จีนก้าวเข้าใกล้การเป็นผู้นำด้านพลังงานสะอาดที่ไม่มีที่สิ้นสุด

เมืองเซี่ยงไฮ้ที่พลุกพล่านเป็นเจ้าภาพเฉลิมฉลองระดับชาติด้วยการแสดงแสงไฟอันโด่งดังระดับ โลก ที่ส่องสว่างตึกระฟ้าให้มีสีสันสดใส

ที่นี่คือสถานที่ที่ นักวิทยาศาสตร์ และวิศวกรทำงานกันตลอด 24 ชั่วโมง เพื่อแสวงหาสิ่งที่ยิ่งใหญ่ต่อไปในเทคโนโลยีระดับโลก ตั้งแต่อินเทอร์เน็ต 6G และปัญญาประดิษฐ์ขั้นสูง ไปจนถึงหุ่นยนต์ยุคใหม่ นอกจากนี้ ที่นี่ยังเป็นที่ที่สตาร์ทอัพเล็กๆ ชื่อ Energy Singularity กำลังพัฒนาสิ่งที่น่าทึ่ง นั่นคือ พลังงานฟิวชัน

พลังงานฟิวชันคือพลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์ ตรงข้ามกับปฏิกิริยาฟิชชันที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรืออาวุธนิวเคลียร์ในปัจจุบัน

กระบวนการฟิวชันนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์และดวงดาวอื่นๆ นั้นยากที่จะทำซ้ำได้บนโลก หลายประเทศประสบความสำเร็จในการฟิวชันนิวเคลียร์แล้ว แต่การรักษาให้คงอยู่ได้นานพอที่จะนำไปใช้จริงในโลกแห่งความเป็นจริงยังคงเป็นเรื่องยาก

ปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แบบควบคุมจะปลดปล่อยพลังงานออกมามากกว่าการเผาไหม้ถ่านหิน น้ำมัน หรือก๊าซธรรมชาติถึง 4 ล้านเท่า และมากกว่าปฏิกิริยาฟิชชัน ซึ่งเป็นพลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันถึง 4 เท่า ปฏิกิริยาฟิวชันนี้อาจไม่ได้รับการพัฒนาทันเวลาเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในทศวรรษนี้ แต่อาจเป็นทางออกสำหรับภาวะโลกร้อนในอนาคต

รัฐบาล จีนกำลังทุ่มงบประมาณให้กับโครงการนี้ โดยคาดการณ์ว่าจะลงทุนประมาณ 1,000 - 1,500 ล้านดอลลาร์ต่อปีในด้านฟิวชัน ตามข้อมูลของฌอง ปอล อัลแลง หัวหน้าสำนักงานวิทยาศาสตร์พลังงานฟิวชัน กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ เมื่อเปรียบเทียบกับรัฐบาลสหรัฐฯ ที่ใช้จ่ายประมาณ 800 ล้านดอลลาร์ต่อปี

บริษัทเอกชนในทั้งสองประเทศมีความหวังว่าพวกเขาจะสามารถนำพลังงานฟิวชันเข้าสู่ระบบโครงข่ายได้ภายในกลางทศวรรษ 2030 แม้ว่าจะยังมีความท้าทายทางเทคนิคมากมายอยู่ก็ตาม

โทคาแมก "ดวงอาทิตย์เทียม"

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนอย่างยิ่งยวด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการบีบนิวเคลียสสองอันที่ปกติจะผลักกันเข้าด้วยกัน วิธีหนึ่งที่จะทำเช่นนี้ได้คือการเพิ่มอุณหภูมิในโทคาแมกให้สูงถึง 150 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิแกนกลางของดวงอาทิตย์ถึง 10 เท่า

เมื่อนิวเคลียสหลอมรวมกัน นิวเคลียสจะปล่อยพลังงานจำนวนมากออกมาในรูปของความร้อน ซึ่งสามารถนำไปใช้หมุนกังหันและผลิตไฟฟ้าได้

Energy Singularity บริษัทสตาร์ทอัพจากเซี่ยงไฮ้ ได้สร้างเครื่องปฏิกรณ์โทคาแมกของตัวเองภายในสามปี ซึ่งเร็วกว่าเครื่องปฏิกรณ์ใดๆ ที่เคยสร้างมา โทคาแมกคือเครื่องจักรทรงกระบอกหรือทรงวงแหวนที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อ ซึ่งให้ความร้อนแก่ไฮโดรเจนจนถึงอุณหภูมิสูงมาก ก่อให้เกิดพลาสมาซึ่งปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกิดขึ้น

Energy Singularity ได้รับเงินลงทุนจากภาคเอกชนมากกว่า 112 ล้านเหรียญสหรัฐ และยังประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกของโลกอีกด้วย โดยโทคาแมกปัจจุบันของบริษัทเป็นโทคาแมกเพียงตัวเดียวที่ใช้แม่เหล็กขั้นสูงในการทดลองพลาสมา

แม่เหล็กที่เรียกว่าตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงเหล่านี้มีความแข็งแรงกว่าแม่เหล็กทองแดงที่ใช้ในโทคาแมกรุ่นเก่า ช่วยให้โทคาแมกขนาดเล็กสร้างพลังงานฟิวชันได้เท่ากับโทคาแมกขนาดใหญ่ และยังสามารถจำกัดพลาสมาได้ดีกว่าอีกด้วย

บริษัทกล่าวว่ามีแผนที่จะสร้างโทคาแมกรุ่นที่สองเพื่อแสดงให้เห็นว่าวิธีการของบริษัทนั้นมีความเหมาะสมในเชิงพาณิชย์ได้ภายในปี 2570 และคาดว่าจะมีอุปกรณ์รุ่นที่สามที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับกริดได้ภายในปี 2578

ด้วยเม็ดเงินที่จีนทุ่มให้กับการวิจัย แนวคิดโทคาแมกจึงก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว โทคาแมกตะวันออกของจีนในเหอเฟยสามารถรักษาพลาสมาให้คงที่ที่อุณหภูมิ 70 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งร้อนกว่าแกนดวงอาทิตย์ถึง 5 เท่า นานกว่า 17 นาที นับเป็นสถิติโลกและความก้าวหน้าอันน่าทึ่ง

เทคโนโลยีเลเซอร์

ในขณะที่จีนกำลังเร่งพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์โทคาแมก สหรัฐฯ กลับได้เปรียบในด้านเทคโนโลยีอีกชนิดหนึ่ง นั่นก็คือ เลเซอร์

ในช่วงปลายปี 2022 นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ได้ยิงเลเซอร์เกือบ 200 กระบอกเข้าไปในถังบรรจุแคปซูลเชื้อเพลิงขนาดเท่าเมล็ดพริกไทย ซึ่งถือเป็นการทดลองครั้งแรกของโลกที่ประสบความสำเร็จในการผลิตพลังงานฟิวชันสุทธิ พลังงานที่ปล่อยออกมาจากกระบวนการนี้มีค่ามากกว่าพลังงานที่ใช้ในการให้ความร้อนแคปซูล

ยังมีวิธีอื่นๆ อีกมากมายในการบรรลุปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์ และสหรัฐฯ กำลังเดิมพันกับเทคโนโลยีต่างๆ มากมาย

เมลานี วินดริดจ์ นักฟิสิกส์พลาสมาในสหราชอาณาจักร กล่าวว่า “อาจมีมากกว่าหนึ่งวิธี และเราไม่รู้แน่ชัดว่าวิธีใดดีที่สุด” ในการเข้าถึงพลังงานฟิวชัน เธอกล่าวว่าในระยะยาวจะขึ้นอยู่กับต้นทุนและปัจจัยอื่นๆ แต่ยืนยันว่าโทคาแมกเป็นแนวคิดที่ได้รับการศึกษาอย่างดีที่สุด

แม้ว่ารัฐบาลจีนจะทุ่มเม็ดเงินไปกับเทคโนโลยีฟิวชั่น แต่สหรัฐอเมริกากลับดึงดูดการลงทุนจากภาคเอกชนได้มากขึ้น ภาคเอกชนทั่วโลกได้ทุ่มเงิน 7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐไปกับเทคโนโลยีฟิวชั่นในช่วงสามถึงสี่ปีที่ผ่านมา โดยประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์มาจากบริษัทในสหรัฐอเมริกา ตามข้อมูลของอัลเลน

แต่หากรัฐบาลจีนยังคงลงทุนมากกว่า 1 ล้านล้านดอลลาร์ต่อปี ตัวเลขดังกล่าวอาจแซงหน้าการใช้จ่ายของสหรัฐฯ ในไม่ช้า แม้แต่ในภาคเอกชนก็ตาม

และหากการลงทุนเหล่านั้นประสบความสำเร็จ การเฉลิมฉลองอันหลากสีสันในเซี่ยงไฮ้จะทำให้ประเทศจีนมีรูปลักษณ์ใหม่ขึ้นมาโดยสิ้นเชิง

ฮ่วยเฟือง (อ้างอิงจาก CNN)