Een bezoek aan Helion Energy toen de regio Seattle in rook was gehuld

Op donderdag 20 oktober nam ik een reportagereis naar Everett, Wash., om te bezoeken Helion-energie, een fusie-startup die bijna $ 600 miljoen heeft opgehaald bij een hele reeks relatief bekende investeerders in Silicon Valley, waaronder Peter Thiel en Sam Altman. Het heeft nog eens $ 1.7 miljard aan toezeggingen als het bepaalde prestatiedoelen haalt.

Omdat kernfusie het potentieel heeft om onbeperkte hoeveelheden schone energie te produceren zonder langdurig kernafval te genereren, wordt het vaak de 'heilige graal' van schone energie genoemd. De heilige graal blijft echter ongrijpbaar, omdat het herscheppen van fusie op aarde op een manier die meer energie genereert die nodig is om de reactie op gang te brengen en die voor een langere periode kan worden volgehouden, tot nu toe onbereikbaar is gebleven. Als we erin zouden slagen om fusie hier op aarde en op grote schaal te commercialiseren, zouden al onze energieproblemen worden opgelost, zeggen voorstanders van fusie. 

Fusion is ook al tientallen jaren aan de horizon, net buiten bereik, schijnbaar stevig verankerd in een techno-utopie die alleen bestaat in sciencefiction-fantasieromans.

Maar een bezoek aan de enorme werkruimte en het laboratorium van Helion Energy haalde het idee van fusie voor mij uit het volledig fantastische en in het potentieel reële. Natuurlijk betekent 'potentieel reëel' niet dat fusie volgend jaar een commercieel levensvatbare energiebron zal zijn die uw huis en mijn computer van stroom zal voorzien. Maar het voelt niet langer als een ruimteschip naar Pluto vliegen.

Terwijl ik door de enorme Helion Energy-gebouwen in Everett liep, waarvan één volledig operationeel en één nog in aanbouw, viel het me op hoe gewoon alles eruitzag. Bouwmachines, machines, stroomkabels, werkbanken en talloze onderdelen die op een ruimteschip lijken, zijn overal te vinden. Plannen worden uitgevoerd. Er worden wild buitenlands aandoende machines gebouwd en getest.

Voor de medewerkers van Helion Energy is het bouwen van een fusieapparaat hun taak. Elke dag naar kantoor gaan betekent deel A in deel B en in deel C plaatsen, met die onderdelen spelen, ze testen, en ze dan met meer onderdelen plaatsen, die testen, die onderdelen uit elkaar halen, misschien als iets niet goed werkt, en zet het dan weer in elkaar totdat het dat doet. En dan naar deel D en deel E.

De datum van mijn bezoek is ook relevant voor dit verhaal, omdat het een tweede laag van vreemd-wordt-echt toevoegde aan mijn verslagreis. 

Op 20 oktober werd de regio Seattle Everett gehuld in gevaarlijke hoeveelheden bosbrandrook. De luchtkwaliteitsindex voor Everett was 254, waarmee het op dat moment de slechtste luchtkwaliteit ter wereld was, volgens IQAir.

“Verschillende bosbranden die in de noordelijke Cascades brandden, werden aangewakkerd door warme, droge en winderige weersomstandigheden. Oostelijke winden laaiden de vuren op en dreven de resulterende rook naar het westen richting Everett en de regio Seattle,” Christi Chester Schröder, vertelde de Air Quality Science Manager bij IQAir North America me.

De opwarming van de aarde helpt die branden aan te wakkeren, Denise L. Mauzerall, een professor in milieutechniek en internationale zaken aan Princeton, vertelde me.

"Klimaatverandering heeft bijgedragen aan de hoge temperaturen en droge omstandigheden die dit jaar in de Pacific Northwest hebben geheerst", zei Mauzerall. "Deze weersomstandigheden, verergerd door klimaatverandering, hebben de kans en de ernst van de branden vergroot die verantwoordelijk zijn voor de extreem slechte luchtkwaliteit."

Het was zo erg dat Helion al zijn medewerkers had gezegd dat ze voor het eerst thuis moesten blijven. Het management vond het te gevaarlijk om hen te vragen hun huis te verlaten.

De omstandigheden van mijn bezoek zorgden voor een ongemakkelijke strijd. Aan de ene kant had ik een hernieuwd gevoel van hoop over de mogelijkheid van fusie-energie. Tegelijkertijd worstelde ik innerlijk met een diep gevoel van angst over de toestand van de wereld.

Ik was niet de enige die het gewicht van het moment voelde. “Het is heel ongebruikelijk”, Chris Pihl, mede-oprichter en chief technology officer bij Helion, zei over de rook.

Pihl werkt al bijna twee decennia aan fusie. Hij heeft het zien evolueren van het domein van natuurkundige academici naar een veld dat op de voet wordt gevolgd door verslaggevers en miljarden aan investeringen verzamelt. Mensen die aan fusie werken, zijn de coole kinderen geworden, de helden van de underdog. Terwijl we collectief elke realistische hoop om binnen de beoogde 1.5 graad opwarming te blijven voorbij blazen en terwijl de wereldwijde vraag naar energie blijft stijgen, is fusie de thuishaven die soms aanvoelt als de enige oplossing.

"Het is minder een academische bezigheid, een altruïstische bezigheid, en het wordt meer een overlevingsspel op dit moment denk ik, met de manier waarop de dingen gaan," vertelde Pihl me, terwijl we in de lege Helion-kantoren zaten te kijken naar een muur van grijze rook. “Dus het is nodig. En ik ben blij dat het aandacht krijgt.”

CEO en mede-oprichter David Kirtley leidde me rond in de enorme laboratoriumruimte waar Helion werkt aan het bouwen van componenten voor zijn zevende generatie systeem, Polaris. Elke generatie heeft een combinatie van de fysica en techniek bewezen die nodig is om Helion's specifieke benadering van fusie tot bloei te brengen. Het prototype van de zesde generatie, Trenta, werd in 2020 voltooid en bleek in staat om 100 miljoen graden Celsius te bereiken, een belangrijke mijlpaal om de aanpak van Helion te bewijzen.

Polaris is onder andere bedoeld om te bewijzen dat het netto-elektriciteit kan bereiken - dat wil zeggen, om meer op te wekken dan het verbruikt - en het is al begonnen met het ontwerpen van zijn systeem van de achtste generatie, dat zijn eerste commerciële systeem zal zijn. Het doel is om aan te tonen dat Helion tegen 2024 elektriciteit kan maken uit fusie en tegen het einde van het decennium stroom op het net heeft, vertelde Kirtley me.

Een deel van de haalbaarheid om fusie-energie op het elektriciteitsnet in de Verenigde Staten te krijgen, hangt af van factoren die Helion niet kan controleren - het opzetten van regelgevende processen met de Nuclear Regulatory Commission en licentieprocessen om de vereiste goedkeuringen voor de netinterconnectie te krijgen, een proces dat Kirtley is geweest verteld kan variëren van een paar jaar tot wel tien jaar. Omdat er zoveel regelgevende hindernissen zijn om fusie aan het elektriciteitsnet te krijgen, zei Kirtley dat hij verwacht dat hun eerste betalende klanten waarschijnlijk particuliere klanten zullen zijn, zoals technologiebedrijven met stroomvretende datacenters, bijvoorbeeld. Samenwerken met nutsbedrijven duurt langer.

Een deel van het Polaris-systeem dat er misschien het meest buitenaardse uitziet voor een niet-fusie-expert (zoals ik), de Polaris Injector-test, en dat is hoe de brandstof voor de fusiereactor in het apparaat komt.

De bekendste fusiemethode is waarschijnlijk een tokamak, een donutvormig apparaat dat superkrachtige magneten gebruikt om het plasma vast te houden waar de fusiereactie kan plaatsvinden. Een internationaal gezamenlijk fusieproject, genaamd ITER ("de weg" in het Latijn), bouwt een enorme tokamak in Zuid-Frankrijk om de levensvatbaarheid van fusie te bewijzen.

Helion bouwt geen tokamak. Het bouwt een lang smal apparaat dat een Field Reversed Configuration of FRC wordt genoemd, en de volgende versie zal ongeveer 60 voet lang zijn.

De brandstof wordt in korte, kleine stoten aan beide uiteinden van het apparaat geïnjecteerd en een elektrische stroom die in een lus vloeit, beperkt het plasma. De magneten vuren achtereenvolgens in pulsen en sturen de plasma's aan beide uiteinden naar elkaar toe met een snelheid van meer dan een miljoen mijl per uur. De plasma's botsen tegen elkaar in de centrale fusiekamer waar ze samensmelten tot een superheet, dicht plasma dat 100 miljoen graden Celsius bereikt. Hier vindt fusie plaats, waardoor nieuwe energie ontstaat. De magnetische spoelen die de plasmacompressie vergemakkelijken, recupereren ook de opgewekte energie. Een deel van die energie wordt gerecycled en gebruikt om de condensatoren op te laden die oorspronkelijk de reactie aandreven. De extra extra energie is elektriciteit die kan worden gebruikt.  

Kirtley vergelijkt het pulseren van hun fusiemachine met een zuiger.

“Je comprimeert je brandstof, hij brandt heel heet en heel intens, maar maar heel even. En de hoeveelheid warmte die vrijkomt in die kleine puls is meer dan een groot vreugdevuur dat de hele tijd aan staat,' vertelde hij me. “En omdat het een puls is, omdat het maar een kleine puls van hoge intensiteit is, kun je die motoren veel compacter, veel kleiner maken”, wat belangrijk is om de kosten laag te houden.

Het idee is eigenlijk niet nieuw. Het werd getheoretiseerd in de jaren vijftig en zestig, zei Kirtley. Maar het was niet mogelijk om uit te voeren totdat moderne transistors en halfgeleiders werden ontwikkeld. Zowel Pihl als Kirtley hebben eerder in hun carrière naar fusie gekeken en waren er niet van overtuigd dat het economisch levensvatbaar was totdat ze tot dit FRC-ontwerp kwamen. 

Nog een gracht om over te steken: dit ontwerp gebruikt een brandstof die zeer zeldzaam is. De brandstof voor Helion's benadering is deuterium, een isotoop van waterstof dat vrij gemakkelijk te vinden is, en helium drie, een zeer zeldzame soort helium met één extra neutron.

"Vroeger moesten we zeggen dat je de ruimte in moest om helium drie te krijgen, omdat het zo zeldzaam was," zei Kritley. Om hun fusiemachine op te schalen, ontwikkelt Helion ook een manier om helium drie te maken met fusie.

Het lijdt geen twijfel dat Helion veel stappen en processen en regelgevende hindernissen heeft voordat het onbeperkt schone energie naar de wereld kan brengen, zoals het wil doen. Maar zoals het voelt om door een enorme, wijd open laboratoriumfaciliteit te lopen - met enkele van de grootste plafondventilatoren die ik ooit heb gezien - lijkt het mogelijk op een manier die ik nog nooit eerder had gevoeld. Toen ik die dag weer de rook in liep, was ik zo dankbaar dat ik die dosis hoop had.

Maar de meeste mensen waren die dag niet aan het touren in het Helion Energy-lab. De meeste mensen zaten binnen vast, of brachten zichzelf buiten in gevaar, niet in staat om de horizon te zien, niet in staat om een ​​toekomst te zien waarin het bouwen van een fusiemachine een taak is die wordt uitgevoerd als een monteur die in een garage werkt. Ik vroeg Kirtley naar het strijdgevoel dat ik had van wanhoop bij de rook en hoop bij het in elkaar zetten van de fusieonderdelen.

"De cognitieve dissonantie van soms wat we in de wereld zien en wat we hier kunnen bouwen, is behoorlijk extreem", zei Kirtley.

“Twintig jaar geleden waren we minder optimistisch over fusie.” Maar nu gloeien zijn ogen terwijl hij me door het lab leidt. “Ik word heel enthousiast. Ik krijg erg - je kunt zien - ik krijg erg veel energie."

Ook andere jonge wetenschappers zijn enthousiast over fusie. Aan het begin van de week, toen ik op bezoek was, was Kirtley op de conferentie van de American Physics Society Department of Plasma Physics om een ​​lezing te geven.

"Aan het einde van mijn lezing liep ik naar buiten en er waren 30 of 40 mensen die met me meegingen, en in de gang praatten we net anderhalf uur over de industrie," zei hij. “De opwinding was enorm. En veel daarvan was met jongere ingenieurs en wetenschappers die ofwel afgestudeerde studenten of postdocs zijn, of in de eerste 10 jaar van hun carrière, die erg enthousiast zijn over wat de particuliere industrie doet.”