبب التحديات العلمية والهندسية الكبيرة.

التحديات العلمية والهندسية أمام الاندماج النووي

وقال نافراتيل إن الشركات الناشئة في بعض الأحيان "تميل إلى أن تكون عدوانية بعض الشيء فيما تعد به". وأضاف أن هناك فرقًا كبيرًا بين إنتاج الطاقة من الاندماج النووي وبين وجود نظام عملي يوفر الطاقة على الشبكة ويكون آمنًا ومرخصًا ويعمل.

لا يزال أكيرا متفائلاً وواثقًا من قدرة الشركات الناشئة الرشيقة على دفع العالم أكثر وأسرع نحو طاقة نظيفة محيرة بدت لعقود من الزمن بعيدة المنال.

وقال: "لن تنجح جميع شركات الاندماج في هذا المجال، وقد تكون OpenStar واحدة من تلك الشركات"، "ولكننا كمجتمع سوف نتعلم بشكل أسرع."