در طول چندین سال گذشته، قدرت همجوشی از جوک ها حذف شده است - همیشه یک دهه دیگر! - به یک فناوری ملموس و وسوسه‌انگیز فزاینده که سرمایه‌گذاران را از حاشیه خارج کرده است.

ممکن است امروزه تسلط بر این فناوری چالش برانگیز و ساخت آن پرهزینه باشد، اما همجوشی نوید مهار واکنش هسته ای را می دهد که خورشید را برای تولید انرژی تقریباً بی حد و حصر در زمین بر روی زمین نیرو می دهد. اگر استارت‌آپ‌ها بتوانند نیروگاه‌های همجوشی تجاری را تکمیل کنند، پتانسیل آن را دارند که بازارهای تریلیون دلاری را بهبود بخشند.

موج صعودی که صنعت همجوشی را تقویت می‌کند، توسط سه پیشرفت هدایت شده است: تراشه‌های کامپیوتری قوی‌تر، هوش مصنوعی پیشرفته‌تر، و آهن‌رباهای ابررسانا با دمای بالا. آنها با هم به ارائه طرح‌های راکتور پیچیده‌تر، شبیه‌سازی‌های بهتر و طرح‌های کنترل پیچیده‌تر کمک کرده‌اند.

ضرری ندارد که در پایان سال 2022، یک آزمایشگاه وزارت انرژی ایالات متحده اعلام کرد که یک واکنش همجوشی کنترل شده تولید کرده است که قدرت بیشتری نسبت به لیزرها به گلوله سوخت تولید کرده است. این آزمایش از آنچه به عنوان نقطه سربه‌ساخت علمی شناخته می‌شود عبور کرده بود، و در حالی که هنوز تا نقطه سربه‌ساخت تجاری فاصله زیادی دارد، جایی که واکنش بیش از مصرف کل تأسیسات تولید می‌کند، این یک گام طولانی‌مدت انتظار بود که ثابت کرد علم زیربنایی درست است.

بنیان‌گذاران در سال‌های اخیر بر روی آن شتاب ایجاد کرده‌اند و صنعت فیوژن خصوصی را با سرعتی سریع به جلو سوق داده‌اند. به گفته انجمن صنعت فیوژن، استارت آپ های فیوژن تا به امروز 7.1 میلیارد دلار جذب کرده اند که اکثر آن به تعداد انگشت شماری از شرکت ها تعلق می گیرد.

سیستم های همجوشی مشترک المنافع

Commonwealth Fusion Systems با 1.8 میلیارد دلار سری B، در سال 2021 خود را به جایگاه قطبی رساند. از آن زمان، این شرکت در بخش جمع آوری کمک مالی ساکت بوده است (تعجبی ندارد)، اما در ساختمان ماساچوست Sparc، اولین آن، سخت کار کرده است. نیروگاهی از نوع که برای تولید برق در سطوحی که آن را «مرتبط تجاری» می نامد، در نظر گرفته شده است.

راکتور اسپارک از طرح توکامک استفاده می کند که شبیه یک دونات است. سطح مقطع D شکل با نوار ابررسانا با دمای بالا پیچیده می‌شود، که وقتی انرژی می‌گیرد، یک میدان مغناطیسی قدرتمند ایجاد می‌کند که پلاسمای فوق‌گرم شده را در خود جای داده و فشرده می‌کند. در جانشین اسپارک، قوس تجاری در مقیاس تجاری، گرمای تولید شده از واکنش به بخار تبدیل می شود تا یک توربین را تامین کند. CFS آهنرباهای خود را با همکاری MIT طراحی کرد، جایی که یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل شرکت باب مامگارد به عنوان محقق در طراحی راکتورهای همجوشی و ابررساناهای با دمای بالا کار می کرد.

با حمایت Breakthrough Energy Ventures، The Engine، Bill Gates و دیگران، Devens، مستقر در ماساچوست، CFS انتظار دارد که Arc را در اوایل دهه 2030 عملیاتی کند.

فیوژن عمومی

طبق گفته PitchBook، جنرال فیوژن اکنون در دهه سوم خود 440.53 میلیون دلار جمع آوری کرده است. این شرکت، مستقر در ریچموند، بریتیش کلمبیا، در سال 2002 توسط فیزیکدان میشل لابرژ، که می‌خواست رویکرد متفاوتی برای همجوشی معروف به همجوشی هدف مغناطیسی (MTF) ثابت کند، تأسیس شد.

در راکتور جنرال فیوژن، یک دیواره فلزی مایع محفظه ای را احاطه کرده است که در آن پلاسما تزریق می شود. پیستون های اطراف دیوار آن را به سمت داخل فشار می دهند و پلاسما را در داخل فشرده می کنند و باعث ایجاد واکنش همجوشی می شوند. نوترون‌های حاصل، فلز مایع را گرم می‌کنند، که می‌تواند از طریق یک مبدل حرارتی برای تولید بخار برای چرخاندن یک توربین به گردش در آید.

این شرکت در حال حاضر در حال ساخت اولین کارخانه نمایشی خود به نام LM26 است که امیدوار است تا سال 2026 به موفقیت علمی برسد. سرمایه گذاران شامل جف بزوس، تمسک، BDC Capital و Chrysalix Venture Capital هستند.

هلیون

در بین تمام استارت آپ های فیوژن، هلیون تهاجمی ترین جدول زمانی را دارد. این شرکت قصد دارد در سال 2028 از راکتور خود برق تولید کند. اولین مشتری آن؟ مایکروسافت.

هلیون از نوعی راکتور به نام پیکربندی معکوس میدانی استفاده می‌کند که در آن آهن‌رباها محفظه واکنشی را احاطه کرده‌اند که شبیه ساعت شنی است و در نقطه‌ای که دو طرف به هم می‌رسند، برآمدگی دارد. در هر انتهای ساعت شنی، پلاسما را به شکل دوناتی می چرخانند که با سرعت بیش از 1 میلیون مایل در ساعت به سمت یکدیگر شلیک می شوند. هنگامی که آنها در وسط برخورد می کنند، آهنرباهای اضافی به القای همجوشی کمک می کنند. هنگامی که همجوشی رخ می دهد، میدان مغناطیسی پلاسما را تقویت می کند که باعث القای جریان الکتریکی در داخل سیم پیچ های مغناطیسی راکتور می شود. سپس آن الکتریسیته مستقیماً از دستگاه برداشت می شود.

طبق PitchBook، Helion که در اورت، واشنگتن مستقر است، 607.64 میلیون دلار جمع آوری کرده است. سرمایه گذاران عبارتند از سام آلتمن، رید هافمن، KKR، بلک راک، مدیریت سرمایه میتریل پیتر تیل، و گروه سرمایه گذاری Capricorn.

TAE

TAE (که قبلا به عنوان انرژی تری آلفا شناخته می شد) که در سال 1998 تأسیس شد، توسط نورمن روستوکر از دانشگاه کالیفرنیا، ایروین خارج شد. از یک پیکربندی معکوس میدانی استفاده می‌کند، اما با چرخش: پس از برخورد دو شات پلاسما در وسط راکتور، شرکت پلاسما را با پرتوهای ذرات بمباران می‌کند تا آن را به شکل سیگار برگ بچرخاند. این امر پایداری پلاسما را بهبود می بخشد و زمان بیشتری را برای همجوشی و استخراج گرمای بیشتری برای چرخاندن یک توربین می دهد.

طبق PitchBook، TAE 1.32 میلیارد دلار جمع آوری کرده است. سرمایه گذاران عبارتند از Alphabet، Chevron Technology Ventures، و Venrock.

زاپ انرژی

Zap Energy از آهنرباهای ابررسانا با دمای بالا یا لیزرهای فوق العاده قدرتمند برای محدود نگه داشتن پلاسمای خود استفاده نمی کند. در عوض، پلاسما را با یک جریان الکتریکی متلاشی می کند (دریافت؟) که سپس میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند. میدان مغناطیسی پلاسما را حدود 1 میلی متر فشرده می کند که در آن نقطه اشتعال رخ می دهد. نوترون های آزاد شده توسط واکنش همجوشی، یک پوشش فلزی مایع را که اطراف راکتور را احاطه کرده است، بمباران می کند و آن را گرم می کند. فلز مایع سپس از طریق یک مبدل حرارتی چرخانده می شود، جایی که بخار تولید می کند تا یک توربین را به حرکت درآورد.

Zap Energy نیز مانند Helion در اورت، واشنگتن مستقر است و طبق گفته PitchBook، این شرکت 327 میلیون دلار جمع آوری کرده است. حامیان عبارتند از: Breakthrough Energy Ventures بیل گیتس، DCVC، Lowercarbon، Energy Impact Partners، Chevron Technology Ventures، و Bill Gates به عنوان یک فرشته.

توکامک انرژی

Tokamak Energy طرح معمولی توکامک - شکل دونات - را می گیرد و آن را له می کند و نسبت ابعاد آن را تا جایی کاهش می دهد که مرزهای بیرونی شروع به شبیه شدن به یک کره می کنند. مانند بسیاری دیگر از استارت آپ های مبتنی بر توکامک، این شرکت از آهنرباهای ابررسانا با دمای بالا (از نوع اکسید مس باریم خاکی کمیاب یا REBCO) استفاده می کند. از آنجایی که طراحی آن نسبت به یک توکامک سنتی فشرده تر است، به آهنرباهای کمتری نیاز دارد، که باید هزینه ها را کاهش دهد.

نمونه اولیه ST40 استارت آپ مستقر در انگلستان در آکسفوردشایر، که شبیه یک تخم مرغ فابرژ بزرگ و بخار است، در سال 2022 یک پلاسمای فوق داغ با دمای 100 میلیون درجه سانتیگراد تولید کرد. نسل بعدی آن، Demo 4، در حال حاضر در دست ساخت است و قرار است آزمایش شود. آهنرباهای شرکت در "سناریوهای مربوط به نیروگاه فیوژن". به گفته PitchBook، توکاماک انرژی 285.65 میلیون دلار از سرمایه گذارانی از جمله Future Planet Capital، In-Q-Tel، Midven، و موسس Capri-Sun، Hans-Peter Wild، جمع آوری کرده است.

نور اول

برخلاف بسیاری دیگر از استارت آپ های فیوژن، First Light از آهنربا برای ایجاد شرایط لازم برای همجوشی استفاده نمی کند. در عوض، از رویکردی به نام محصورسازی اینرسی پیروی می‌کند که در آن گلوله‌های سوخت همجوشی فشرده می‌شوند تا مشتعل شوند.

اما حتی پس از آن، First Light به ارتدکس نمی پردازد. اکثر تلاش‌ها برای محصور کردن اینرسی از لیزر برای انجام کارهای کثیف استفاده می‌کنند، به دنبال رهبری تأسیسات احتراق ملی، که آزمایشی پیشگامانه در سال 2022 انجام داد. مرحله اول از باروت برای شلیک پیستون پلاستیکی استفاده می کند که هیدروژن را تا 145000 psi فشرده می کند و سپس پرتابه را پرتاب می کند. هدف به گونه ای طراحی شده است که نیروی ضربه را تقویت کند تا سوخت را تا نقطه اشتعال فشرده کند.

First Light مستقر در آکسفوردشایر بریتانیا 179.94 میلیون دلار از سرمایه گذارانی از جمله Invesco، IP Group و Tencent جذب کرده است.

مارول فیوژن

Marvel Fusion از رویکرد محصورسازی اینرسی پیروی می‌کند، همان تکنیک اساسی که تأسیسات احتراق ملی برای اثبات اینکه واکنش‌های همجوشی هسته‌ای کنترل‌شده می‌توانند بیش از آنچه برای شروع آنها نیاز است، تولید کنند، استفاده می‌کند. مارول لیزرهای قدرتمندی را به سمت هدف تعبیه شده با نانوساختارهای سیلیکونی شلیک می کند که در زیر بمباران آبشاری می کنند و سوخت را تا حد اشتعال فشرده می کنند. از آنجایی که هدف با استفاده از سیلیکون ساخته شده است، ساخت آن باید نسبتاً ساده باشد و بر تجربه چندین دهه صنعت تولید نیمه هادی تکیه کند.

استارت‌آپ فیوژن محبوس اینرسی در حال ساخت یک مرکز نمایشی با همکاری دانشگاه ایالتی کلرادو است که انتظار دارد تا سال 2027 عملیاتی شود. Marvel مستقر در مونیخ در مجموع 109.3 میلیون دلار از سرمایه‌گذارانی از جمله b2venture، Deutsche Telekom، Earlybird، HV Capital، جمع‌آوری کرده است. و Taavet Hinrikus و Albert Wenger به عنوان فرشتگان.

Xcimer

اگرچه هیچ چیز در مورد همجوشی را نمی توان ساده توصیف کرد، Xcimer رویکرد نسبتاً ساده ای را در پیش گرفته است: از علوم پایه ای پیروی کنید که پشت آزمایش مثبت خالص تاسیسات ملی احتراق است، و فناوری را که زیربنای آن است از ابتدا طراحی مجدد کنید. این استارت‌آپ مستقر در کلرادو به دنبال سیستم لیزری 10 مگاژول است، پنج برابر قدرتمندتر از راه‌اندازی NIF که تاریخ ساز شد. دیواره های نمک مذاب محفظه واکنش را احاطه کرده و گرما را جذب کرده و اولین دیوار جامد را از آسیب محافظت می کند.

طبق گزارش PitchBook، Xcimer که در ژانویه 2022 تأسیس شد، تاکنون 109 میلیون دلار از سرمایه‌گذارانی از جمله Hedosophia، Breakthrough Energy Ventures، Emerson Collective، Gigascale Capital و Lowercarbon Capital جذب کرده است.

خبرکاو