Net Zero ha bisogno di fusione. Cosa dovrebbero chiedere gli investitori ai primi?

L'urgenza dell'energia da fusione non può essere sopravvalutata. Il 27 ottobre l'ONU avvertito che "non esiste un percorso credibile verso 1.5°C in atto" e le attuali politiche indicano un catastrofico riscaldamento di 2.8°C entro il 2100. La fusione potrebbe essere l'unica fonte di energia a zero emissioni di carbonio in grado di fornire un carico di base illimitato e materie prime sufficienti per tutto l'idrogeno pulito necessario per decarbonizzare industrie difficili da abbattere. È forse l'unico percorso percorribile verso emissioni nette zero entro il 2050.

C'è un problema con la fusione, tuttavia. Nessun laboratorio o azienda ha generato più energia di quella che hanno messo in una reazione di fusione, per non parlare dello sviluppo di un sistema che potrebbe funzionare in un ambiente commerciale. Comprensibilmente, gli investitori si chiedono dove si trovi davvero la fusione e quali progetti potrebbero offrire questa opportunità multimiliardaria di replicare il potere del Sole sulla Terra.

In qualità di investitore di lunga data nella fusione, voglio discutere perché la fusione è importante, i progressi compiuti da questo settore e le domande che gli investitori esperti dovrebbero porre alle società di fusione.

Perché la fusione è importante

Al momento, nessuna tecnologia energetica oltre alla fusione mostra il potenziale per sostituire i combustibili fossili. Nient'altro sembra in grado di soddisfare la crescente domanda mondiale di energia e di alimentare aria condizionata, impianti di desalinizzazione, veicoli elettrici, produzione di idrogeno verde, ecc. nella scala di cui abbiamo bisogno per la transizione energetica e la vita su un pianeta più caldo e secco.

Ovviamente abbiamo bisogno di scalare eolico e solare, ma i loro requisiti di terra, clima e stoccaggio di energia significano che non possono consentire una transizione energetica completa. Anche gli impianti a fissione nucleare sono importanti per Net Zero, ma i rischi di scorie nucleari, incidenti e armamenti ne limitano l'uso.

Per quanto riguarda l'idrogeno, Michael Liebreich, fondatore di Bloomberg NEF recentemente illustrato che la semplice sostituzione dell'idrogeno sporco che utilizziamo nella produzione di fertilizzanti, prodotti chimici e raffinazione del petrolio con idrogeno verde richiederebbe attualmente il 143% della capacità solare ed eolica installata nel mondo. Una dichiarazione scoraggiante. Non lascerebbe idrogeno verde disponibile per nient'altro: non per la produzione di acciaio e alluminio, non per il bilanciamento di reti elettriche o CO₂ cattura e stoccaggio, non per il trasporto marittimo e ferroviario. Semplicemente non ci sarà abbastanza materia prima di idrogeno verde senza fusione.

Gli addetti ai lavori ritengono che entro il 2050 gli impianti di fusione potrebbero fornire dal 18% al 44% dell'energia mondiale. La fusione rappresenta quindi una delle opportunità di investimento più colossali del nostro tempo. Una volta che sarà commercialmente operativa, la fusione sostituirà la maggior parte dell'industria dei combustibili fossili.

I leader della fusione

L'Associazione dell'industria della fusione rapporti che le società di fusione private hanno raccolto oltre $ 4.8 miliardi di dollari di finanziamenti fino ad oggi e più che raddoppiato il finanziamento totale del settore lo scorso anno. Diversi precursori hanno compiuto progressi tecnici tali che è credibile presumere che porteranno sul mercato la fusione commerciale negli anni '2030. L'elenco include General Fusion (in cui sono un investitore), Commonwealth Fusion Systems, Helion, TAE Technologies, Zap Energy, General Atomics e First Light.

Ciascuna di queste società di fusione intende aprire un impianto dimostrativo entro la seconda metà di questo decennio. Questi dimostreranno se la loro tecnologia può funzionare su larga scala e produrre elettricità netta.

Il jolly è la Cina, che sta lavorando alla propria tecnologia di fusione. Per ovvie ragioni, i governi occidentali preferirebbero non dipendere dalla Cina per questa tecnologia cruciale. C'è anche ITER, il progetto internazionale di fusione finanziato con fondi pubblici nel sud della Francia che spera fornire energia da fusione entro il 2045.

Le domande che gli investitori devono porre alle società di fusione

La sfida è non solo produrre elettricità netta, ma farlo in un modo che sia commercialmente fattibile. Ci vogliono un'immensa pressione e calore per fondere insieme gli atomi di idrogeno per formare un nucleo più pesante, liberando energia. Nel sole, la gravità fornisce forza sufficiente per consentire la reazione. Sulla Terra, le macchine a fusione devono raggiungere temperature superiori a 100 milioni di C per replicare queste condizioni. Questo è difficile da sostenere e difficile per l'attrezzatura.

I leader hanno risolto o stanno lavorando attraverso le restanti barriere alla fusione terrestre. Gli investitori interessati, chiedendosi quale progetto di fusione sostenere, dovrebbero porre le seguenti domande:

1. Quanto è durevole la macchina? I neutroni generati in una reazione di fusione hanno colpito la parete metallica del reattore, causando formazione di vesciche, erosione chimica e impurità e, infine, rendere la macchina inutilizzabile. Questo è chiamato il "problema del primo muro". Una soluzione consiste nell'utilizzare una parete di metallo liquido, che circonda la reazione di fusione e protegge la macchina. Un altro approccio consiste nell'introdurre combustibili che producono meno neutroni. Questi includono il carburante protone-boro, che richiede temperature ancora più elevate per produrre la fusione, e il deuterio-elio-3, che non si trova naturalmente sulla Terra.

2. Quanto è abbondante il carburante? Una miscela di due isotopi dell'idrogeno, deuterio e trizio, alimenta la maggior parte delle reazioni di fusione. Il deuterio è facilmente derivato dall'acqua di mare. Il trizio, invece, deve essere prodotto. Alcuni oppositori hanno avvertito che "la fusione nucleare sta già affrontando una crisi del carburante". Non lo è. I precursori hanno risolto questo problema integrando la produzione di trizio nella reazione di fusione. Un modo è utilizzare una parete di metallo liquido (piombo-litio) che contatta direttamente il plasma di fusione e produce il combustibile trizio per la macchina di fusione. Sono in fase di sviluppo anche metodi a base di litio per allevare il trizio all'esterno del reattore.

3. Quanto è efficiente la conversione di energia? In alcune macchine, la parete di metallo liquido assorbe il calore tramite il contatto diretto con la reazione di fusione. Il metallo liquido passa attraverso uno scambiatore di calore, producendo vapore che aziona una turbina e genera elettricità, come fanno la maggior parte delle centrali elettriche tradizionali. Un altro approccio promettente è catturare l'elettricità direttamente dai campi elettromagnetici generati in una reazione di fusione.

4. Quali ulteriori complessità dei sistemi potrebbero impedire un'implementazione tempestiva? Alcune aziende di fusione mirano a utilizzare tecnologie collaudate per la periferia dei loro sistemi, mentre altre contano su innovazioni con laser, materiali e superconduttori avanzati. Questi sono discussi in alcuni articoli affascinanti in riviste sottoposte a revisione paritaria, e questa è la preoccupazione. Sono promettenti ma non provati. Ricordiamo che quando Tesla ha introdotto le sue prime auto, praticamente tutta la tecnologia è stata collaudata. Gli investitori nel settore della fusione devono distinguere tra i sistemi teorici e quelli che utilizzano parti critiche che sono state testate in condizioni del mondo reale.

5. A che punto si colloca l'impianto dimostrativo e la strategia di commercializzazione? I migliori concorrenti hanno ottenuto la fusione in un laboratorio e hanno dimostrato le loro tecnologie di base e i singoli componenti nei banchi di prova. Ora, devono dimostrare che l'intero sistema può funzionare in un impianto demo su larga scala, da cui l'intensità del capitale. Le principali iniziative nel campo della fusione stanno iniziando ad aumentare il loro team principale di specialisti di laboratori di fusione e dottorandi con un team di ingegneri che sa come costruire una centrale elettrica. Questa transizione dal laboratorio all'applicazione nel mondo reale non è un'impresa da poco. Stiamo anche iniziando a vedere società di fusione assumere personale per lo sviluppo del business e commercializzare i diritti su un primo impianto commerciale.

6. Quale sarà la dimensione? Le principali società di fusione stanno lavorando su impianti di dimensioni comprese tra 50 megawatt (MW) e 500 MW. Le dimensioni della macchina sono fondamentali perché influiscono sul costo di investimento iniziale. Macchine più piccole e modulari renderanno più facile per le singole utility prendere decisioni di investimento per un impianto commerciale. Le dimensioni influiscono anche sulla possibilità di utilizzare le unità di fusione per applicazioni come la navigazione marittima e altre applicazioni a basso consumo energetico.

7. Ultimo ma non meno importante, qual è il costo previsto per MWh (megawattora)? Le società di fusione competono direttamente con centrali a carbone e gas che forniscono energia di carico di base in tutto il mondo. Pertanto, il costo livellato dell'energia (LCOE) deve essere competitivo con il carbone che, secondo la società di consulenza Lazard, gamme da $ 65 / MWh al suo livello più sporco a $ 152 / MWh con cattura del carbonio integrata al 90%. Le macchine a fusione che utilizzano laser costosi e ad alta potenza o magneti superconduttori realizzati con materiali rari potrebbero avere problemi con tale LCOE. Certo, i costi di questi componenti diminuiranno nel tempo. Le macchine a fusione che utilizzano la compressione meccanica (simile ai pistoni di un motore diesel) o acceleratori cinetici (fondamentalmente, una pistola a gas) probabilmente avranno un vantaggio in termini di costi nei prossimi decenni.

È ora di affrontare la musica

Sebbene queste restanti sfide sembrino superabili, il domanda Mi sono chiesto anni fa: chi ha il coraggio di finanziare gli impianti dimostrativi e spingere la fusione sul mercato?

Gli investitori che si trasferiscono ora hanno la possibilità di guadagnare rendimenti fuori misura. Alcune delle società di fusione sopra menzionate hanno ancora un prezzo modesto. Naturalmente, alcuni investitori potrebbero lottare con il potenziale impatto della fusione sui loro portafogli energetici esistenti, in particolare se questi includono combustibili fossili, eolico e solare.

Dico che è ora di affrontare finalmente la musica. Data la minaccia del cambiamento climatico e la crescente domanda di energia, la fusione è fondamentale per raggiungere Net Zero entro il 2050. Nessun'altra tecnologia può competere con i combustibili fossili, intaccare maggiormente la CO₂ emissioni o fare di più eliminare la dipendenza energetica da regimi ostili, come la Russia di Putin. La fusione è il punto di svolta che potrebbe rendere l'energia veramente locale, sicura e abbondante. Preannuncia un passaggio da un'industria energetica centralizzata e autocratica a una fornitura di energia democratica e localizzata.

E la fusione non è più tra 20 anni. Una volta che il primo impianto di fusione sarà commercialmente operativo a costi ragionevoli, il passaggio potrebbe essere rapido. Ricorda, ci sono voluti secoli per sviluppare le tecnologie alla base di un'automobile, ma le auto hanno impiegato solo un decennio per sostituire i cavalli a Londra e New York City. Non appena c'è un'innovazione migliore e più economica, inevitabilmente vince.

La dura verità è che senza un cambio di passo nell'innovazione energetica, in questo secolo supereremo gli 1.5°C. Speriamo che la commercializzazione della fusione si muova più velocemente delle temperature.