บริษัทด้านนิวเคลียร์ฟิวชันเยอรมัน เร่งพัฒนา "เครื่องจักรโง่ ๆ" ที่อาจทำให้เราเข้าใกล้พลังงานสะอาดอีกขั้น

"ผมจำได้ว่ามีบางคนบอกว่าจุดที่ [บริษัท]พร็อกซิมาอยู่ในปัจจุบันนั้นเป็นไปไม่ได้เลย" ฟรานเชสโก สคิออร์ติโน ผู้ร่วมก่อตั้งและซีอีโอของบริษัท พร็อกซิมา ฟิวชัน กล่าว

การโดนกล่าวหาว่าพยายามทำในสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ไม่ใช่เรื่องแปลกสำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่ทำงานในโครงการนิวเคลียร์ฟิวชันทั่วโลก

ถึงที่สุดแล้ว พวกเขากำลังพยายามจะฉวยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่ให้พลังงานกับดวงอาทิตย์ ต่างกันเพียงว่าพวกเขาพยายามทำสิ่งนี้บนโลก

หากทำเรื่องนี้ได้สำเร็จ ก็อาจหมายถึงการมีพลังงานไฟฟ้ามากมายที่ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกและราคาถูกให้ใช้ แต่ความท้าทายยังคงน่าหวาดหวั่นและโรงไฟฟ้าแบบนี้ที่ทำงานได้จริงยังคงอยู่อีกไกลกว่าจะเป็นจริง

ฟิวชัน (fusion) คือกระบวนการการหลอมรวมนิวเคลียสของไฮโดรเจน ซึ่งปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา

สำหรับบนดวงอาทิตย์ แรงโน้มถ่วงมหาศาลช่วยให้ปฏิกิริยานี้ยังคงดำเนินต่อไป แต่การรักษาปฏิกิริยาฟิวชันให้คงอยู่บนโลกจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่าที่พบบนดวงอาทิตย์หลายเท่า

ดังนั้นเชื้อเพลิง (ที่มักเป็นส่วนผสมระหว่างทริเทียมและดิวทีเรียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนคือ) จะถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นพลาสมาที่ร้อนจัด ซึ่งต้องถูกควบคุมและปรับแต่งเพื่อจุดปฏิกิริยาฟิวชัน

มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้ และบริษัท พร็อกซิมา ฟิวชัน จากนครมิวนิก ประเทศเยอรมนี ก็กำลังพยายามทดลองวิธีการหนึ่งซึ่งถือว่าเป็นวิธีที่ยากยิ่ง แม้จะมองด้วยมาตรฐานที่สูงยิ่งของอุตสาหกรรมฟิวชันแล้วก็ตาม

วิธีการที่ใช้กันโดยทั่วไปในการสร้างปฏิกิริยาฟิวชันคือการสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบโทคาแมก (tokamak) มันเป็นอุปกรณ์รูปทรงโดนัทซึ่งมีแม่เหล็กกำลังสูงอยู่ภายในเพื่อควบคุมให้พลาสมาอยู่ในนั้น

แต่พร็อกซิมากำลังทำงานกับเครื่องสเตลลาเรเตอร์ (stellarator) ซึ่งใช้แม่เหล็กในการควบคุมพลาสมาเช่นกัน แต่ภาชนะสำหรับปฏิกิริยามีรูปร่างที่ซับซ้อนกว่า โดยมีการบิดและงอ ทำให้การสร้างอุปกรณ์นี้ขึ้นมาทั้งยากและมีค่าใช้จ่ายสูงกว่ามาก

ว่าแต่ทำไมพวกเขาจึงเลือกทางที่ยากกว่าแบบนี้ ?

สคิออร์ติโน ซีอีโอของพร็อกซิมา กล่าวว่าถ้าการออกแบบได้ผลจริง การบิดและงอของสเตลลาเรเตอร์จะทำให้พลาสมาที่ร้อนจัดถูกควบคุมได้ง่ายกว่าการออกแบบแบบโทคาแมกของคู่แข่ง

เมื่อเปรียบเทียบระหว่างสองระบบ เขาบอกว่า โทคาแมกเปรียบเสมือน "สัตว์ร้าย" ขณะที่เครื่องสเตลลาเรเตอร์ เปรียบเป็น "แมวตัวเล็ก ๆ"

"เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแบบสเตลลาเรเตอร์เป็นสิ่งที่ออกแบบได้ยากมาก และสร้างได้ยากมากเช่นกัน แต่ถ้าคุณสร้างมันขึ้นมา มันก็จะเป็นเครื่องจักรที่ทำงานแบบง่าย ๆ เครื่องหนึ่ง… คล้าย ๆ กับเตาอบไมโครเวฟ" สคิออร์ติโนกล่าว

"เครื่องจักรโง่ ๆ" ของบริษัทพร็อกซิมาจะเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟัวชันที่มีชื่อว่า อัลฟา (Alpha) ซึ่งเป็นการใช้ประโยชน์จากงานวิจัยหลายทศวรรษของสถาบันแมกซ์ แพลงก์ เพื่อฟิสิกส์พลาสมา (Max Planck Institute for Plasma Physics) ของเยอรมนี และเครื่องปฏิกรณ์แบบสเตลลาเรเตอร์ที่ชื่อ W7-X ของสถาบันดังกล่าว

เป้าหมายของอัลฟาคือการผลิตพลังงานมากกว่าที่ตัวเครื่องใช้ในการทำงาน และบทเรียนที่ได้จากการทดลองกำลังช่วยในการออกแบบอุปกรณ์ที่ทันสมัยยิ่งขึ้น ซึ่งก็คือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันที่มีชื่อว่า สเตลลาริส (Stellaris)

แต่ก่อนอื่น เครื่องอัลฟาจำเป็นต้องใช้เงินลงทุนสูงมาก ซึ่งตอนนี้กำลังระดมทุนอยู่ เมื่อเร็ว ๆ นี้บริษัทพร็อกซิมาได้รับทุนจากรัฐบาวาเรียของเยอรมนีเป็นจำนวน 460 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และกำลังยื่นขอรับเงินทุนสนับสนุนอีกกว่าพันล้านดอลลาร์จากรัฐบาลกลางเยอรมนี ซึ่งคาดว่าจะมีการตัดสินใจในปีหน้า

พร็อกซิมากำลังแข่งขันกับนักพัฒนากลุ่มอื่น ๆ เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชัน ข้อมูลจากสมาคมอุตสาหกรรมฟิวชัน (Fusion Industry Association - FIA) ซึ่งเป็นตัวแทนของอุตสาหกรรมฟิวชันและติดตามความคืบหน้าต่าง ๆ ระบุว่ามีกลุ่มที่พัฒนาเทคโนโลยีฟิวชันอยู่ทั้งสิ้น 53 กลุ่ม

หนึ่งในโครงการซึ่งใช้แนวทางแบบโทคาแมกเป็นโครงการที่อยู่ในสหราชอาณาจักร ซึ่งมีชื่อว่า สเฟริคัล โทคาแมก ฟอร์ เอเนอร์จี โปรดักชัน ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลสหราชอาณาจักร โครงการนี้มีแผนการสร้างโรงไฟฟ้าต้นแบบบนพื้นที่ของโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินเก่าในเวสต์เบอร์ตัน มณฑลยอร์กเชียร์

"โทคาแมกมีข้อได้เปรียบจากพื้นฐานการทดลองที่ลึกซึ้งซึ่งสร้างขึ้นมาเป็นเวลาหลายทศวรรษ พวกมันได้แสดงผลการทำงานของพลาสมาที่ใกล้เคียงกับสิ่งที่ต้องการสำหรับโรงไฟฟ้าฟิวชัน รวมถึงการทำงานด้วยเชื้อเพลิงฟิวชัน" ไรอัน แรมซีย์ ผู้อำนวยการฝ่ายประสิทธิภาพองค์กรของโครงการสเตป (Step) และอดีตกัปตันเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลีนร์ เอชเอ็มเอส เทอร์บูเลนต์ (HMS Turbulent) กล่าว

ในการหลอมรวมแบบนี้ แม่เหล็กที่มีราคาแพงและทรงพลังควรจะสร้างได้ไม่ยากนัก

"พวกมัน (โทคาแมก) มีข้อได้เปรียบจากรูปทรงแม่เหล็กที่เรียบง่ายกว่า ด้วยการใช้ขดลวดที่น้อยกว่าและมีรูปแบบที่สม่ำเสมอมากกว่า ข้อได้เปรียบนี้ส่งผลจริงต่อความสามารถในการผลิต การบำรุงรักษา และต้นทุน" แรมซีย์ กล่าว

ซีอีโอของพร็อกซิมาตระหนักดีถึงความท้าทายที่บริษัทต้องเผชิญ เขา "นอนไม่หลับ" เนื่องจากกังวลว่าจะสามารถสร้างแม่เหล็กที่มีรูปทรงซับซ้อนขึ้นมาได้เร็วและมีต้นทุนที่เหมาะสมหรือไม่ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบสเตลลาเรเตอร์

"แม่เหล็กตัวแรกที่เราทำขึ้นจะมีความซับซ้อนอย่างมากและมีราคาสูงมาก แต่เราจะสามารถทำให้มันสำเร็จเร็วขึ้นได้หรือไม่ รวมทั้งสามารถกดต้นทุนให้ต่ำลงกว่านี้ได้หรือไม่" สคิออร์ติโนกล่าว

สิ่งที่เป็นจุดแข็งของพวกเขาคือความเชี่ยวชาญด้านการผลิตของเยอรมนี สคิออร์ติโนยกตัวอย่างถึงจำนวนแรงงานที่สามารถใช้งานเครื่องซีเอ็นซีได้เป็นจำนวนมาก ซึ่งเป็นเครื่องมือกลที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ใช้สำหรับตัด แกะ หรือขึ้นรูปวัสดุ เช่น ไม้ โลหะ และพลาสติก

เขาประเมินว่ามีผู้ที่เชี่ยวชาญการใช้เครื่องมือกลชิ้นนี้อยู่ 550,000 คน เทียบกับในสหรัฐฯ ที่มีอยู่ทั้งหมด 350,000 คนเท่านั้น

นี่เป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบริษัทพร็อกซิมาซึ่งใช้เหล็กชนิดที่มีราคาแพงมากในแม่เหล็กที่พวกเขาใช้ ซึ่งจำเป็นต้องผ่านการขึ้นรูปด้วยความแม่นยำในระดับสูง

นอกจากการรักษาความแม่นยำให้อยู่ในระดับสูงแล้ว การเร่งความคืบหน้าของการพัฒนาก็เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับซีอีโอผู้นี้

เครื่องปฏิกรณ์แบบสเตลลาเรเตอร์ W7-X ของสถาบันแม็กซ์แพลงก์ใช้เวลาในการพัฒนากว่าสิบปีจึงใช้งานได้ แต่เขาต้องการให้เครื่องปฏิกรณ์อัลฟาพร้อมใช้งานได้เร็วกว่านั้นราว โดยตั้งเป้าว่าจะใช้เวลาเพียง 1 ใน 3

ขณะนี้ พวกเขากำลังสร้างขดลวดแม่เหล็กต้นแบบ และมีแผนจะนำไปทดสอบในปีหน้า

จากข้อมูลของพร็อกซิมา รูปทรงที่บิดงอซับซ้อนทำให้แม่เหล็กในเครื่องปฏิกรณ์ที่กำลังพัฒนาอยู่นี้เป็นหนึ่งในแม่เหล็กที่มีความซับซ้อนที่สุดในโลก

"เมื่อการทดสอบเสร็จสิ้น พร็อกซิมาจะสร้างขดลวดแม่เหล็กเพิ่มเติมอีก 40 ชิ้น เพื่อนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบอัลฟาของบริษัท"

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายดังกล่าว โรงงานผลิตแม่เหล็กแห่งหนึ่งก็กำลังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการก่อสร้าง

"ในปี 2028 หรือ 2029 เราจำเป็นต้องสามารถผลิตแม่เหล็กขึ้นมาให้ได้ด้วยความเร็วที่บ้าคลั่งจริง ๆ" ผู้ร่วมก่อตั้งและซีอีโอของพร็อกซิมากล่าว

งานการสร้างเครื่องปฏิกรณ์และแม่เหล็กดังกล่าวไม่ได้มีเพียงแต่ในเยอรมนีเท่านั้น สคิออร์ติโนบอกว่ามีสายการผลิตอยู่ทั่วทั้งยุโรป โดยมีซัพพลายเออร์สำคัญ ๆ มากมาย ซึ่งนั่นหมายความว่ายุโรปอาจกลายเป็นแนวหน้าสำคัญของอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันในอนาคต

"พวกเรา [ชาวยุโรป] พลาดโอกาสในช่วงเปลี่ยนผ่านเป็นดิจิทัลไป ใช่หรือไม่ แต่มันกลายเป็นว่าเรายังมีคนที่กำลังฝึกทักษะการผลิตอยู่" เขากล่าว

ส่วนที่โครงการพัฒนาพลังงานฟิวชันของสหราชอาณาจักร ไรอัน แรมซีย์ ผู้อำนวยการฝ่ายประสิทธิภาพองค์กรของโครงการสเตป (Step) ย้ำว่าอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ฟิวชันตอนนี้ก้าวไปไกลเกินกว่าแค่การทดลองทางฟิสิกส์แล้ว

"วงการนิวเคลียร์ฟิวชันกำลังมีแรงผลักดันที่แท้จริงแล้วในตอนนี้ และสิ่งนี้ควรถูกมองว่าเป็นจุดแข็ง ไม่ใช่สิ่งที่ทำให้เกิดความแตกแยก นี่ไม่ใช่การแข่งขันเส้นทางเดียว แต่เป็นชุดของแนวทางที่สำรวจการแลกเปลี่ยนคุณสมบัติที่แตกต่างกัน คำถามที่แท้จริงตอนนี้ไม่ใช่ว่าแนวคิดไหนน่าสนใจที่สุด แต่คือแนวคิดไหนที่สามารถสร้างโรงไฟฟ้าได้จริงและน่าเชื่อถือ"