Für Liebhaber von Fusionsenergie ist das Erreichen der Gewinnschwelle so etwas wie ein Heiliger Gral: der Punkt, an dem eine Fusionsreaktion mehr Energie erzeugt, als zu ihrer Zündung erforderlich war. Nur einem wissenschaftlichen Experiment an der National Ignition Facility gelang dieses Kunststück, und es dauerte über ein Jahrzehnt, das System zu optimieren, um das monumentale Ergebnis zu erzielen.
„Der Tag des NIF-Ergebnisses war offensichtlich dieses unglaublich gefeierte wissenschaftliche Ergebnis. Sie alle verdienen Nobelpreise“, Benj Conway, Mitbegründer und CEO von Zap-Energiesagte TechCrunch. „Aber wissen Sie, am Tag danach stellt sich die Frage: Na und? Was kommt als nächstes?“
Und obwohl es dem NIF gelungen ist, sein erstes Ergebnis zu verbessern, ist sein Gerät so etwas wie eine Sackgasse. Es sollte die Grenzen der Physik ausloten und nicht Strom ins Netz verkaufen.
Für ein Startup wie Zap muss „na und“ eine bessere Antwort haben.
Die Antwort von Zap ist bisher ein neues Gerät namens Century, für das kürzlich eine Serie-D-Finanzierung im Wert von 130 Millionen US-Dollar eingesammelt wurde. Nachdem das Startup Century mehrere Monate lang geheim gehalten hatte, gewährte es TechCrunch einen Blick unter die Haube und teilte exklusive Details über seinen Betrieb mit und was es dadurch lernen möchte.
Zap verfolgt einen einzigartigen Ansatz zur Fusionsenergie, der als scherströmungsstabilisiertes Z-Pinch bekannt ist. Anstatt Magnete oder Laser zum Zusammendrücken des Plasmas zu verwenden, wird ein Stromstoß durch einen Plasmastrom geschickt. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld, das das Plasma – den Pinch – komprimiert und schließlich zur Fusion führt. Das Unternehmen hatte das Phänomen mit einer Reihe von Geräten in seinen Einrichtungen im US-Bundesstaat Washington untersucht.
Aber Century sei nicht einfach nur ein weiterer physikalischer Prüfstand, sagte Conway.
„Unser Fokus liegt nicht nur auf der Physik, sondern auch auf der Systemtechnik. Wir sind nicht nur ein Unternehmen für Plasmaphysik. Wir entwickeln alle Schlüsseltechnologien, die wir für die kommerzielle Fusion benötigen. Wir glauben, dass es der schnellste Weg ist, tatsächlich ein kommerzielles Produkt zu liefern, wenn man all dies parallel macht – alles zusammen, alles auf einmal“, sagte er. „Century ist die Inkarnation davon.“
Das Demonstrationsgerät ist etwa anderthalb Stockwerke hoch und die Reaktionskammer im Inneren hat die Größe eines Warmwasserbereiters. Insgesamt nehmen die Schlüsselkomponenten so viel Platz ein wie ein Doppeldeckerbus, und Zap geht davon aus, dass sein kommerzielles Modul, das 50 Megawatt Strom produzieren soll, eine ähnliche Grundfläche einnehmen wird.
Um auf dem Weg zu einem kommerziellen Kraftwerk zu bleiben, muss Zap drei Meilensteine erreichen: Erstens muss es in der Lage sein, häufig und kontinuierlich Hochspannungsimpulse zu erzeugen. Wenige Wochen nach seiner Inbetriebnahme in diesem Sommer feuerte Century 1.080 aufeinanderfolgende Impulse ab. So weit, ist es gut.
Der nächste Schritt besteht darin, die Technologie für das Energieministerium zu demonstrieren, indem das Gerät mehr als zwei Stunden lang betrieben wird, indem es in Zehn-Sekunden-Intervallen feuert, um mindestens 1.000 Plasmaimpulse zu erzeugen. Um letztendlich als kommerzielles Kraftwerk funktionieren zu können, muss der Reaktor von Zap über Monate hinweg zehn Impulse pro Sekunde erzeugen.
Nachdem Century die Demonstration für das Energieministerium abgeschlossen hat, wird das Team die Reaktionskammer mit flüssigem Wismut umgeben. Das geschmolzene Metall schützt andere Teile des Geräts und absorbiert gleichzeitig Wärme, die bei einer kommerziellen Umsetzung zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Century wird in der Lage sein, über eine Tonne des flüssigen Metalls aufzunehmen. Wenn der Kreislauf im November erstmals installiert wird, wird er jedoch mit 70 kg beginnen.
Schließlich muss das Unternehmen sicherstellen, dass seine Elektroden, die Teile, die die elektrischen Impulse erzeugen, der Hitze und den Partikeln standhalten, die bei jeder Fusionsreaktion freigesetzt werden. Diese Teile werden nicht ewig halten; Alle kommerziellen Kraftwerke müssen irgendwann einer Wartung unterzogen werden. Die Frage ist meist, wie oft und wie lange. Zap muss sicherstellen, dass seine anfälligsten Teile lange genug halten, um für die Stromerzeuger finanziell sinnvoll zu sein.
Bis zum nächsten Jahr wird das Unternehmen die an die Reaktionskammer gelieferte Strommenge auf 100 Kilowatt steigern. Conway geht davon aus, dass das Unternehmen das Century im Laufe der Zeit Stück für Stück überarbeiten wird. „Obwohl Century eine Plattform und ein Name ist, gibt es darin mehrere Generationen“, sagte er. „Wir iterieren innerhalb der Iterationen.“
Wenn Century wie geplant funktioniert, „wäre meine Hoffnung, dass wir in diesem Jahrzehnt eine gute Demo aufbauen“, sagte Conway. Und wenn das gut geht, sollen Anfang der 2030er Jahre kommerzielle Kraftwerke folgen.
Das sind viele „Wenns“, räumt Conway ein. „Ich bin davon überzeugt, dass ich, wenn wir das Band unseres ersten Kraftwerks durchschneiden und über die schwierigsten Probleme nachdenken, die wir in den letzten fünf Jahren lösen mussten, auf die Plasmaphysik tippe und Gewinn auf der Liste steht. Aber ich wette, es gibt noch viele andere Dinge auf der Liste.“
Dieses „andere Zeug“ könnte darüber entscheiden, ob die kommerzielle Fusionsenergie ausmacht oder scheitert.
„Die Fusion muss mit anderen Arten der Strom- und Wärmeerzeugung konkurrieren. Wenn Fusionskraftwerke viel mehr kosten als andere Arten der Stromerzeugung, wird es nicht viele davon geben. Vielleicht gibt es eines, zu dem wir unsere Kinder mitnehmen und das wir ihnen auf einem Schulausflug zeigen, und das ist alles“, sagte Conway. „Die Wirtschaftlichkeit dieser Dinge wird wirklich wichtig sein.“
