השותפה של דלק מהמרת על היתוך גרעיני: "בית הזיקוק הבא שלנו"

ענקית הנפט והגז האיטלקית Eni מרחיבה את ההשקעות שלה בהיתוך גרעיני ומכוונת להיות בין חברות האנרגיה הראשונות שיקימו תחנת כוח מסחרית המבוססת על הטכנולוגיה באירופה. ב-ENI לא מסתכלים על זה רק כהשקעה פיננסית אלא בניסיון לבנות כבר היום את אחת הפעילויות שעשויות להחליף בעתיד חלק מבתי הזיקוק ותחנות הכוח של עולם האנרגיה הישן.

פרנצ'סקה פראצה, האחראית על תחום ההיתוך המגנטי ב-Eni, אמרה לפייננשל טיימס כי החברה מכוונת להפעיל תחנה מסחרית באירופה בתחילת שנות ה-40, ואולי אף לפני כן. לדבריה, "התחרות גוברת", לאחר שהטכנולוגיה והציפיות ממנה השתנו במידה ניכרת בחמש או שש השנים האחרונות.

"תמיד התייחסו לזה כמחקר. עכשיו אנחנו מתייחסים לזה כתעשייה", אמרה פראצה. האמירה הזאת משקפת את השינוי שמתרחש בתחום: במשך עשרות שנים היתוך גרעיני היה בעיקר פרויקט ברמה לאומית אבל כיום נכנסים אליו יותר יזמים, משקיעים, חברות טכנולוגיה וענקיות אנרגיה שמנסות לתפוס מקום מוקדם בשוק.

Eni, שמוכרת לנו גם כשותפה של קבוצת דלק דלק קבוצה -1.87%   בגרעין השליטה של איתקה אנרג'י Ithaca Energy 1.79%  , פועלת בתחום ההיתוך באמצעות השקעה בחברת Commonwealth Fusion Systems, או CFS. החברה האמריקאית, שצמחה מתוך המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, גייסה עד היום כ-3 מיליארד דולר ונחשבת לאחת מחברות ההיתוך הפרטיות הממומנות ביותר בעולם.

Eni השקיעה לראשונה ב-CFS כבר ב-2018, ובהמשך הגדילה את השקעתה והפכה לבעלת מניות אסטרטגית. כעת היא גם לקוחה עתידית: Eni חתמה על הסכם לרכישת חשמל בהיקף של יותר ממיליארד דולר מתחנת הכוח הראשונה ש-CFS מתכננת להקים בווירג'יניה.

התחנה, שנקראת ARC, אמורה לספק כ-400 מגה-וואט ולהתחבר לרשת החשמל בתחילת שנות ה-30. אם הפרויקט האמריקאי יצליח, Eni מקווה להשתתף בהקמת התחנה הבאה באירופה. ההימור, אם כן, נשען על רצף של אבני דרך: תחילה CFS צריכה להוכיח שהמערכת הניסיונית שלה עובדת, לאחר מכן להקים תחנה שמייצרת חשמל באופן רציף, ורק אז ניתן יהיה להתקדם לפרויקט האירופי.

מהו היתוך גרעיני?

כמעט כל תחנות הכוח הגרעיניות הקיימות כיום פועלות באמצעות ביקוע גרעיני. בתהליך הזה מפצלים גרעין כבד, בדרך כלל אורניום, לגרעינים קטנים יותר. הפיצול משחרר חום, שמרתיח מים, יוצר קיטור ומניע טורבינה המייצרת חשמל.

היתוך פועל בכיוון ההפוך: במקום לפצל גרעין כבד, מחברים גרעינים קלים לגרעין כבד יותר. זהו התהליך שמתרחש בשמש ובכוכבים, והוא משחרר כמויות גדולות של אנרגיה.

מרבית החברות והמיזמים מתמקדים כיום בחיבור בין דאוטריום וטריטיום, שני איזוטופים של מימן. כשהם מתחברים הם יוצרים הליום, נייטרון ומשחררים אנרגיה. דאוטריום קיים בכמויות גדולות יחסית במים, אבל טריטיום נדיר בהרבה וצריך לייצר, לאסוף ולמחזר אותו בתוך המערכת.

כדי לגרום לגרעינים להתמזג נדרשות טמפרטורות של יותר מ-100 מיליון מעלות. בטמפרטורות האלה החומר הופך לפלזמה - מצב שבו האלקטרונים נפרדים מהגרעינים. אי אפשר להחזיק פלזמה כזאת בתוך מכל רגיל, ולכן צריך לכלוא אותה באמצעות שדות מגנטיים חזקים או לדחוס אותה לזמן קצר באמצעות לייזרים או אמצעים אחרים.

כאן נמצא אחד הקשיים המרכזיים. לא מספיק לגרום להיתוך לרגע; תחנת כוח צריכה להפיק מהתהליך יותר אנרגיה מכפי שהיא צורכת, לעשות זאת שוב ושוב או באופן רציף, לקלוט את החום שנוצר, להמיר אותו לחשמל ולשמור על רכיבי המערכת בתנאים קיצוניים במשך שנים.

לכך מצטרפים אתגרים נוספים: פיתוח חומרים שיוכלו להתמודד עם זרם נייטרונים חזק, ייצור ואחסון טריטיום, תחזוקה של רכיבים בתוך מתקן רדיואקטיבי, ועלויות הקמה שעשויות להגיע למיליארדי דולרים.

בניגוד לביקוע, תגובת ההיתוך אינה ממשיכה מעצמה אם התנאים המתאימים נעלמים. היא גם אינה מייצרת את אותו סוג ואת אותה כמות של פסולת ארוכת חיים כמו כור ביקוע. עם זאת, הטענה שלפיה מדובר באנרגיה נטולת פסולת גרעינית אינה מדויקת לחלוטין: הנייטרונים יכולים להפוך חלק מרכיבי המתקן לרדיואקטיביים, ולכן עדיין נדרשים טיפול בפסולת, פיקוח ותכנון לפירוק התחנה בסוף חייה.

מה בכלל יכול להיות היתרון היחסי של Eni?

Eni אינה מנסה לפתח בעצמה את המכונה שיוצרת את תגובת ההיתוך. היא מתמקדת בחלק שבו הניסיון שלה כחברת נפט וגז עשוי להיות רלוונטי: ההנדסה התעשייתית שמסביב לתהליך, ובעיקר מחזור הדלק.

לאחר כל תגובה נשארים במערכת חומרי דלק שלא נוצלו. צריך לאסוף אותם, להפריד בין הדאוטריום לטריטיום, לטהר אותם ולהזרימם מחדש. Eni סבורה שעשרות שנות ניסיון בטיפול במימן, בהפרדת גזים ובעיבוד פחמימנים יכולות לספק לה יתרון בפיתוח התשתית הזאת.

מבחינת החברה, מחזור דלק ההיתוך עשוי להפוך למעין בית הזיקוק הבא שלה: מתקן תעשייתי מורכב שמקבל חומר, מפריד ומטהר אותו ומחזיר אותו לתהליך הייצור.

Eni הקימה לאחרונה עם רשות האנרגיה האטומית הבריטית מיזם משותף בשם RH3OVA, שיספק שירותי הנדסה וייעוץ לתעשיית ההיתוך. המיזם יתמקד בין היתר בטיפול בטריטיום ובבניית מערכות שיאפשרו למחזר את הדלק בקנה מידה תעשייתי.

לדברי פראצה, שותפויות ותמיכה ממשלתית יהיו חיוניות, משום שהקמת תחנות הכוח הראשונות תדרוש מיליארדי דולרים. היא הגדירה את המרוץ כ"משחק גדול מדי מכדי להיכשל" - לא משום שההצלחה מובטחת, אלא בשל היקף ההשקעות והצורך לשלב ידע מדעי, יכולת הנדסית, מימון ותמיכה רגולטורית.

מי עוד נמצא במרוץ?

CFS היא אחת המתמודדות הבולטות, אבל היא רחוקה מלהיות היחידה. החברות בתחום משתמשות בשיטות שונות, וכל אחת טוענת שהגישה שלה תאפשר להתגבר על המכשולים שהאטו את המחקר במשך עשרות שנים.

CFS מפתחת מערכת מסוג טוקמאק - תא דמוי טבעת שבתוכו הפלזמה מוחזקת באמצעות מגנטים. החידוש המרכזי שלה הוא שימוש במגנטים מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה, שאמורים לאפשר שדות מגנטיים חזקים יותר בתוך מתקן קטן יחסית. לפני הקמת ARC מתכננת החברה להפעיל את SPARC, מכונת ניסוי שאמורה להוכיח כי המערכת יכולה לייצר יותר אנרגיית היתוך מזו שמושקעת בחימום הפלזמה.

Helion Energy מפתחת מערכת הפועלת בפולסים ומשתמשת בשדות מגנטיים כדי להאיץ ולדחוס פלזמה. החברה חתמה על הסכם לאספקת חשמל למיקרוסופט ומכוונת להתחיל לספק אותו ב-2028. מדובר בלוח זמנים חריג באגרסיביות שלו, והוא עדיין תלוי בהשגת שורה של יעדים טכנולוגיים והנדסיים.

TAE Technologies, שנתמכת בין היתר בידי גוגל ושברון, מנסה להשתמש בשילוב של מימן ובורון. היתרון האפשרי הוא הפחתת כמות הנייטרונים והפסולת הרדיואקטיבית, אבל התגובה דורשת תנאים קיצוניים אף יותר מהיתוך המבוסס על דאוטריום וטריטיום.

Zap Energy, שבה השקיעו בין היתר זרועות ההשקעה של שברון ושל Shell, מפתחת שיטת Z-pinch. במקום להשתמש במגנטים גדולים או בלייזרים, החברה מעבירה זרם חשמלי דרך הפלזמה כדי לדחוס אותה. החברה כבר מפעילה מערכת ניסוי לבדיקת רכיבים בתנאים הדומים לאלה של תחנת כוח, אך המערכת עדיין אינה מייצרת חשמל מהיתוך.

Type One Energy מפתחת מערכת מסוג סטלרטור - תצורה מגנטית מורכבת שנועדה להחזיק פלזמה באופן יציב ורציף. החברה משתפת פעולה עם רשות החשמל Tennessee Valley Authority ומתכננת פרויקט בתחנת כוח פחמית שנסגרה. היעד הוא לקדם תחנת היתוך אפשרית באמצע שנות ה-30.

לצד החברות הפרטיות פועל גם ITER, פרויקט בינלאומי גדול שנבנה בדרום צרפת במימון אירופה, ארה"ב, סין, הודו, יפן, דרום קוריאה ורוסיה. ITER אמור להיות מתקן ההיתוך הניסיוני הגדול בעולם ולהוכיח שאפשר לקיים פלזמה בוערת בקנה מידה משמעותי. הוא אינו מיועד למכור חשמל לרשת, והפרויקט התמודד לאורך השנים עם עיכובים ועלויות גבוהות.

גישה אחרת נבחנת במתקן ההצתה הלאומי בארה"ב, NIF, שמשתמש בלייזרים רבי עוצמה כדי לדחוס כמוסה זעירה של דלק. המתקן הצליח להגיע ל"הצתת היתוך" ולייצר בתגובה עצמה יותר אנרגיה מזו שהגיעה אל הדלק באמצעות הלייזרים. זו הייתה פריצת דרך מדעית, אבל המערכת כולה עדיין צורכת הרבה יותר אנרגיה מכפי שהיא מייצרת ואינה בנויה כתחנת כוח מסחרית.

כסף של חברות הטכנולוגיה והאנרגיה

המרוץ מקבל דחיפה גם מהעלייה בביקוש לחשמל. חברות הטכנולוגיה מקימות מרכזי נתונים גדולים להפעלת מודלי AI ומחפשות מקורות אנרגיה יציבים, שיכולים לפעול מסביב לשעון ללא פליטות פחמן ישירות.

מיקרוסופט חתמה על הסכם עם Helion, גוגל השקיעה בחברות בתחום, וחברות אנרגיה כמו Eni, שברון, Shell ו-RWE פורסות השקעות בין כמה טכנולוגיות. בחלק מהמקרים מדובר בהשקעה הונית, ובאחרים בהתחייבות לרכוש חשמל אם וכאשר התחנות יוקמו.

הפיזור עצמו מלמד גם על חוסר הוודאות. כריס גדומסקי מ-BloombergNEF אמר לפייננשל טיימס כי חברות הטכנולוגיה מפזרות את ההימורים בין היתוך לבין כורים גרעיניים רגילים ומתקדמים, משום שעדיין לא ברור איזו טכנולוגיה תגיע ראשונה למסחור.

לדבריו, לתעשיית הגרעין יש היסטוריה של הערכת חסר של משך הבנייה ושל העלויות. זהו מכשול מהותי במיוחד עבור היתוך, שבו גם העקרונות ההנדסיים של תחנת כוח מסחרית עדיין לא הוכחו במלואם.