La puissance de fusion ne sera pas répandue avant au moins une décennie

La percée de la fusion nucléaire annoncée mardi était un événement historique, culminant des décennies de recherche.

Dans le même temps, l’énergie de fusion ne fournira d’électricité à aucun réseau électrique pendant au moins une décennie, selon la plupart des observateurs de l’industrie. Pour y arriver, il devra y avoir beaucoup plus de percées techniques au-delà de ce qui a été célébré mardi – et l’argent pour les financer.

Juste après 1 heure du matin le lundi 5 décembre, des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie ont exécuté une expérience réussie pour produire plus d’énergie à partir d’une réaction de fusion nucléaire que celle utilisée dans les lasers utilisés pour alimenter la réaction.

“Nous avons sorti 3,15 mégajoules, nous avons mis 2,05 mégajoules dans le laser”, a déclaré mardi Mark Herrmann, directeur de programme à Lawrence Livermore. “Cela n’a jamais été fait auparavant dans aucun laboratoire de fusion partout dans le monde. C’est donc super excitant.”

Lors d’une table ronde technique après l’annonce à la presse principale mardi, les scientifiques de l’équipe ont raconté leurs réactions en apprenant la nouvelle.

Tammy Ma, physicienne laser-plasma au laboratoire, attendait dans un aéroport lorsque son patron l’a appelée. “J’ai éclaté en sanglots. Je sautais dans la salle d’attente, le fou.”

Il a fallu environ 300 mégajoules d’énergie du réseau électrique pour déclencher le laser utilisé dans l’expérience, a déclaré Herrmann mardi. Cela équivaut à ce qui est inclus dans environ deux gallons et demi d’essence.

Toute cette énergie est allée dans la réaction de fusion laser qui a montré un gain net d’environ 1,1 mégajoules – assez d’énergie pour faire bouillir une bouilloire peut-être deux ou trois fois.

“Il s’agit d’une réalisation scientifique, pas d’une réalisation pratique”, a déclaré à CNBC Omar A. Hurricane, scientifique en chef chez Lawrence Livermore.

Mais la quantité d’énergie n’est pas le point. “Le laser n’a pas été conçu pour être efficace. Le laser a été conçu pour nous donner le plus de jus possible pour rendre ces conditions incroyables possibles”, a déclaré Herrmann. “Il y a donc beaucoup, beaucoup d’étapes à franchir pour arriver à une fusion inertielle comme source d’énergie.”

C’est en partie parce que National Ignition Facility, où la démonstration a eu lieu, a 20 ans et a été construit à l’aide de composants technologiques fabriqués dans les années 1980 et 1990. La technologie laser a considérablement progressé depuis lors.

La raison de la célébration était simplement que de l’énergie avait été créée.

“C’est excitant parce que cela prouve que la fusion peut fonctionner et cela ouvre les vannes à davantage d’intérêt, d’investissement et d’innovation pour transformer la fusion en source d’énergie”, a déclaré Arthur Turrell, physicien des plasmas et auteur de The Star Builders.

Les progrès sont rapides, mais l’ampleur du problème est immense.

Il y a un peu plus d’un an, en août 2021, le même laboratoire a fait une autre percée que Hurricane a qualifiée de “moment Wright Brothers”. Cette expérience a réalisé pour la première fois un allumage par fusion dans un environnement contrôlé, mais l’énergie totale qui a été mise dans la réaction était inférieure à ce qui en est sorti.

“On dit qu’un plasma s’enflamme lorsque le gain d’énergie dû aux réactions de fusion dépasse toutes les pertes d’énergie, ce qui entraîne une escalade rapide de la température, de la pression et du rendement énergétique de fusion. Auparavant, cela n’avait été réalisé que lors de la détonation d’armes nucléaires”, a expliqué Pravesh Patel, directeur scientifique de la startup de fusion Focused Energy et ancien scientifique de Lawrence Livermore.

Dans cette expérience de 2021, le gain d’énergie était de 0,73. L’expérience du 5 décembre était la première fois qu’un gain d’énergie supérieur à 1,0 était atteint – plus précisément, un gain d’énergie de 1,5.

“Obtenir quoi que ce soit au-dessus de 1x est tout psychologiquement car cela montre que la fusion peut être une source (nette) d’énergie!” Turrell a déclaré à CNBC. “Pour le dire autrement, c’est ce moment où > 1x est atteint qui entrera dans les livres d’histoire.”

Patel s’attend à voir éventuellement un gain d’énergie de 4 ou 5 de l’équipe de Lawrence Livermore. Mais pour faire une fusion commerciale avec des lasers, il faudra un gain d’énergie d’environ 100 fois, a déclaré Patel.

Pour atteindre ce niveau, il faudra de nouvelles installations et de nouveaux développements technologiques de composants, comme des lasers pompés par diode efficaces.

“Cela nécessitera des progrès dans les soi-disant” concepts avancés “tels que l’allumage rapide ou l’allumage par choc, qui sont conçus pour un gain élevé. Ces concepts nécessitent la construction de nouvelles installations, donc une percée là-bas prendra jusqu’à plus tard cette décennie “, Patel a dit.

Moritz von der Linden, PDG de la startup Marvel Fusion, a également souligné l’importance des nouveaux lasers.

“Les systèmes laser de dernière génération dans d’autres installations ou dans de nouvelles installations doivent montrer qu’ils peuvent facilement déclencher dix impulsions laser par seconde avec des énergies élevées. De plus, les cibles doivent avoir un taux d’absorption d’énergie efficace et être productibles en masse”, a déclaré Linden à CNBC dans un communiqué. “Ce n’est qu’avec des cibles optimisées et des systèmes laser de dernière génération qu’il est possible de montrer un gain d’énergie net – la prochaine étape véritablement révolutionnaire. Ce sera l’un des défis techniques les plus difficiles imaginables pour l’humanité.”

Bien qu’il faudra plus d’une décennie avant que la fusion ne soit commercialisée, les investisseurs injectent déjà de l’argent dans le secteur : l’industrie privée de la fusion a vu près de 5 milliards de dollars d’investissements, selon le groupe commercial de l’industrie, la Fusion Industry Association, et plus de la moitié de cela depuis le deuxième trimestre de 2021.

La majeure partie de cet investissement a été consacrée à une approche différente appelée fusion magnétique, qui utilise un dispositif en forme de beignet appelé tokamak. Seulement environ 180 millions de dollars ont été consacrés à la fusion inertielle, l’approche qui utilise généralement des lasers, selon le PDG de la Fusion Industry Association, Andrew Holland.

Quelle que soit l’approche, l’annonce de mardi est importante pour l’industrie dans son ensemble, selon Dennis Whyte, qui travaille au MIT et a cofondé Commonwealth Fusion Systems (CFS), une start-up de premier plan travaillant avec la fusion à base de tokamak qui a levé plus de 2 dollars. milliard.

“Alors que la préparation technologique des tokamaks est plus élevée pour les systèmes énergétiques, la percée annoncée hier était une percée scientifique confirmant que l’énergie nette peut être produite par les combustibles de fusion”, a déclaré Whyte à CNBC. “Il s’agit donc d’un résultat important pour tous les efforts de fusion.”

En septembre, le ministère de l’Énergie a annoncé que 50 millions de dollars iraient à des entreprises privées de fusion dans le cadre de partenariats public-privé.

Ce financement est une étape critique pour que la fusion soit commerciale d’ici la fin des années 2030, ce que visent la plupart des observateurs de l’industrie de la fusion, a déclaré Patel à CNBC, mais ce n’est pas suffisant. Il doit y avoir entre 10 et 100 fois plus d’investissements pour “accélérer de manière significative le temps qu’il faudra pour commercialiser la fusion et réduire notre dépendance aux combustibles fossiles”, a déclaré Patel à CNBC.

La plus grande critique de la fusion est peut-être qu’il faudra trop de temps pour se mettre en ligne pour être utile dans la réponse au changement climatique.

Mais les participants de l’industrie croient qu’une action audacieuse peut réussir avec le temps.

“En mars, la Maison Blanche a accepté et lancé un programme de collaboration avec le secteur privé pour viser une” usine pilote “avec un plan décennal audacieux”, a déclaré Whyte à CNBC. “Pourquoi cette chronologie ? Eh bien, si vous travaillez à rebours à partir de 2050, les calculs vous indiquent quand vous avez besoin de l’usine pilote si vous voulez que la fusion joue un rôle dans la lutte contre le changement climatique, en fonction des temps de mise à l’échelle qui seront nécessaires. Cela être difficile, mais cela vaut la peine d’essayer.”