في ديسمبر 2022، نجح فريق مكون من 8000 مهندس وعالم في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) في كاليفورنيا في استخدام الليزر لخلق ظروف شبيهة بالنجوم لاشتعال الاندماج في المختبر. والأهم من ذلك، أدى هذا الاشتعال إلى زيادة صافي الطاقة لأول مرة؛ أي أن تفاعل الاندماج أنتج طاقة أكثر مما تم وضعه فيه. الاندماج، الذي يتم إنتاجه عن طريق دمج الذرات لإنتاج الطاقة، هو نفس التفاعل الذي يمد شمسنا بالطاقة. في درجات الحرارة والضغوط القصوى، تتصادم الذرات و “تندمج”، مما يؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة نتيجة لذلك. تم وصف الاندماج النووي بأنه “الكأس المقدسة” للطاقة النظيفة، حيث يعمل العلماء على التكنولوجيا منذ الخمسينيات
حتى الكميات الضئيلة من مصادر الوقود يحتمل أن تحتوي على كميات هائلة من الطاقة الذاتية. استخدمت التجربة التي أجراها مرفق الإشعال الوطني (NIF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني كبسولة تحتوي على نظائر الهيدروجين. تم استخدام ما يقرب من 200 من أقوى أنواع الليزر في العالم لتسخين النظائر إلى حوالي 100 مليون درجة مئوية. تم توليد حوالي 2.05 ميغا جول من الطاقة في الاختبار. على الرغم من أن كمية الطاقة المولدة كانت صغيرة، فقد أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية أن الاختبار الذي أجراه معهد الإشعال الوطني هو “إنجاز تاريخي، وهو الأول من نوعه” وأشادت بهذا التطور في الاشتعال الاندماجي باعتباره “إنجازًا علميًا كبيرًا على مدى عقود في إن جعل ذلك سيمهد الطريق للتقدم في الدفاع الوطني ومستقبل الطاقة النظيفة “
نظرًا لقدرتها على أن تكون مصدرًا آمنًا ونظيفًا ورخيصًا وموثوقًا للطاقة، فقد سعت الولايات المتحدة إلى استخدام طاقة الاندماج لأكثر من نصف قرن. ومع ذلك، فإن السعي وراء الاشتعال الاندماجي في المختبر هو أحد أهم التحديات العلمية التي تمت مواجهتها على الإطلاق. قال زعيم الأغلبية في مجلس الشيوخ الأمريكي تشارلز شومر بعد الإعلان: “هذا التقدم العلمي المذهل يضعنا على شفا مستقبل لم يعد يعتمد على الوقود الأحفوري ولكن بدلاً من ذلك مدعومًا بالطاقة الجديدة من الاندماج النظيف”. من المؤكد أن القدرة على إنتاج طاقة نظيفة غير محدودة سيكون لها تداعيات عميقة على الاقتصاد العالمي، والبيئة، وغير ذلك الكثير
أبحث هذه المقالة فيما إذا كان هذا التقدم العلمي المذهل يجعل العالم أقرب إلى “مستقبل لم يعد يعتمد على الوقود الأحفوري ولكن بدلاً من ذلك مدعومًا بالطاقة الجديدة من الاندماج النظيف.” من أجل التوصل إلى تحديد حول الآفاق على المدى المتوسط لمصدر التكنولوجيا هذا، تبحث المقالة في حجم كل من التحديات التقنية وغير الفنية المستقبلية. ثم سأعطي بعض التفكير في العواقب الافتراضية للشؤون العالمية مرة واحدة – أو إذا – نضجت تكنولوجيا الطاقة هذه وظهرت كواقع تجاري
يمكن أن يثير الضجيج حول التكنولوجيا توقعات مفرطة حول استعدادها على المدى القريب للأداء. قد تقلل معززات تقنية معينة من العقبات التقنية التي لا تعد ولا تحصى وتحديات التبني التي تنتظرنا. إن ديناميكية الإفراط في الوعد / عدم التسليم الناتجة تحمل في داخلها القول المأثور الشهير الآن لعالم التكنولوجيا روي أمارا (المشار إليه باسم قانون العمارة) بأننا “نميل إلى المبالغة في تقدير تأثير التكنولوجيا على المدى القصير والتقليل من التأثير على المدى الطويل. هل أدى الإشعال الناجح في ديسمبر 2022 إلى توقعات مفرطة بشأن طاقة الاندماج؟
حتى أكثر المؤيدين المتحمسين لطاقة الاندماج، الذين يستشهدون بإمكانياتها الكامنة لتوفير طاقة شبه خالية من الكربون بلا حدود، يقرون بأنه من المحتمل أن يستغرق الأمر عقودًا لترجمة إنجاز مرفق الإشعال الوطني إلى مصدر طاقة قابل للتطبيق تجاريًا. لسبب واحد، فإن مرفق الإشعال الوطني عبارة عن معمل مبني خصيصًا وهو مكلف للغاية في التشغيل. كما يبذل بعض التقنيين جهدًا للإشارة إلى ذلك، فإن المختبر ينبض ليزرًا واحدًا فقط، لجزء ضئيل من الثانية، والذي كان قادرًا على إنتاج طاقة أكثر بقليل من تلك التي تم إجراؤها في التجربة. علاوة على ذلك، على الرغم من نجاح الاختبار، إلا أنه يمثل حدثًا واحدًا فقط للاشتعال الاندماجي. لكي تكون ذات فائدة عملية في العالم الحقيقي – أي لتكون قابلة للتطبيق تجاريًا – يجب أن يكون هناك العديد من عمليات الإشعال في الدقيقة وهذا يتطلب أشعة ليزر أقوى بكثير من تلك الموجودة في المختبر. والأهم من ذلك، أن تكلفة إنتاج هذه الإشعال يجب أن تكون أرخص مليون مرة
لكننا تعلمنا شيئًا من اشتعال ديسمبر 2022: الاندماج ممكن. وبالتالي، سيستعد المهندسون للعمل في السنوات القادمة لمعرفة كيفية هندسة محطات توليد الطاقة الاندماجية القابلة للتطبيق تجاريًا. وتتمثل المهمة في توسيع نطاق تقنية الاندماج بحيث توفر حمولة أساسية آمنة وفعالة من حيث التكلفة من الطاقة. الخطوة التالية في عملية الابتكار هي الانتقال من التجربة إلى التنفيذ. سوف يتطلب الانتقال إلى هذه المرحلة الأخيرة استثمارات ضخمة من القطاعين العام والخاص
قد يكون الحماس المتزايد حول طاقة الاندماج، الناجم عن إنجاز الإشعال في ديسمبر الماضي، أمرًا حاسمًا في عملية نقل التكنولوجيا إلى اقتراح تجاري قابل للتطبيق. غالبًا ما يحفز الضجيج التكنولوجي اهتمام حاملي الخيوط في مرحلة حرجة من دورة حياة الابتكار. بغض النظر عن مدى إثارة الإمكانات الكامنة للتكنولوجيا، فإنها لن تتجاوز مرحلة النموذج الأولي إلا إذا تلقت دفعات كبيرة من الاستثمار. ببساطة، سيحتاج المهندسون إلى بناء مغناطيس أفضل، وأشعة ليزر أكبر، ومواد أقوى لتحمل درجات الحرارة الهائلة والطاقات اللازمة لاحتواء بلازما الاندماج في النباتات
اتخذت معظم أبحاث الاندماج خطة في مختبرات ممولة من القطاع العام مثل مرفق الإشعال الوطني أو التوروس الأوروبي المشترك (JET) في أكسفورد، المملكة المتحدة. ولكن في الآونة الأخيرة، تم استكمال هذه المرافق بعدد متزايد من الشركات الناشئة الممولة من القطاع الخاص. تحاول هذه الشركات الجديدة الآن تسريع تحقيق مكاسب الطاقة في مرفق الإشعال الوطني لإنتاج طاقة اندماج قابلة للتطبيق تجاريًا
بدأت الطاقة الاندماجية أيضًا في جذب الأموال الخاصة. تقدر جمعيةFusion Industry Association ، وهي هيئة تجارية للقطاع، أنه تم بالفعل جمع ما لا يقل عن 5 مليارات دولار من قبل شركات الاندماج الخاصة، معظمها في الأشهر الـ 18 الماضية. جاء التمويل إلى حد كبير من المستثمرين المليارديرات وأصحاب رؤوس الأموال؛ لا يزال هناك القليل من الدعم الحكومي لمساعدة القطاع الخاص على النمو. لكن هذا يمكن أن يتغير. يمكن أن يؤدي اختراق مرفق الإشعال الوطني لشهر ديسمبر إلى مزيد من الدعم الفيدرالي للشركات الناشئة في الولايات المتحدة، مع تبني سياسات مماثلة في المملكة المتحدة والإتحاد الأوروبي واليابان
ركزت معظم أبحاث الاندماج بين القطاعين العام والخاص على اندماج الحصر المغناطيسي. ويتوافق هذا مع نوع طاقة الاندماج التي يدعمها الأوروبيون. أحد الأمثلة على ذلك هو المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER)، والذي هو قيد الإنشاء حاليًا في فرنسا والمخصص ليتم “تشغيله” في عام 2025. يتمثل الاختلاف الرئيسي للمفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي في استخدام مجال مغناطيسي لحبس الهيدروجين في مساحة شديدة التركيز، مع تسخين ذلك الهيدروجين إلى درجات حرارة عالية بشكل لا يصدق. من المقرر أن تبلغ تكلفة المفاعل، الذي يعتبر الإتحاد الأوروبي أكبر داعم مالي له، 20 مليار دولار أو أكثر (من تقدير أصلي يبلغ 5 مليارات دولار). من المخطط أن يكون المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي أول جهاز اندماج مغناطيسي لإظهار ناتج اندماج أكبر من اللازم لتسخين الوقود: 500 ميغاواط من الحرارة، عند 50 ميغاواط من الحرارة. تنضج هذه التكنولوجيا التي يحتمل أن تغير العالم تعتمد بشكل واضح على الحكومات التي تراهن على الاندماج
من الناحية المفاهيمية، فإن طاقة الاندماج النووي جذابة للغاية للصناعة، وعلماء البيئة، ودعاة الحد من الفقر، والعديد من الآخرين، حيث أن لها القليل من الجوانب السلبية الواضحة. أولاً، لا تنتج العملية أي انبعاثات ضارة أو نفايات وقود. نظرًا لأن توليد الكهرباء مسؤول عن حوالي ثلث انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية، فإن محطات توليد الطاقة من الاندماج النووي المنتشرة عبر البلدان يمكن أن توفر طاقة كهربائية عالية الكثافة وخالية من الكربون. نظرًا للإنذار المتزايد بشأن تدهور البيئة، والخطوات الكبيرة التي يتم إجراؤها في مجال الليزر وتكنولوجيا المجال المغناطيسي، يتجمع الزخم القوي وراء الاندماج والمكاسب البيئية التي يحتمل أن توفرها
علاوة على ذلك، إذا تم ضمان الوصول العالمي إلى هذا المصدر اللامحدود، فإنه يمكن أن يوفر لأفقر الناس على وجه الأرض كهرباء رخيصة وموثوقة، وبالتالي وسائل لانتشال أسرهم ومجتمعاتهم من الفقر، مع زيادة الصحة والأمن. ولكن هل يمثل، كما يعتقد أحد المتفائلين، مهمة دولية مثيرة وتغير قواعد اللعبة والتي ستجعلنا جميعًا فائزين؟
تتمتع تكنولوجيا طاقة الاندماج التجارية بالقدرة على مكافحة أزمة المناخ وتلبية احتياجات الكهرباء لبقية العالم، ولكنها أيضًا مناسبة تمامًا للعمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل تحلية المياه، والتدفئة الصناعية، والتعدين. باختصار، يمكن أن تحدث ثورة في صناعة الطاقة ككل، مما يجعل ميزة المحرك الأول “جائزة يجب ربحها”. ميزة تنافسية لا مثيل لها على الآخرين
لطالما شكلت الطاقة النظام الدولي. إن تحقيق طاقة الاندماج النووي القابلة للحياة لن يقضي على المعارك الجيوسياسية للسيطرة على موارد الطاقة. الاندماج التجاري من شأنه أن يحول نظام الطاقة في العالم، مما يوفر فوائد كبيرة للبلدان التي تقود الاندماج. أولئك الذين يعتمدون على الهيدروكربونات في كثير من عائدات صادراتهم قد يعانون بشكل غير متناسب. أن تصبح موردًا رائدًا للطاقة سيكون بمثابة نعمة اقتصادية كبيرة لأي دولة تحقق الاندماج النووي المستدام ذاتيًا أولاً
ليس من المفاجئ إذن أن يصبح السباق على طاقة الاندماج النووي ساحة معركة رئيسية في التنافس على القيادة الأمنية التقنية بين القوى العظمى. في حين أن الغالبية العظمى من استثمارات الولايات المتحدة في الاندماج النووي كانت خاصة حتى الآن، فإن هذا يتحول إلى استثمار الحكومة الفيدرالية. خصص قانون الحد من التضخم، الذي تم إقراره في سبتمبر 2022، 280 مليون دولار لـ “بناء علوم الطاقة الاندماجية والعناصر الرئيسية لمشاريع المعدات.” من الاندماج النووي مفهومة جيدًا من قبل كبار العلماء. كما نُقل عن البروفيسور بنغ شيانجو من الأكاديمية الصينية للفيزياء الهندسية قوله: “الاشتعال الاندماجي هو الجوهرة في تاج العلوم والتكنولوجيا في عالم اليوم”. ينعكس مستوى اهتمام الصين بالاندماج النووي في المبالغ الهائلة التي تستثمرها في التكنولوجيا
قد يجعل الاندماج من الأسهل قليلاً أن تكون صديقًا للبيئة خلال 20-30 عامًا من الآن ويوفر نعمة اقتصادية ضخمة لأولئك القادرين على القيادة في هذا المجال التكنولوجي. لكن ليس اليوم وليس غدًا. إمكاناته الكامنة حقيقية ولكن العالم بعيد عن حلم الكهرباء الرخيصة اللامحدودة. على الرغم من أن تسويق مصدر الطاقة لا يزال بعيد المنال، إلا أن الإنجازات الكبرى في السنوات الأخيرة أعطت بعض الأمل في أنه سيكون من الممكن تحقيقه في غضون جيل واحد. إن مدى سرعة نضجها ومن الذي سيستفيد في النهاية من الاندماج النووي سيعتمد في النهاية على من هو على استعداد للمراهنة بشكل كبير على التكنولوجيا التي ستتطلب موارد هائلة لجعلها مجدية تجاريًا
