U posljednjem desetljeću svjedočimo intenzivnoj tehnološkoj utrci između dvije svjetske velesile koja bi mogla promijeniti budućnost energetike. Kina i Sjedinjene Američke Države ulažu milijarde dolara u razvoj nuklearne fuzije – tehnologije koja obećava praktički neograničene količine čiste energije bez štetnih emisija i dugoročnog radioaktivnog otpada.
Dok SAD tradicionalno predvodi u inovacijama s brojnim privatnim startupovima, Kina nadoknađuje zaostatak iznimnim državnim ulaganjima i ambicioznim projektima koji postavljaju nove svjetske rekorde. Ulog nije samo energetska neovisnost, već i potencijalna gospodarska i geopolitička dominacija u nadolazećim desetljećima.
Nuklearna fuzija, često nazivana “svetim gralom” čiste energije, proizvodi četiri puta više energije po kilogramu goriva od tradicionalne nuklearne fisije i četiri milijuna puta više od izgaranja ugljena, bez emisije stakleničkih plinova i dugotrajnog radioaktivnog otpada.
Jedini reaktori – zvijezde
Prema podacima tvrtke Ignition Research, ako sve bude teklo prema planu, tržište fuzijske energije moglo bi do 2050. godine dosegnuti vrijednost od najmanje jednog bilijuna dolara. “Trenutačno su jedini fuzijski reaktori koji rade u svemiru zvijezde,” izjavio je Dennis Whyte, profesor nuklearne znanosti i inženjerstva na MIT-u.
SAD je prvi put koristio fuziju velikih razmjera prilikom testiranja hidrogenske bombe 1952. godine. U sedam desetljeća nakon toga, znanstvenici diljem svijeta pokušavali su ukrotiti fuzijske reakcije za proizvodnju energije.
Fuzijske reakcije nastaju kada atomi vodika dosegnu iznimno visoke temperature i spoje se, stvarajući superzagrijanu plazmu. Masa koja se gubi u tom procesu može se teoretski pretvoriti u ogromne količine energije, no plazmu je teško kontrolirati. Jedna od najpopularnijih metoda koristi snažne magnete za zadržavanje plazme unutar tokamaka, metalnog uređaja u obliku prstena. Druga metoda koristi snažne lasere koji komprimiraju sićušnu kuglicu goriva, dovodeći do implozije.
SAD je 2022. ostvario povijesni uspjeh kada je u Nacionalnom postrojenju za paljenje (NIF) postignuto prvo pokretanje fuzije s pozitivnom energetskom bilancom.
Privatne inovacije
Od tada su privatna ulaganja u američke fuzijske startupe naglo porasla na više od osam milijardi dolara, u usporedbi s 1,2 milijarde dolara 2021. godine, prema podacima Udruženja fuzijske industrije (FIA). Od 40 tvrtki članica FIA-e, njih 25 nalazi se u SAD-u.
“Ako vam je stalo do AI-a i do energetskog vodstva, morate ulagati u fuziju”, rekao je Andrew Holland, izvršni direktor FIA-e. “Ako SAD ne preuzme vodstvo, Kina hoće.”
Od ukupnih 8 milijardi dolara privatnih ulaganja u fuziju u svijetu, čak 6 milijardi nalazi se u SAD-u. Commonwealth Fusion Systems, startup nastao iz MIT-a, prikupio je gotovo 2 milijarde dolara od ulagača poput Billa Gatesa, Jeffa Bezosa i Googlea. Washingtonski Helion prikupio je jednu milijardu dolara od investitora poput Sama Altmana iz OpenAI-a te sklopio ugovor s Microsoftom za isporuku fuzijske energije u mrežu do 2028. Tvrtka TAE Technologies, također s Googleovom podrškom, prikupila je 1,2 milijarde dolara.
Commonwealth Fusion Systems (CFS) koristi kompaktni tokamak reaktor SPARC s visokotemperaturnim supravodljivim magnetima. Značajan proboj postignut je 2021. godine kada je tvrtka uspješno testirala najjači visokotemperaturni supravodljivi magnet na svijetu, dosegnuvši magnetsko polje jačine 20 tesla. Izgradnja SPARC-a započela je 2021., s očekivanim dovršetkom do 2025. godine. Nakon uspješnog rada SPARC-a, planira se razvoj ARC-a, komercijalne fuzijske elektrane koja bi trebala postati operativna početkom 2030-ih.
TAE Technologies koristi konfiguraciju s obrnutim poljem u linearnom reaktorskom dizajnu, s ciljem postizanja čiste fuzije pomoću vodik-bor goriva koje proizvodi minimalni radioaktivni otpad. Njihov reaktor Norman postigao je temperature plazme iznad 75 milijuna stupnjeva Celzija. Najnoviji reaktor Copernicus projektiran je za temperature iznad 100 milijuna stupnjeva Celzija i trebao bi biti operativan do 2025.
Helion Energy razvija Magneto-Inercijalnu Fuziju, kombinirajući magnetsko zadržavanje i inercijsku fuziju. U 2021. njihov prototip dosegao je 100 milijuna Celzijevih stupnjeva. Tvrtka razvija reaktor Polaris koji ima za cilj dokazati neto proizvodnju električne energije do 2028. U svibnju 2023. Helion je potpisao ugovor s Microsoftom, obvezujući se isporučiti najmanje 50 megavata fuzijske električne energije do 2028.
“Onaj tko osigura praktički neograničenu energiju može utjecati na sve što zamislite”, rekao je Michl Binderbauer, izvršni direktor TAE Technologiesa. “To je zastrašujuća pomisao ako završi u pogrešnim rukama”.
Kineski rekordni projekti
Utrka za razvoj fuzije započela je za Kinu početkom 2000-ih, oko 50 godina nakon SAD-a, kada se pridružila međunarodnom megaprojektu fuzije ITER u Francuskoj u kojem sudjeluje više od 30 država. No, Kina u fuzijsku energiju ulaže znatno više javnog novca nego SAD. Peking godišnje izdvaja oko 1,5 milijardi dolara, dok su američka federalna sredstva za fuziju posljednjih godina u prosjeku iznosila oko 800 milijuna dolara.
Donald Trump povećao je potporu nuklearnoj energiji tijekom prošlog mandata, a taj je trend nastavljen i tijekom mandata Joea Bidena. Američki senatori i fuzijski stručnjaci objavili su u veljači izvješće u kojem traže deset milijardi dolara saveznih sredstava kako bi SAD zadržao vodstvo u fuziji.
No, SAD možda već zaostaje kada je riječ o veličini reaktora. Općenito, što je reaktor veći, učinkovitije može zagrijavati i zadržavati plazmu. Kina gradi veliko lasersko postrojenje u Mianyangu, koje će biti 50 posto veće od američkog Nacionalnog postrojenja za paljenje (NIF). Satelitske snimke pokazuju brzi napredak gradnje, a glavna kupola postrojenja dvostruko je veća od one u NIF-u.
Kina ostvaruje značajne rezultate i u magnetskoj fuziji. Eksperimentalni reaktor EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) postigao je novi svjetski rekord održavajući stabilnu fuzijsku plazmu 1066 sekundi pri temperaturama iznad 100 milijuna stupnjeva Celzija.
Uz EAST, Kina razvija i druge fuzijske projekte. CRAFT, vrijedan 700 milijuna dolara, trebao bi biti dovršen ove godine, dok se novi tokamak BEST planira završiti do 2027. Istodobno, nacionalni program CFETR (China Fusion Engineering Test Reactor) ima cilj proizvesti električnu energiju iz fuzije do 2040-ih. Kina aktivno sudjeluje i u međunarodnom projektu ITER.
Utrka za talent i resurse
Brzi razvoj fuzijskih projekata u Kini dolazi u trenutku kada su američki napori uglavnom usmjereni na nadogradnju postojećih strojeva, od kojih su neki stariji od 30 godina. “Nitko ne želi raditi na starim dinosaurima,” tvrde iz TAE-a, dodajući da novi projekti privlače više talenata.
Početkom 2000-ih, proračunska smanjenja u američkom istraživanju fuzije prisilila su sveučilišta da zaustave rad na novim strojevima i pošalju istraživače da uče na stranim strojevima, uključujući kineske.
“Umjesto da gradimo nove, otišli smo u Kinu i pomogli im da izgrade svoje, misleći: ‘Oh, to će biti super. Oni će imati infrastrukturu, a mi ćemo biti pametniji,’ priča Bob Mumgaard, suosnivač i izvršni direktor Commonwealth Fusion Systemsa. I dodaje: “To je bila velika pogreška.”
Kina sada ima više patenata za fuziju od bilo koje druge zemlje i deset puta više doktorata iz fuzijske znanosti i inženjerstva nego Sjedinjene Države. “Na Zapadu postoji ograničen bazen stručnjaka za fuziju za koje se sve tvrtke natječu,” rekao je Michl Binderbauer. “To je temeljno ograničenje.”
Osim radne snage, fuzijski projekti zahtijevaju ogromne količine materijala, poput snažnih magneta, specifičnih metala, kondenzatora i energetskih poluvodiča. Kina sada pokušava preuzeti kontrolu nad opskrbnim lancem za mnoge od tih materijala, slično kao što je učinila s industrijom solarnih panela i baterija za električna vozila. Šangajska fuzijska tvrtka Energy Singularity “nesumnjivo” ima koristi od kineskog “učinkovitog opskrbnog lanca.” U lipnju je Energy Singularity objavila da je uspjela stvoriti plazmu u rekordnom roku, samo dvije godine nakon početka dizajniranja svog tokamaka.
Ipak, to je i dalje daleko od postizanja fuzijske energije na komercijalnoj razini. Helion želi biti prvi s ciljem da dosegne tu fazu do 2028. Commonwealth Fusion Systems najavio je lokaciju u Virginiji, gdje planira pokrenuti prvu fuzijsku elektranu, ARC, početkom 2030-ih.
Iako bi prve fuzijske elektrane mogle biti realizirane u SAD-u, cilj je razviti zrelu fuzijsku industriju koja proizvodi rješenja za cijeli svijet, uključujući AI centre.
I dok se globalna utrka za fuzijskom energijom nastavlja, sve više tvrtki podržava podržava i konvencionalne nuklearne tehnologije, odnosno fisijske nuklearne tehnologije kao prijelazno rješenje. Amazon, Alphabet i Meta Platforms objavili su u ožujku da podupiru globalnu inicijativu za utrostručenje nuklearne energije do 2050., uključujući i napredne fisijske reaktore.
Pridružili su se deklaraciji koju su ranije potpisale vlade više od 20 država, uz podršku financijskih institucija poput Bank of America i Goldman Sachsa. Iako nije pravno obvezujuća, inicijativa odražava rastuću potporu nuklearnoj energiji kao stabilnom i čistom izvoru električne energije. Stručnjaci upozoravaju da obnovljivi izvori sami neće moći zadovoljiti rastuće energetske potrebe industrije, dok fuzijska energija, iako obećavajuća, još zahtijeva desetljeća razvoja prije masovne komercijalizacije.
