Gelecek füzyonda

Commonwealth Fusion Systems’ın kurucusu ve CEO’su ile çığır açan füzyon teknolojisi programı üzerine bir soru-cevap oturumu.

Commonwealth Fusion Systems (CFS), bilimin en ileri noktasında faaliyet gösteren ve enerji sektöründeki düşünce yapısını dönüştüren en heyecan verici şirketlerden biridir. MIT’nin Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi’nde kurulduğu 2018 yılından beri Yüksek Sıcaklıklı Süper İletken (High-Temperature Superconducting, HTS) mıknatıslar geliştiren CFS, dünyanın ilk net enerji kazancı sağlayan füzyon sistemini inşa ediyor. Oyunun kurallarını değiştiren bu teknoloji; dünyaya sınırsız, sürdürülebilir ve temiz güç sağlama potansiyeline sahip.

JIMCO Teknoloji Fonu Aralık 2021’de, füzyon enerjisinin ticarileştirilmesini hızlandırmak için CFS’nin 1,8 milyar ABD doları tutarındaki Seri B fon turuna katıldı. Bu yatırım, JIMCO’nun küresel ekonomiyi yönlendiren temel endüstrilerin geleceğini olumlu şekillendirecek çığır açan yenilikçi teknolojiler için sunduğu desteğin devamı niteliğinde.

CFS’nin teknolojisini keşfetmek, gerçek anlamda sürdürülebilir enerji vizyonunu ele almak ve gelişmiş teknoloji yenilikçilerinden ve oyunu baştan kuranlardan oluşan, hızla büyüyen JIMCO portföyüne CFS’nin nasıl uyum sağladığını konuşmak için CFS İcra Kurulu Başkanı ve Kurucu Ortağı Bob Mumgaard ve Abdul Latif Jameel Başkan Vekili ve Başkan Yardımcısı Fady Jameel ile bir röportaj gerçekleştirdik.

CFS’nin geçmişinden ve misyonundan bahsedebilir misiniz?

BM: CFS, MIT Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi’nden (Plasma Science and Fusion Center, PSFC) gelen insanlara ve fikirlere dayanıyor. PSFC, onlarca yıldır füzyon enerjisi üzerinde çalışıyordu; bu teknolojinin laboratuvardan çıkıp ticarileşebilecek bir atılım yapacağını görebiliyorduk. Burada asıl soru, bunun nasıl olacağı ve süreci hızlandırmak için neler yapabileceğimizle ilgiliydi. 2016 yılında, hala çok yakın çalışmalar yürüttüğümüz MIT’de geliştirdiğimiz ileri düzey mıknatıs teknolojisine dayalı bir plan oluşturmaya başladık. 2018 yılı itibarıyla CFS ayrı bir şirket olarak kuruldu ve ilk finansmanını aldı. Bir sonraki adım, hazırladığımız teknik planı uygulamaktı.

Füzyon enerji sistemlerinin ardındaki bilimi basit bir şekilde açıklayabilir misiniz?

Füzyon, fizyon işleminin (genellikle “nükleer fizyon” olarak bilinir, günlük hayatta nükleer güç olarak bildiğimiz şeydir) tersidir. Nükleer fizyon atomu bölerken, füzyon en hafif atomları (örneğin hidrojen) alır ve bunları birleştirir veya füzyon yapar.

Füzyon, evrenin temel reaksiyondur. Güneş dahil tüm yıldızlar bu şekilde çalışır. İçimizdeki atomları oluşturan reaksiyon da budur.

Bu reaksiyonun Dünya’da bir makinede meydana gelmesi için, yıldızların içindeki koşulların aynısını makinenin içinde de sağlamamız gerekir. Bu koşullar, 100 milyon santigrat derece gibi çok ama çok yüksek bir sıcaklıkta sağlanır; böylece füzyon üreten malzeme olan plazma Dünya’da değil, uzayda gibi davranır. Bunun için geliştirilen teknolojilerin çoğunda plazmayı izole etmek için manyetik bir alan kullanılır. Plazma inanılmaz derecede yüksek sıcaklıklara çıkarılır, sonuçta reaksiyon oluşmaya başlar ve enerji üretir.

© Massachusetts Institute of Technology (MIT) ve MIT Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi’nin izniyle.

Bu işlemin gerçekleştirilmesindeki iki kritik unsurdan biri mıknatıslar, ötekisi ise makinenin boyutu ve şeklidir. Temel olarak, mıknatıslar ne kadar güçlü olursa yalıtım o kadar iyi olur. Makine faktöründe; farklı şekiller, plazmanın izole edilmesinde farklı özellikler sergiler. CFS de dahil olmak üzere çoğu füzyon enerji sisteminde kullanılan makine tipi, tokamak olarak adlandırılır: Basitçe ifade etmek gerekirse bu, füzyon plazmasını sınırlandırma amaçlı bir “manyetik şişe”dir.

Peki, füzyon enerjisini “çığır açan bir teknoloji” yapan şey nedir?

BM: Füzyon süreci muazzam miktarda enerji açığa çıkarır, yanan fosil yakıtlara göre reaksiyon başına 200 milyon kat daha fazla enerji elde edilir.

Bunun çok sayıda dolaylı etkisi vardır. Birincisi, yakıtın temelde ücretsiz olmasıdır. Yakıtın elde edilmesi için gereken bir kaynak yoktur. Yakıt her yerde, evrensel olarak erişilebilir durumdadır.

Böylece enerji ve güç konusundaki düşünme şeklimizde temel bir değişiklik yaratarak enerjiyi kaynaklardan bağımsız hale getirmiş olur. Yerden bir şey çıkarmıyor, rüzgarın esmesini veya güneşin doğmasını beklemiyorsunuz. Sadece bir makine inşa ediyorsunuz.

Bir başka konu da; nükleer enerjinin (fizyon enerjisinin) tersi bir işleyişe sahip olduğu için olumsuz etkileri olmamasıdır. Atomik zincir reaksiyonu veya erime sorunları yok. Silah üretmede kullanılabileceği için takip etmenizi gerektiren materyaller yok. İmha edilmesi gereken uzun ömürlü nükleer atıklar da yok. Bu anlamda füzyon çok daha temiz, daha basit bir süreçtir.

 Bu teknolojiyi ilerletmenin bir yolu olarak gördüğünüz özel bir teknolojik gelişme var mıydı?

BM: Evet, vardı. Tokamak, füzyona yönelik en anlaşılır yaklaşımdır. Füzyonun gerçekleşeceği plazmayı sınırlandırma konusunda kanıtlanmış bir teknolojidir ve yaklaşık 1.000 kat daha yüksek performans gösterir.

Ancak büyük bir dezavantajı vardır: Mevcut tokamak teknolojisinin bir enerji santrali için gerekli olan füzyon reaksiyonundan net enerji elde etmesini sağlayacak manyetik alanı oluşturabilmesi için tesislerin çok büyük olması gerekir. Örneğin; uluslararası bir iş birliği ile Fransa’nın güneyinde inşa edilen ITER adındaki tesis, muazzam derecede büyüktür. Tek başına tokamak makinesinin platformu 1 km uzunluğunda ve 400 m genişliğindedir ve 60 futbol sahasına eş değerdir.

Önemli ölçüde daha yüksek bir manyetik alana sahip daha güçlü mıknatıslar üretebileceğimize, tokamak boyutunu büyük ölçüde azaltabileceğimize ve daha küçük ve daha ucuz bir makineyle füzyondan net enerji elde edebileceğimize inandık.

Bu nedenle, mevcut füzyon mıknatıslarına göre manyetik alanları çok daha küçük olan ve oyunun kurallarını değiştiren yeni mıknatıslar geliştirmek için yeni mevcut yüksek sıcaklıklı süper iletkenleri (High-Temperature Superconductor, HTS) kullandık.

Bunun sonucunda, bu HTS mıknatıslarını doğru konfigürasyonlarda geliştirerek füzyon sistemleri için ITER’den yaklaşık 40 kat daha küçük, oyunun kurallarını değiştiren tokamaklar yapabilir hale geldik.

Bu HTS mıknatısları ne kadar güçlü?

BM: Kullandığımız mıknatıslar 20 Tesla[1] (20 T) gücünde; Tesla, bu da manyetizmayı ölçmek için kullanılan birim. Türünün en güçlü füzyon mıknatısı bu. Kıyaslama açısından: 15 T gücündeki bir mıknatıs 31 adet Eyfel Kulesi’ni, 19 T gücündeki bir mıknatıs 403 adet Boeing 747s uçağını ve 20 T gücündeki bu mıknatısımız ise bir savaş gemisini havaya kaldırabilir.

Bu HTS mıknatıslar MIT’de mi geliştirildi?

BM: Başladığımızda çok az sayıda HTS mıknatısı vardı. Malzemenin bir kısmı etraftaydı ve insanlar bundan daha küçük mıknatıslar elde etmişti; ancak bir füzyon makinesi için ihtiyaç duyulana yakın büyüklükte bir mıknatıs hiçbir yerde yoktu.

CFS’nin başlangıcında şirket olarak hedefimiz, bu mıknatıs teknolojisini mümkün olan en kısa sürede nasıl geliştirebileceğimize odaklanmaktı. MIT ile iş birliği içinde, şirketimizin ilk üç yılda ulaşmak istediği hedef buydu. İnsanlar bunun en az 10 yıl süreceğini söyledi. Bunu üç yılda yapabileceğimizden emindik ve bunu yaptık.

Fady. Abdul Latif Jameel, sürdürülebilir enerji teknolojilerine yatırım yapma konusunda köklü bir geçmişe sahip. Commonwealth Fusion Systems’da özellikle dikkatinizi çeken ne oldu?

FJ: Öncelikle MIT ile olan ilişkimiz sayesinde CFS dikkatimizi çekti. MIT, yakın ilişkiler yürüttüğümüz ve işimize çok uygun bir kurum, dolayısıyla söylediklerini çok ciddiye alıyoruz. Hem iş faaliyetlerimiz hem de hayırseverlik faaliyetlerimiz açısından oldukça başarılı bir ilişkimiz var.

CFS’yi duyduğumuzda, hem güneş hem de rüzgar ve son olarak yeşil hidrojenin kullanıldığı yenilenebilir enerji teknolojileriyle ilgili halihazırda çalışmalarımız olduğu için bu teknolojiyle de hemen ilgilendik. CFS, devrim niteliğindeki teknolojisi sayesinde küresel karbondan arındırma çalışmalarına çok daha hızlı bir şekilde olanak sağlamaya yardımcı olabilecek bir dönüşüme öncülük ediyor ve biz de bu sürece dahil olup yardımcı olmak ve süreci hızlandırmak için desteğimizi sağlamak istiyorduk.

Glasgow’da düzenlenen COP26’da Yönetim Kurulu Başkanımız ile birlikteydim, füzyon enerjisine olan ilginin ne kadar yüksek olduğunu gördük. Günümüzdeki mevcut teknolojilerin yapabileceklerini çok daha erken bir tarihte başarabilme şansı olan bu teknoloji, bu yönüyle çok heyecan yaratıyor.

 Özel sermayenin, bunun gibi çığır açan teknolojilerin gelişimini hızlandırma ve sürdürülebilir bir gelecek yaratma konusunda fırsatlar sunacağını düşünüyor musunuz?

FJ: Evet. Sanırım hem özel sermayenin hem de aile işletmelerinin sabırlı olmak gibi bir avantajı var. Üç ila beş yıl içinde hemen getiri elde etmek isteyen çok sayıda hissedarları olmadığı için uzun vadede yatırım yapmaları mümkün olabiliyor. Bu nedenle, iş sürekliliğinin bir parçası ve gelecek nesillere karşı bir sorumluluk olarak bu tür çığır açıcı gelecek teknolojilerine yatırım yapma konusunda benzersiz bir fırsat olan bu tartışmaya açık sorumluluğa sahip olduklarına inanıyorum.

Dünya genelinde üzerinde çalışılan başka füzyon enerjisi projeleri de bulunuyor. CFS teknolojisini farklı kılan nedir? Mıknatıslarla ilgili mi?

BM: Amacımız, kanıtlanmış bilimi kullanarak ve bu teknolojinin ticarileşmesini sağlayacak yeni teknolojiler geliştirerek füzyon teknolojisini mümkün olduğunca hızlı bir şekilde ileriye taşımaktır.

Bu nedenle, en yüksek performansı sunan ve en iyi anlaşılan kaynaştırma yaklaşımı olan tokamak yöntemini kullanıyoruz. Daha sonra, eksik olan şeyi, yani doğru ölçekte inşa etme yeteneğini ekliyoruz: Bunu HTS mıknatıslarıyla gerçekleştiriyoruz. Tokamaklara HTS mıknatıs teknolojisi ekleyerek füzyon enerjisini mümkün olan en hızlı zamanda ticarileştirebiliriz.

CFS’yi eşsiz kılan tek şey, mıknatıs teknolojimiz değildir. Çok iş birlikçi bir grubuz. Farklı laboratuvarlar ve kurumlar arasında iş birliği içinde çalışıyoruz. Araştırmamızı yayımlıyor, hakem incelemesi alıyor, sorular soruyoruz. Sürekli olarak şu soruyu soruyoruz: “Bunu nasıl daha iyi hale getirebiliriz?” Eleştirileri fazlasıyla teşvik ediyoruz, hatta bu konuda benzersiz bir yaklaşım sergilediğimizi söyleyebilirim. Bunu yapıyoruz çünkü bu yaklaşımın sektör içinde tekrar tekrar kanıtlanması sayesinde ilerlemesinin hızlandırılması neticesinde, dünyaya daha hızlı bir şekilde ulaştırılabileceğini biliyoruz. İklim değişikliği nedeniyle zamanın sürekli daraldığı bir süreçle mücadele ediyoruz, bu nedenle mümkün olduğunca hızlı hareket etmek istiyoruz.

Ticarileştirildikten sonra bu teknoloji, güneş enerjisinin ve rüzgar enerjisinin yerini mi alacak yoksa onları tamamlayacak mı?

BM: Bu, çok açık bir şekilde tamamlayıcı olacak. Enerji pazarı, insan tarihindeki en büyük pazar; ancak enerjiyi üretme şeklimizi tamamen değiştirmeliyiz. Göz korkutucu bir görev olsa da enerji geçişinin gerektirdiği şey bu.

Bugün sahip olduğumuz teknolojileri, yani rüzgar ve güneş enerjisini elimizden geldiğince hızlı ve etkin bir şekilde kullanmalıyız. Bu teknolojiler kusursuz olmasa da havaya daha fazla karbon salmaktan daha iyi alternatiflerdir. Enerji sorununu çözmezseniz iklim değişikliğini çözemezsiniz.

Füzyon; sıfır karbon salınımı, kaynak ekstrasyonu olmaması, yüksek düzey nükleer atık olmaması ve oldukça fazla enerji yoğunluğu özelliklerine sahip bir başka tamamlayıcı araca sahip olmamızı sağlar: Yani, küçük bir tesiste çok fazla güç üretebiliriz. Bu, enerji üretim yöntemleri arasına eklenebilecek oldukça benzersiz bir alternatiftir.

Bob, 2030’ların başında füzyon enerjisini ticarileştirmeye hazır olmaktan bahsediyorsunuz. Bunu başarmaya yönelik olarak atacağınız adımlar neler?

BM: İlk dönüm noktamız HTS mıknatısını oluşturmak ve mıknatısın işe yarayabileceğini göstermekti. Bunu 2021’in Eylül ayında başardık. Bir sonraki dönüm noktamız ise SPARC’ı inşa etmek ve işletmek olacak. SPARC, HTS mıknatıs teknolojisini kullanan, ticari nitelikte bir net enerji füzyonudur. Bu, şimdiye kadar inşa edilmiş olan ilk net enerji kazancı sağlayan tokamak olacak: Yani, plazmayı ısıtmak için harcanandan çok daha fazla enerji ortaya çıkaracak. SPARC, tükettiğinden 10 kat daha fazla güç üretmek için tasarlanmıştır; bu da ticari bir sistem için ihtiyacınız olan şeydir. Bunu 2025 yılında başarmış olmayı hedefliyoruz.

SPARC’ın kendisi şebekeye güç vermez. Bunu yapmak için başka bir sistem kuruyoruz: ARC adını verdiğimiz ilk füzyon enerji santrali.

SPARC zaten yapım aşamasında ve 2025 yılında faaliyete geçmesi bekleniyor. Yalnızca plazma fiziği ve tokamak bilgimizde değil, aynı zamanda tesis inşa etme deneyimi ve maliyetlerle ilgili anlayışımızda da büyük ölçüde gelişim fırsatı sağlayacak. Bu da bize ARC’ın ticari olarak nasıl çalışacağı konusunda güven verecek. SPARC sayesinde böyle bir teknolojinin nasıl çalışacağı, ne kadara mal olacağı ve bunu şebekeye nasıl yerleştireceği hakkında daha fazla bilgi elde edeceğiz. 2030’ların başlarında ARC’ın çalışır durumda olmasını hedefliyoruz.

CFS hedeflerine yönelik çalışırken önümüzdeki birkaç yıl içindeki en büyük beklentiniz nedir?

FJ:Çok heyecanlıyız ve birlikte bu yolculuğa çıkmayı sabırsızlıkla bekliyoruz.

Yardımcı olmak için buradayız. Bunu gerçekten ileriye taşımak için buradayız. Bu bizim için karlı bir girişimden çok daha fazlası.

Bu, JIMCO için yeni bir hedef ve umarım sektöre ve toplumumuza faydalı olur.

BM: Bu hedefe doğru ilerlediğimiz bu yolculukta zaten iyi gidiyoruz. Zaten hedeflediğimiz şeyleri şu anda yapıyoruz. Heyecanlıyız. Kendimize güveniyoruz. Geçmişte her zaman iddialı zaman çizelgelerimiz oldu ve tüm endişelere karşın bu zaman çizelgelerine uyma konusunda oldukça başarılı olduk. İleride de bunu sürdürmeyi, ivme kazanmayı, daha fazla ortakla birlikte çalışmayı ve bir sonraki aşamanın her zaman hazır olmasını sağlamak için önderlik etmeyi planlıyor ve bundan heyecan duyuyoruz.

[1] Tesla (T), Uluslararası Birimler Sistemindeki manyetik B alanı gücünden türetilmiş bir ölçü birimidir. Bir tesla, metrekare başına bir weber’e eşittir. 1 T, Uluslararası Birimler Sistemindeki şu temel birimlere eşittir: 1 kg.s−2A−1 Sembol: T Türetme: 1 T = 1 Wb/m2