米国で核融合発電所のプロトタイプを建設する計画は、新しいレポートが数十億ドル規模のプラント建設の大まかなタイムラインとその設計を開発するための戦略を示しているため、より焦点が絞られています.全米科学工学アカデミー (NASEM) が今週発表した報告書によると、米国は 2035 年までにパイロットの建設を開始し、2040 年までに稼働させるよう努力する必要があります。この厳しいスケジュールに対応するため、報告書は米国エネルギー省 (DOE) に対し、民間産業と協力して 2028 年までにさまざまな概念設計を開発する 2 つから 4 つのチームへの資金提供を支援するよう求めています。
スタンフォード大学のウィリアム・マディア名誉副学長は、DOE の核融合の取り組みにしばしば批判的でした。しかし、憂慮する科学者連合の原子力安全担当ディレクターであるエドウィン・ライマンは、報告書は、技術的な準備が整っていない状態にある多くの重要な技術も指摘しており、それらが間に合うように開発できるかどうかを疑問視している. 「行間を読んでみると、これらのタイムテーブルが現実的であるという確信が得られるとは思えませんでした」とライマンは言います。
2 月 17 日にリリースされた 91 ページのレポートで提案されたスケジュールは、特定の設計の R&D を完了するのにかかる時間をボトムアップで評価したものではありません。むしろ、2050 年までに電力会社がカーボンフリーのエネルギー源に移行する際に核融合発電を含めることを希望する場合、いつ核融合発電を実現する必要があるかについてのトップダウンの評価を示しています。テネシー大学ノックスビル校の原子力技術者であり、レポートの 12 人の著者の 1 人です。マディアは、核融合が 2035 年までに実現可能であることが示されなければ、「列車に乗れず」、将来のカーボンフリー エネルギー ミックスから取り残されると予測しています。
米国の核融合研究者の間で、太陽に動力を供給するプロセスである核融合を最終的に利用して発電するプロトタイプの発電所を建設する熱意が高まっています。このアイデアは 2018 年に別の NASEM レポートで浮上し、米国はフランスで建設中の巨大な国際核融合実験である ITER へのコミットメントを維持するだけでなく、その後すぐに国内のパイロット プラントを建設する準備をすることを示唆していました。 2020 年 12 月、米国の核融合研究者は、新しい長期計画でパイロット プラントを採用しました。
強力な磁場を使用して、ITER は重水素とトリチウム (水素の重同位体) のプラズマをドーナツ型の真空チャンバーに閉じ込め、摂氏 1 億 5000 万度に加熱します。この実験の目的は、重水素と三重水素の核融合が、プラズマの生成が消費するよりも多くのエネルギーを生成できることを示すことです。パイロット プラントはさらに一歩進んで、有用な量の電力を生成します。
この提案の支持者は、パイロットプラントを建設することで、米国の研究者がヨーロッパやアジアの競合他社を飛び越え、核融合研究のリードを取り戻すことができると述べています。さらに、高温超伝導体で作られた磁石、3D 印刷、コンピューター モデリングの最近の進歩により、このプラントは、高さ 30 メートルで 20 ドル以上の費用がかかる ITER よりもはるかに小さく、安価になる可能性があると彼らは言います。億。
パイロット プラントは、圧倒的に強力ではありません。新しいレポートでは、わずか 50 メガワットの電力しか生成できないと想定しています。これは、大規模なガス発電所が生成できる電力の数パーセントです。 DWR Associates LLC のエンジニアであり、新しいレポートの著者である David Roop は、そのようなプラントが配電網とどのように相互作用するかを確認するには、それだけで十分だと述べています。 「少なくとも 50 メガワットというこの値により、送電網に電力を供給する能力をテストできます」と彼は言います。パイロット プラントの費用は 50 億ドルまたは 60 億ドルを超えてはならない、と報告書は述べています。これは、数百メガワットの電力を生成する最初の商用プラントに電力会社が支払う意思があると見積もった金額です。
パイロット プラントを建設する前に、いくつかの大きな技術的課題を克服しなければならない、と報告書は述べています。たとえば、プラントが ITER のように機能し、重水素とトリチウムを融合する場合 (他にもいくつかの可能性があります)、研究者は、原子炉を囲む専用の材料の「ブランケット」でより多くのトリチウムを繁殖させる方法も開発する必要があります。そうしなければ、特定の原子炉からしか供給されないトリチウムの全世界供給量を急速に使い果たしてしまう可能性があります。ブランケットにリチウムが含まれている場合、中性子はそれらの原子核の一部を分裂させて、より多くのトリチウムを形成します。しかし、トリチウムは高度に規制された放射性物質であり、取り扱いが困難であり、ライマンは、そのような閉鎖系が 2035 年までに開発できるかどうか疑問に思っています.
タイムラインに関する議論は、新しい民間核融合企業の出現をめぐる緊張を反映しており、おそらく DOE と提携して、すでに持っているアイデアを発展させるでしょう。一部の新興企業は、ハイテク億万長者の関心を集めています。たとえば、ビル・ゲイツは、高温超伝導体で作られた電磁コイルの使用に焦点を当てたアイデアであるコモンウェルス・フュージョン・システムズを支援しており、ジェフ・ベゾスは、機械ポンプを使用してプラズマを圧縮して加熱するゼネラル・フュージョンを支援しています。このような民間投資は、Madia がパイロット プラントに強気であると言う主な理由です。 「ビル・ゲイツやジェフ・ベゾスのような人が参加すると、彼らは面白いことをします」と彼は言います。
しかし、核融合のスタートアップは、提供できる以上のことを約束していると、ライマンは主張します。彼は、失敗が致命的ではないかもしれないハイテク経済に精通している投資家が、はるかに寛容ではない、資本集約的なエネルギー研究に対して同じようなリスクの高い態度を取っているのではないかと心配している. 「彼らは、アイデアを思いつくだけで、実際にそれを実現することなく、そのアイデアから金持ちになることができると考えています」とライマンは言います.核融合炉の開発は「ガレージでできることではないので、その考え方には注意が必要です」.ライマン氏はまた、核融合の新興企業が原子力規制委員会に安全要件を緩和するよう求めていることを警告している.
それでも、DOE の核融合研究所であるプリンストン プラズマ物理学研究所の所長であるスティーブン カウリーは、パイロット プラントのさまざまな概念を具体化するために官民チームを編成するという報告書の呼びかけは非常に有益であると述べています。 「米国は、それが何であるか、そして私たちがどれだけ近づいているかを確認するために、核融合炉を設計する独自のバージョンを持つ必要があります」とカウリーは言います. 「それには大きな価値があると思います。」
