Énergie sans carbone grâce à la technologie de fusion

Après avoir franchi une paire de jalons technologiques importants, TAE Technologies pense désormais pouvoir construire un réacteur à fusion de qualité commerciale d’ici 2030. La société a déclaré qu’elle pouvait désormais maintenir un plasma pendant une durée indéterminée. Le réacteur de TAE doit pouvoir chauffer le plasma à 100 millions de degrés Celsius, mais il a récemment démontré qu’il pouvait atteindre 50 millions de degrés C, ce qui lui donne l’assurance qu’il peut atteindre son objectif avant la fin de la décennie.

TAE Technologies, une spin-off privée de l’Université de Californie à Irvine fondée en 1998, a une approche propriétaire de la fusion, en utilisant un mécanisme qui produit et confine le plasma, et fonctionne à des températures plus élevées pour obtenir une fusion avec une meilleure stabilité et donc une plus grande sécurité que d’autres technologies qui tentent d’exploiter le processus qui alimente le soleil.

Dans une interview accordée à EE Times, le PDG de TAE Technologies, Michl Binderbauer, a décrit l’état actuel de l’énergie de fusion et ses applications à l’avenir. L’énergie de fusion pourrait changer l’industrie de l’énergie et soutenir une économie zéro carbone. Une technologie améliorée et un financement privé solide ont déplacé le marché et d’autres sociétés telles que Commonwealth Fusion Systems et General Fusion commencent à construire des prototypes de réacteurs.

Le personnel d’ingénieurs et de scientifiques de TAE Technologies travaille dans les laboratoires de Californie. Dans le monde, il y a un personnel de 250 personnes spécialisées dans le développement de réacteurs et les technologies de fusion nucléaire. La société a levé plus de 880 millions de dollars en financement privé auprès d’investisseurs institutionnels, notamment Google, NEA, Venrock et Wellcome Trust, et des fondations familiales d’Addison Fischer, de la famille Samberg et de Charles Schwab, entre autres.

«Tout le financement de TAE dépend de l’articulation et de la réalisation d’objectifs scientifiques spécifiques. Cette approche «argent par étape» nous a permis de respecter les délais et de respecter le budget ou le sous-budget pendant 20 ans. Nos conseillers comptent parmi les noms les plus expérimentés et les plus célèbres de la science et de l’industrie. Notre comité scientifique indépendant a inclus au fil des ans plusieurs lauréats des prix Nobel et Maxwell. Notre conseil d’administration comprend Jeffrey Immelt, ancien PDG de GE; John Mack, ancien PDG de Morgan Stanley; Richard Meserve, président émérite, Carnegie Institution for Science et ancien président de la US Nuclear Regulatory Commission; Ernest Moniz, ancien secrétaire américain à l’énergie; et d’autres. En outre, TAE Technologies bénéficie d’un large soutien et d’une assistance grâce à un large éventail de collaborateurs comprenant des laboratoires nationaux, des universités de premier plan et des acteurs industriels mondiaux », a déclaré Binderbauer

Énergie de fusion
La fusion nucléaire a le potentiel de fournir d’énormes quantités d’énergie propre, ce qui devrait contribuer à atténuer le réchauffement climatique. Une centrale à fusion ne brûle pas de combustibles fossiles et ne produit aucune émission de gaz à effet de serre ni de déchets radioactifs à vie longue.

Pour la plupart des concepts de fusion, le processus commence par chauffer différents isotopes d’hydrogène à des températures très élevées, provoquant la perte d’électrons des atomes individuels et la formation d’ions plasma, une substance boueuse qui doit être contenue. La fusion se déroule ensuite à travers les collisions de ces ions hautement énergétiques. D’énormes quantités d’énergie peuvent être produites, et le seul sous-produit est l’hélium. L’objectif est de rendre les réacteurs à fusion autonomes sans avoir besoin d’un apport d’énergie supplémentaire.

Le concept de TAE est né d’une volonté de résoudre les difficultés rencontrées par les réacteurs tokomak conventionnels, telles que la nécessité d’une technologie de manipulation du deutérium-tritium, la disponibilité limitée du tritium et la taille et le coût des aimants supraconducteurs. Le réacteur TAE, quant à lui, utilise de l’hydrogène et du bore comme combustible. Dans la fusion hydrogène-bore, la réaction n’émet que trois noyaux d’hélium, appelés particules alpha, et des rayons X, dont l’énergie est finalement utilisée pour entraîner une turbine. Commonwealth Fusion, par exemple, construit une variante d’un tokomak.

Binderbauer a souligné que l’objectif de TAE est également de fournir une fusion à l’échelle de l’utilité en utilisant du combustible hydrogène-bore (également connu sous le nom de proton-bore ou p-B11). «Nous pensons que c’est le meilleur pari de l’humanité pour une énergie de base sans carbone, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à des prix compétitifs. L’hydrogène-bore est la source de carburant la plus propre et la plus respectueuse de l’environnement sur Terre, sans sous-produits nocifs et sans approvisionnement naturel suffisant pour soutenir la planète pendant près de 100 000 ans. En tant qu’espèce, nous serions probablement éteints par nos propres actions avant de manquer de carburant », a déclaré Binderbauer.

Technologie et marché actuels
La puissance de la fusion terrestre dépend de deux conditions: maintenir le plasma à des températures suffisamment élevées pendant une durée suffisamment longue pour soutenir la réaction de fusion. Binderbauer a déclaré que TAE appelle cela l’exigence Hot Enough Assez Long (HE / LE). «Pour les niveaux de performance des réacteurs, Hot Enough signifie atteindre au moins 100 millions de degrés Celsius, une température facilement réalisable aujourd’hui. Cependant, maintenir cet environnement chaud est extrêmement difficile car le plasma est une substance délicate qui doit être protégée contre des conditions qui, autrement, le décomposeraient ou le refroidiraient. Le but est de confiner suffisamment bien ce plasma pour qu’il puisse être maintenu avec moins d’énergie que la réaction de fusion n’en génère. Ce faisant, l’énergie nette peut alors être libérée vers le réseau électrique. Au cours des 50 dernières années, les différents efforts de fusion à travers le monde ont travaillé pour surmonter ce défi fondamental de différentes manières.

TAE a fait des progrès substantiels avec une plate-forme propriétaire appelée configuration inversée de champ pilotée par faisceau avancée, ou FRC. «Plutôt que la forme« en anneau »des tokamaks, le FRC est une configuration linéaire qui maintient le plasma dans une forme creuse de ballon de football rotatif avec une efficacité magnétique élevée dans un champ magnétique relativement simple. Le dispositif de fusion de TAE consiste en un tube de 20 mètres de long (figure 1), entouré d’aimants, dans lequel des anneaux de plasma sont tirés à grande vitesse des deux extrémités. Lorsque les anneaux entrent en collision, ils forment un ballon creux à l’intérieur de la chambre du réacteur, qui est ensuite chauffé et stabilisé en y envoyant des faisceaux accélérateurs. C’est l’innovation unique lancée par TAE. En conséquence, cela signifie un meilleur confinement, une stabilité accrue du plasma et une voie compétitive vers l’énergie de fusion commerciale », a déclaré Binderbauer.

En utilisant cette technique, TAE a récemment franchi une étape scientifique importante dans sa plate-forme normande (du nom du cofondateur de TAE, Norman Rostoker) et validé l’approche unique de l’entreprise en matière d’énergie de fusion. «Dans les régimes expérimentaux précédents, nous avons prouvé que nous pouvons maintenir le plasma pendant une durée indéfinie (assez longtemps). TAE a maintenant validé Hot Enough avec des plasmas d’une moyenne de 50 millions de degrés Celsius, à un facteur de 2 des objectifs de conception de notre prochaine plate-forme, Copernicus. Nous sommes donc convaincus qu’il est absolument possible d’atteindre plus de 100 millions de degrés Celsius d’ici le milieu de la décennie, avec des opportunités de licence à venir », a déclaré Binderbauer.

Cette réalisation a été soutenue par le déploiement des processus informatiques les plus avancés disponibles, y compris l’apprentissage automatique issu d’une collaboration continue avec Google (qui a produit l’algorithme d’optométriste) et la puissance de traitement du programme INCITE du ministère de l’Énergie qui exploite l’informatique au niveau exascale.

Avec le jalon Norman sous la ceinture de l’entreprise et des technologies telles que les aimants supraconducteurs, l’apprentissage automatique, le contrôle général de la machine, la science des données, la technologie du vide, la technologie des accélérateurs, l’électronique numérique à haute vitesse répondant désormais aux exigences de performance de la fusion, TAE s’attend à construire une centrale électrique prototype vers la fin de la décennie.

La fusion n’est pas exclusive à d’autres technologies et Binderbauer pense qu’elle fait partie d’un portefeuille complet d’énergies renouvelables. «Nous devons déployer d’autres formes d’énergie verte à la fois maintenant et à l’avenir, même lorsque la fusion est opérationnelle. La fusion est une approche à long terme et une source d’énergie puissante qui peut à terme fournir la puissance de base nécessaire au réseau pour compléter l’énergie solaire, éolienne et d’autres énergies renouvelables. Parce que la fusion ne dépend pas de la lumière du soleil ou du vent, elle peut garantir une puissance facilement disponible à tout moment. De plus, comme la fusion est la technologie de génération d’énergie à densité de puissance la plus élevée au départ et que la configuration de TAE est sûre, compacte, rentable et facile à déployer, elle peut être située à proximité de la demande d’énergie et réduire le besoin de transmission inefficace et inesthétique. lignes », a déclaré Binderbauer.

Le développement de la vision de la fusion de TAE a également conduit la société à commercialiser rapidement des applications dérivées de ses technologies de faisceau d’accélérateur et de gestion de l’énergie. Par exemple, Binderbauer a souligné que TAE Life Sciences exploite les faisceaux accélérateurs de TAE pour fournir une modalité de traitement biologiquement ciblée pour traiter les cancers multicentriques, diffus et inopérables. En outre, TAE développe actuellement des partenariats sur les marchés de la mobilité et de la stationnaire pour étendre la portée, l’efficacité et la recharge plus rapide des véhicules électriques, ainsi que pour le déploiement dans des applications de réseau résidentielles, commerciales, industrielles et utilitaires.

Binderbauer a déclaré que la fusion est la source d’énergie préférée de la nature. C’est le même processus qui alimente le soleil et les étoiles, et c’est ce qui rend finalement la vie possible sur Terre. TAE considère la technologie de fusion comme une composante vitale et compétitive du futur approvisionnement énergétique mondial. «Notre objectif est de réduire l’impact humain sur l’environnement grâce à une nouvelle source d’énergie sûre, propre, économique et sans carbone», a déclaré Binderbauer

Il a ajouté: «La fusion est le« Saint Graal »du vert car elle a le potentiel de fournir la quantité d’énergie que nous consommons actuellement dans le monde – sans parler du fait qu’elle répond à la demande croissante – avec zéro émission de carbone. Vous vous souvenez des premiers jours de la pandémie? Les émissions ont été considérablement réduites parce qu’une grande partie du monde s’est fermée pendant un certain temps. La fusion pourrait reproduire ces conditions (et même les améliorer) sans l’inconvénient drastique d’une pandémie mondiale. »