Marekani iliongoza kwenye muunganisho wa nyuklia kwa miongo kadhaa. Sasa China iko kwenye nafasi ya kushinda mbio hizo.
Jiji lenye shughuli nyingi la Shanghai huadhimisha sherehe za kitaifa kwa maonyesho ya mwanga maarufu duniani, zikiangazia majumba yake marefu kwa rangi zinazovutia, kama miale ya uvumbuzi wa Kichina.
Ni hapa ambapo wanasayansi na wahandisi hufanya kazi usiku kucha kutafuta jambo kubwa linalofuata katika teknolojia ya kimataifa, kutoka kwa mtandao wa 6G na AI ya hali ya juu hadi robotiki za kizazi kijacho. Iko hapa pia, kwenye barabara ya katikati mwa jiji isiyo ya kawaida, mwanzo mdogo uitwao Energy Singularity unafanyia kazi jambo la ajabu: nishati ya muunganisho wa nyuklia.
Makampuni ya Marekani na wataalam wa sekta hiyo wana wasiwasi kwamba Amerika inapoteza uongozi wake wa miongo kadhaa katika mbio za kumiliki aina hii ya nishati safi isiyo na kikomo, kampuni mpya za muunganisho zikichipuka kote Uchina, na Beijing inashinda DC.
Muunganisho wa nyuklia, mchakato unaowezesha jua na nyota nyingine, ni vigumu sana kujirudia duniani. Nchi nyingi zimepata athari za muunganisho, lakini kuzidumisha kwa muda wa kutosha ili zitumike katika ulimwengu wa kweli bado ni vigumu.
Ujuzi wa muunganisho ni matarajio ya kuvutia ambayo huahidi utajiri na ushawishi wa kimataifa kwa nchi yoyote inayoudhibiti kwanza.
Mji wa Shanghai usiku. Lam Yik Fei/The New York Times/Redux
Tuzo la nishati hii ni ufanisi wake kamili. Mwitikio wa muunganisho unaodhibitiwa hutoa nishati mara milioni nne zaidi ya kuchoma makaa ya mawe, mafuta au gesi, na mara nne zaidi ya mpasuko, aina ya nishati ya nyuklia inayotumika leo. Haitaendelezwa kwa wakati ili kupambana na mabadiliko ya hali ya hewa katika muongo huu muhimu, lakini inaweza kuwa suluhisho la ongezeko la joto siku zijazo.Maoni ya Tangazo
Serikali ya China inamwaga fedha katika mradi huo, na kuweka wastani wa dola bilioni 1 hadi bilioni 1.5 kila mwaka katika muunganisho, kulingana na Jean Paul Allain, anayeongoza Ofisi ya Idara ya Nishati ya Marekani ya Sayansi ya Nishati ya Fusion. Kwa kulinganisha, utawala wa Biden umetumia karibu dola milioni 800 kwa mwaka.
“Kwangu mimi, ni nini muhimu zaidi kuliko nambari, ni kwa kasi gani wanafanya hivi,” Allain aliiambia CNN.
Biashara za kibinafsi katika nchi zote mbili zina matumaini, zikisema zinaweza kupata nguvu ya muunganisho kwenye gridi ya taifa kufikia katikati ya miaka ya 2030, licha ya changamoto kubwa za kiufundi ambazo zimesalia.
Marekani ilikuwa miongoni mwa nchi za kwanza duniani kuhamia kwenye gambit ya siku zijazo, ikifanya kazi katika utafiti wa mchanganyiko kwa dhati tangu miaka ya 1950. Uvamizi wa China katika muunganisho ulikuja baadaye muongo huo. Hivi majuzi, kasi yake imeongezeka: Tangu 2015, hataza za ujumuishaji za Uchina zimeongezeka, na sasa ina zaidi ya nchi nyingine yoyote, kulingana na data ya tasnia iliyochapishwa na Nikkei.
Umoja wa Nishati, uanzishwaji wa Shanghai, ni mfano mmoja tu wa kasi ya kasi ya China.
Iliunda tokamak yake mwenyewe katika miaka mitatu tangu kuanzishwa, haraka kuliko kinu chochote linganishi ambacho kimewahi kujengwa. Tokamak ni mashine changamano ya silinda au umbo la donati ambayo hupasha joto hidrojeni hadi joto kali, na kutengeneza plazima inayofanana na supu ambamo mmenyuko wa muunganisho wa nyuklia hutokea.
Plasma imezuiliwa katika tokamak ya Umoja wa Nishati wakati wa majaribio. Umoja wa Nishati
Kwa kampuni changa inayoshughulikia mojawapo ya mafumbo magumu zaidi ya fizikia duniani, Umoja wa Nishati una matumaini makubwa. Ina sababu ya kuwa: Imepokea zaidi ya dola milioni 112 katika uwekezaji wa kibinafsi na pia imepata ulimwengu wa kwanza – tokamak yake ya sasa ndiyo pekee iliyotumia sumaku za hali ya juu katika jaribio la plasma.
Sumaku hizo zinazojulikana kama superconductors zenye joto la juu, zina nguvu zaidi kuliko zile za shaba zinazotumiwa katika tokamak za zamani. Kulingana na wanasayansi wa MIT wanaotafiti teknolojia hiyo hiyo , wanaruhusu tokamaks ndogo ambazo zinaweza kutoa nishati nyingi za fusion kama zile kubwa, na zinaweza kuweka plasma bora.
Kampuni hiyo inapanga kujenga tokamak ya kizazi cha pili ili kuthibitisha mbinu zake zinaweza kutumika kibiashara kufikia 2027, na inatarajia kifaa cha tatu ambacho kinaweza kulisha umeme kwenye gridi ya taifa kabla ya 2035, kampuni hiyo ilisema.
Kinyume chake, tokamaks nchini Marekani wanazeeka, alisema Andrew Holland, Mkurugenzi Mtendaji wa Muungano wa Viwanda wa Fusion wenye makao yake Washington, DC. Matokeo yake, Marekani inategemea mashine washirika wake nchini Japan, Ulaya na Uingereza kuendeleza utafiti wake.
Holland aliashiria mbuga mpya ya utafiti wa mchanganyiko wa dola milioni 570 mashariki mwa China inayojengwa, iitwayo CRAFT, ambayo itakamilika mwaka ujao.
“Hatuna kitu kama hicho,” aliiambia CNN. “Maabara ya Fizikia ya Plasma ya Princeton imekuwa ikiboresha tokamak yake kwa miaka 10 sasa. Tokamak nyingine inayofanya kazi nchini Marekani, DIII-D , ni mashine yenye umri wa miaka 30. Hakuna vifaa vya kisasa vya kuunganisha katika maabara ya kitaifa ya Amerika.
Kuna hali ya wasiwasi inayoongezeka katika tasnia ya Amerika kwamba Uchina inaishinda Amerika katika mchezo wake yenyewe. Baadhi ya tokamaks za kizazi kijacho Uchina imeunda, au inapanga, kimsingi ni “nakala” za miundo ya Amerika na vipengee vya matumizi ambavyo vinafanana na vile vilivyotengenezwa Amerika, Holland alisema.
Mfanyikazi akiunganisha sehemu pamoja katika bustani ya utafiti wa mchanganyiko wa CRAFT huko Hefei, mashariki mwa China, mnamo Septemba 2023. Tokamak BORA zaidi itajengwa kando ya CRAFT. Xinhua/Shutterstock
BEST tokamak inayofadhiliwa na serikali ya China, ambayo inatarajiwa kukamilika mnamo 2027, ni nakala ya moja iliyoundwa na Commonwealth Fusion Systems, Holland alisema, kampuni huko Massachusetts inayofanya kazi na MIT. Miundo hii miwili ina aina sawa ya sumaku za hali ya juu ambazo Nishati pekee inatumiwa.
Mashine nyingine inayotengenezwa na kampuni ya kibinafsi ya China inaonekana sawa na ile iliyobuniwa na kampuni ya Marekani ya Helion, Holland alisema.
Kuna “historia ndefu” ya China kunakili teknolojia ya Kimarekani, aliongeza.›
“Wao ni wafuasi wa haraka na kisha kuchukua uongozi kwa kutawala ugavi,” Holland alisema, akitumia teknolojia ya paneli za jua kama mfano. “Tunafahamu hili na tunataka kuhakikisha kuwa hiyo sivyo inavyoendelea.”
CNN haikupokea jibu kutoka kwa Utawala wa Kitaifa wa Nishati ya Uchina ilipoulizwa ikiwa utafiti wa muunganisho unaofadhiliwa na serikali ulinakiliwa au ulitiwa moyo na miundo ya Marekani.
Lasers dhidi ya tokamaks
Muunganisho wa nyuklia ni mchakato mgumu sana unaohusisha kulazimisha pamoja viini viwili ambavyo kwa kawaida vinaweza kufukuza. Njia moja ya kufanya hivyo ni kuongeza halijoto katika tokamak hadi kufikia nyuzi joto milioni 150, mara 10 zaidi ya ile ya kiini cha jua.
Zinapofunga, viini huacha kiasi kikubwa cha nishati kama joto, ambayo inaweza kutumika kugeuza turbines na kutoa nguvu.
Marekani imekuwa kiongozi wa fusion kwa miongo kadhaa; lilikuwa taifa la kwanza kutumia nishati ya muunganisho katika ulimwengu wa kweli – katika bomu la hidrojeni.
Mwanzoni mwa miaka ya 1950, jeshi la Merika lilijaribu safu ya silaha za nyuklia katika Bahari ya Pasifiki ambazo “ziliongezwa” na gesi ambazo ziliunda mmenyuko wa muunganisho, na kusababisha mlipuko mara 700 ya nguvu ya mlipuko wa Hiroshima.
Kudumisha muunganisho wa nyuklia kwa muda mrefu ni changamoto zaidi, na wakati Uchina inasonga mbele na tokamaks zake, Marekani inapata makali katika teknolojia nyingine: leza.
Mwishoni mwa 2022, wanasayansi katika Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Livermore huko California walipiga karibu leza 200 kwenye silinda iliyoshikilia kibonge cha mafuta chenye ukubwa wa nafaka ya pilipili, katika jaribio la kwanza la mafanikio duniani la kuzalisha faida halisi ya nishati ya muunganisho. Hiyo inamaanisha kuwa nguvu nyingi zilitoka kwenye mchakato kuliko ilivyotumika kupasha joto kibonge (ingawa hawakuhesabu nishati inayohitajika kuwasha leza).
Sehemu katika mfumo wa leza katika Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Livermore, ambapo wanasayansi walifaulu kupata “kuwasha” ili kutoa majibu ya muunganisho. Damien Jemison/Lawrence Livermore Maabara ya Kitaifa
Bado kuna njia zaidi za kufikia muunganisho wa nyuklia, na Marekani inaweka dau lake kwenye teknolojia mbalimbali.
Haiwezekani kwamba mbinu hiyo inaweza kulipa.
“Hatujui hasa ni wazo gani litakalokuwa bora zaidi, na linaweza lisiwe moja,” alisema Melanie Windridge, mwanafizikia wa plasma mwenye makao yake nchini Uingereza na Mkurugenzi Mtendaji wa Fusion Energy Insights, shirika la ufuatiliaji wa sekta hiyo. Hatimaye kunaweza kuwa na mbinu kadhaa zinazofaa za nguvu ya muunganisho, aliiambia CNN. “Na kisha itashuka kwa gharama na mambo mengine kwa muda mrefu.”
Lakini tokamak ni dhana iliyofanyiwa utafiti bora zaidi, alisema.
“Baada ya muda, imekuwa na utafiti zaidi kuwekwa ndani yake, hivyo ni ya juu zaidi katika suala la fizikia,” alisema Windridge. “Na makampuni mengi ya kibinafsi yanajenga juu ya hilo.”
Kwa pesa ambayo China inaweka katika utafiti, dhana ya tokamak inabadilika haraka. Tokamak ya Uchina ya MASHARIKI huko Hefei ilishikilia plasma kwa nyuzi joto milioni 70 – joto kali mara tano kuliko kiini cha jua – kwa zaidi ya dakika 17, rekodi ya ulimwengu na mafanikio ya kushangaza.
Mikhail Maslov wa Mamlaka ya Nishati ya Atomiki ya Uingereza aliielezea kama “hatua muhimu,” akiongeza kuwa kukimbia kwa muda mrefu wa plasma kusalia kuwa mojawapo ya changamoto kubwa za kiufundi za kufanya biashara ya nishati ya muunganisho.
Wakati serikali ya Uchina inamwaga pesa katika mchanganyiko, Amerika imevutia uwekezaji wa kibinafsi zaidi. Ulimwenguni, sekta ya kibinafsi imetumia dola bilioni 7 kwa muunganisho katika miaka mitatu hadi minne iliyopita, karibu 80% ambayo imekuwa na makampuni ya Marekani, Allain wa DOE alisema.
“Nchini Marekani, ulichonacho ni roho ya ujasiriamali ya kuwa na uwezo wa kufikiria nje ya sanduku na kuvumbua na kushughulikia kwa kweli baadhi ya mapungufu haya, sio tu katika sayansi, lakini pia katika teknolojia,” alisema.
Lakini ikiwa serikali ya China itaendelea kuwekeza zaidi ya dola bilioni 1 kwa mwaka, hiyo inaweza kuzidi matumizi ya Marekani hivi karibuni, hata katika sekta ya kibinafsi.
Na ikiwa uwekezaji huo utalipa, sherehe za kupendeza huko Shanghai hazitaendeshwa tu na mchanganyiko, zitaiweka China katika hali mpya kabisa.
