Beim Bau eines Fusionskraftwerks müssen Ingenieure schwierige Entscheidungen treffen. Entscheiden sie sich für das einfachere Design und zwingen das Plasma dann während des Betriebs dazu, sich so zu verhalten, dass es sich nicht selbst auslöscht? Oder entscheiden sie sich für ein komplexes Design, das anspruchsvoll zu bauen ist, aber zu einem glücklicheren Plasma führt?
Oder was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, beides zu tun?
Thea Energie hofft, dass „beides“ die richtige Antwort ist. Das Startup setzt darauf, dass Software die Fertigungspräzision ersetzen kann, um zuverlässige und kostengünstige Fusionsenergie zu liefern. Das Unternehmen hat kürzlich eine Serie-A-Finanzierung im Wert von 20 Millionen US-Dollar eingesammelt, wie Tech exklusiv erfahren hat. Prelude Ventures führte die Runde mit Beteiligung von 11.2 Capital, Anglo American, Hitachi Ventures, Lowercarbon Capital, Mercator Partners, Orion Industrial Ventures und Starlight Ventures an.
Es gibt zwei Hauptansätze zur Fusionsenergie: Trägheitseinschluss und magnetischer Einschluss. Ersterer sorgte Ende 2022 für Schlagzeilen, weil er bewies, dass die Netto-Fusionsenergie nicht nur Science-Fiction ist, indem er mithilfe massiver Laser ein Fusionsbrennstoffpellet verdampfte.
Viele Start-ups verwenden jedoch einige Variationen des ersteren. Im magnetischen Einschluss wird brennendes Plasma durch starke Magnetfelder eingedämmt, die von Hochtemperatur-Supraleitern erzeugt werden. In Tokamaks, den Donut-förmigen Konstruktionen, die in vielen großen Reaktorprojekten zum Einsatz kommen, müssen diese Magnete mit unglaublicher Präzision gebaut werden, um das Plasma aufzunehmen und auf der richtigen Temperatur zu halten.
In Stellaratoren müssen die Magnete noch präziser sein, aber mehrere Start-ups bevorzugen das Design, weil sich in ihnen einfacher ein stabiles Plasma erreichen lässt. Tokamaks werden oft mit klassischen, erhöhten Donuts verglichen; Ich stelle mir Stellaratoren gerne als altmodische Donuts vor: unregelmäßig geformt, aber im Kern immer noch ein Donut.
Der gesamte Stellarator dreht und dreht sich entsprechend den Anforderungen des Plasmas, die zuvor berechnet werden. Die Form ergibt sich aus den absichtlich verzogenen Magneten, und die ordnungsgemäße Herstellung jedes Magneten erfordert ein hohes Maß an technischem und fertigungstechnischem Know-how, was die Kosten in die Höhe treibt.
Das Team von Thea Energy wollte einen Stellarator bauen, wollte sich aber nicht mit all dem Aufwand herumschlagen. Stattdessen verwenden sie einen am Princeton Plasma Physics Laboratory entwickelten Ansatz, bei dem ein donutförmiger Reaktor mit einer Reihe supraleitender Hochtemperaturmagnete ausgekleidet wird, die jeweils per Software gesteuert werden. Durch das Aus- und Einfahren verschiedener Magnetfelder kann das Array dafür sorgen, dass sich das Plasma so verhält, als befände es sich in einem komplexeren Stellarator.
Natürlich ist das alles nicht einfach. Nichts in der Fusionsenergie ist einfach. „Wir haben die Komplexität nicht beseitigt; Wir haben die Präzision nicht abgeschafft“, sagte Brian Berzin, Mitbegründer und CEO von Thea Energy, gegenüber Tech. „Aber wir haben so viel davon wie möglich aus der Hardware herausgenommen und es auf die Steuerungssysteme übertragen.“
Berzin vergleicht das Design ihres Planarspulenstellarators mit einem Computerbildschirm. Jeder Magnet ist wie ein Pixel, der einzeln angesteuert werden kann. Da sie eine Stellaratorform mit ihrer inhärenten Stabilität erzeugen, müssen die Computer, die sie steuern, nichts Exotisches sein. „Wir sprechen über Dinge, für deren Ausführung man nicht einmal Servercluster benötigt“, sagte er. „Es ist keine Berechnung nahezu in Echtzeit erforderlich.“
Thea ist der Meinung, dass sein Ansatz das Plasma besser einschließt als konkurrierende Designs. „Um eine Größenordnung bessere Eingrenzung“, sagte Berzin. „Man kann einen präziseren Stellarator herstellen als mit den modularen Wackelspulen.“
Der modulare Ansatz soll auch die Entwicklung des Systems beschleunigen. Das Unternehmen stellt derzeit in seinem Labor in Jersey City Magnete in Originalgröße her. Im Vergleich dazu werden die Magnete, die den 64 Fuß langen Tokamak von ITER formen werden, in einem weitläufigen Lagerhaus auf dem Land in Frankreich zusammengebaut. Die kleinen Magnete von Thea können im selben Labor sowohl einzeln als auch in kleinen Gruppen getestet werden, die Teile des endgültigen Designs nachahmen.
„Wir können innerhalb eines Jahres mehrere Generationen iterieren, ohne übermäßig viel Geld für eine einzige Hardware auszugeben“, sagte Berzin.
Thea plant den Bau eines Reaktors im Pilotmaßstab noch in diesem Jahrzehnt und einer größeren Demonstrationsanlage mit 350 Megawatt in den 2030er Jahren. Bis das kommerzielle Angebot ans Netz geht, hofft das Unternehmen, Strom für 50 US-Dollar pro Megawattstunde produzieren zu können. Das sei genau das untere Ende des heutigen Stands von Solar-plus-Batterie-Strom, heißt es Lazard. Es ist heute geringfügig teurer als ein Gas-Kombikraftwerk und etwas günstiger als Kohle. Mit anderen Worten: Wenn Thea sein Ziel erreicht, könnte das Unternehmen über ein wettbewerbsfähiges Angebot verfügen.
Wie bei allen Fusionsenergie-Startups gelten die gleichen Vorbehalte: Die Technologie ist höllisch schwer zu beherrschen, so schwer, dass sie noch niemand in kommerziellem Maßstab umgesetzt hat. Sobald dies der Fall ist, müssen die Kosten gesenkt werden, damit die Reaktoren mit erneuerbaren Energien und Batterien konkurrieren können, deren Preise weiterhin sinken. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, aber Theas Ansatz ist klug genug, dass es funktionieren könnte. Software hat es geschafft, viele andere Branchen zu erobern. Warum nicht auch Fusion?