Китай випереджає США в гонитві зя ядерний синтез, що дасть повне енергозабезпечення розвитку ШІ

Китай і США ведуть перегони за створення першої енергосистеми ядерного синтезу. Після десятиліть лідерства США Китай наздоганяє відставання, витрачаючи вдвічі більше та будуючи проекти з рекордною швидкістю.

Ядерний синтез, який часто називають святим Граалем чистої енергії, створює в чотири рази більше енергії на кілограм палива, ніж традиційний ядерний поділ, і в чотири мільйони разів більше, ніж спалювання вугілля, без парникових газів і довготривалих радіоактивних відходів. 

За даними Ignition Research, якщо все піде за планом, до 2050 року ринок становитиме щонайменше 1 трильйон доларів .

Є тільки одна велика проблема. 

«Єдиними діючими термоядерними електростанціями у Всесвіті зараз є зірки», — сказав Денніс Вайт, професор ядерної науки та інженерії Массачусетського технологічного інституту.

У 1952 році США першими широко застосували термоядерний синтез під час випробування водневої бомби. Протягом семи десятиліть відтоді вчені всього світу намагалися використовувати реакції термоядерного синтезу для виробництва електроенергії.

Реакції термоядерного синтезу відбуваються, коли атоми водню досягають достатньо екстремальних температур, що вони зливаються разом, утворюючи перегрітий газ, який називається плазмою. Маса, що виділяється під час процесу, теоретично може перетворитися на величезну кількість енергії, але плазму важко контролювати. Один із популярних методів використовує потужні магніти для підвішування та контролю плазми всередині токамака, який є металевим пристроєм у формі бублика. Інший використовує високоенергетичні лазери, спрямовані на гранулу палива розміром із горошину перцю, швидко стискаючи та розбиваючи її. 

Ось як у США вдалося здійснити історичний перший термоядерний запал, виробивши чисту позитивну енергію на національному заводі запалювання імені Лоуренса Лівермора, або NIF, у 2022 році.

Відтоді приватні інвестиції в стартапи термоядерного синтезу в США зросли до понад 8 мільярдів доларів проти 1,2 мільярда доларів у 2021 році, за даними Асоціації індустрії термоядерного синтезу. З 40 компаній-членів FIA 25 з них знаходяться в США

Традиційна ядерна енергетика, створена на основі ділення замість термоядерного синтезу, зазнала значного зростання інвестицій , оскільки Big Tech шукає способи задовольнити постійно зростаючі потреби центрів обробки даних ШІ в електроенергії. Amazon , Google і Meta підписали зобов’язання допомогти потроїти ядерну енергетику в усьому світі до 2050 року. 

«Якщо ви дбаєте про штучний інтелект, якщо ви дбаєте про енергетичне лідерство… вам потрібно інвестувати в термоядерний синтез», — сказав генеральний директор FIA Ендрю Холланд. «Це те, що якщо Сполучені Штати не очолить, то це зробить Китай».

У той час як у США найбільш активні атомні електростанції, Китай є королем нових проектів . 

Незважаючи на початок будівництва свого першого реактора майже через чотири десятиліття після того, як США започаткували цю технологію, Китай зараз будує набагато більше електростанцій ділення, ніж будь-яка інша країна.

Китай вступив у термоядерну гонку на початку 2000-х років, приблизно через 50 років після США, коли він приєднався до понад 30 країн для співпраці в мегапроекті Міжнародного термоядерного експериментального термоядерного реактора у Франції. Але з тих пір ITER зіткнувся із серйозними затримками.

Змагання точаться між окремими націями, але приватний сектор США залишається лідером. Згідно з даними FIA, з 8 мільярдів доларів глобальних приватних інвестицій у синтез, 6 мільярдів припадає на США.

Commonwealth Fusion Systems, стартап, який народився в Массачусетському технологічному інституті, зібрав найбільше грошей, майже 2 мільярди доларів, від таких компаній, як Білл Гейтс, Джефф Безос і Google. 

Вашингтонська компанія Helion залучила 1 мільярд доларів від таких інвесторів, як Сем Альтман із Open AI, і дуже амбітну угоду з Microsoftщоб доставити енергію термоядерного синтезу в мережу до 2028 року. Підтримувана Google компанія TAE Technologies залучила 1,2 мільярда доларів.

«Той, хто має по суті рясну безмежну енергію… може впливати на все, про що ви думаєте», — сказав Міхль Біндербауер, генеральний директор TAE Technologies. «Це страшна думка, якщо це в чужих руках». 

Коли справа доходить до державного фінансування, Китай набагато попереду. 

За даними Управління з питань термоядерної енергетики Міністерства енергетики , Пекін щорічно витрачає на ці зусилля 1,5 мільярда доларів США, тоді як федеральні долари США на термоядерний синтез за останні кілька років становили в середньому близько 800 мільйонів доларів на рік.

Президент Дональд Трамп збільшив підтримку ядерної зброї , включно з термоядерним синтезом, під час свого першого терміну, і це продовжилося за колишнього президента Джо Байдена. Незрозуміло, як виглядатиме фінансування термоядерного синтезу під час другого терміну Трампа, на тлі масштабного федерального скорочення . 

Американські сенатори та експерти з термоядерного синтезу опублікували звіт у лютому, в якому закликали виділити 10 мільярдів доларів федеральних коштів, щоб допомогти США не втратити лідерство. 

Але США, можливо, вже втратили лідерство, коли йдеться про розміри реакторів. Як правило, чим більший слід, тим ефективніше реактор може нагрівати та утримувати плазму, збільшуючи ймовірність чистої позитивної енергії.

Серія супутникових зображень, наданих CNBC компанією Planet Labs, показує швидке будівництво в 2024 році гігантського нового лазерного термоядерного майданчика в Китаї. За словами представника корпорації CNA Декера Евелета, купол стримування, де відбуватиметься термоядерна реакція, приблизно вдвічі більший за NIF, американський проект лазерного синтезу. Китайський сайт, ймовірно, є гібридом термоядерного синтезу, повідомляє Голландія з FIA. 

«Гібрид синтезу й поділу по суті схожий на копію бомби, але як електростанція. Він ніколи не спрацює, ніколи не літатиме в такому місці, як Сполучені Штати, де у вас є регулятивний режим, який визначає безпеку», — сказав Холланд. «Але в такому режимі, як Китай, де неважливо, що говорять люди, які живуть по сусідству, якщо уряд каже, що ми хочемо це зробити, ми це зробимо».

Існуючий китайський національний проект токамак EAST встановлює рекорди , змагаючись із французьким проектом WEST протягом останніх кількох місяців за найдовше утримання плазми всередині реактора, хоча це менш монументальна віха, ніж чиста позитивна енергія.

Ще один величезний китайський проект CRAFT, фінансований державою, має бути завершений цього року. Кампус термоядерного синтезу площею 100 акрів у східному Китаї вартістю 700 мільйонів доларів також матиме новий токамак під назвою BEST, будівництво якого очікується у 2027 році.

Китайський CRAFT, схоже, слідує плану США, опублікованому сотнями вчених у 2020 році, сказав Холланд. 

″Конгрес нічого не зробив, щоб витратити гроші на реалізацію цього”, - сказав він. «Ми опублікували цю річ, а потім китайці пішли і побудували це».

Американський термоядерний стартап Helion повідомив CNBC, що деякі китайські проекти також копіюють його запатентовані розробки.

«Зокрема, у Китаї ми бачимо інвестиції від державних установ, щоб інвестувати в компанії, щоб потім відтворити проекти американських компаній», — сказав Девід Кіртлі, засновник і генеральний директор Helion.

Швидке розгортання нових проектів термоядерного синтезу в Китаї відбувається в той час, коли зусилля США здебільшого зосереджені на модернізації існуючих машин, деяким із них понад 30 років.

″Ніхто не хоче працювати над старими динозаврами”, - сказав Біндербауер з TAE, додавши, що нові проекти залучають більше талантів. «Трохи є відтік мізків».

На початку 2000-х скорочення бюджету на дослідження термоядерного синтезу змусило університети США припинити роботу над новими машинами та відправити дослідників навчатися на машинах інших країн, у тому числі китайських.

«Замість того, щоб будувати нові, ми поїхали до Китаю та допомогли їм побудувати свої, думаючи: «О, це було б чудово. У них буде це приміщення. Ми будемо дуже розумними», — сказав Боб Мумгаард, співзасновник і генеральний директор Commonwealth Fusion Systems. «Ну, це була велика помилка». 

Відповідно до звіту Nikkei Asia, Китай зараз має більше патентів на термоядерний синтез, ніж будь-яка інша країна, і в 10 разів більше докторських ступенів у галузі термоядерної науки та інженерії, ніж США.

«На Заході існує обмежена кількість робочої сили, за яку конкурують усі компанії», — сказав Біндербауер. «Це фундаментальне обмеження».

Окрім робочої сили, проекти термоядерного синтезу потребують величезної кількості матеріалів, таких як потужні магніти, спеціальні метали, конденсатори та силові напівпровідники. Кертлі з Helion сказав, що терміни останнього прототипу компанії, Polaris, були повністю визначені наявністю напівпровідників.

Китай робить кроки, щоб загрожувати ланцюжку постачання багатьох із цих матеріалів, подібно до того, як він став домінувати в сонячних батареях і батареях електромобілів .

″Китай інвестує в десять разів більше, ніж Сполучені Штати, у передові матеріальні розробки”, - сказав Кертлі. «Це те, що ми повинні змінити».

Шанхайська термоядерна компанія Energy Singularity повідомила CNBC у своїй заяві, що вона «безсумнівно» виграє від «ефективного ланцюга поставок» Китаю. У червні Energy Singularity заявила, що успішно створила плазму за рекордно короткий час, лише через два роки після початку проектування свого токамака.

Це все ще дуже далеко від досягнення комерційної термоядерної потужності в мережевому масштабі. Helion прагне стати першим із ціллю до 2028 року. Співдружність оголосила про місце у Вірджинії, де на початку 2030-х років планується запустити першу термоядерну електростанцію ARC.

«Незважаючи на те, що перші можуть бути в США, я не думаю, що ми повинні цим втішатися», — сказав Вайт з Массачусетського технологічного інституту. «Фінішна пряма — це фактично зріла індустрія термоядерного синтезу, яка виробляє продукти для використання в усьому світі, включно з центрами ШІ».