Le DOE lance un programme d'énergie de fusion inertielle après la percée de l'allumage

Suite à la percée de la fusion du Lawrence Livermore National Lab l'année dernière, le DOE crée de nouveaux centres de recherche pour stimuler les progrès de l'énergie de fusion inertielle et finance une paire d'entreprises développant des concepts de réacteurs à fusion inertielle dans le cadre d'un programme distinct dédié à l'essor de l'industrie naissante de la fusion.

La secrétaire à l'Énergie, Jennifer Granholm, au centre, prend la parole lors de la célébration de la percée de l'allumage du Lawrence Livermore National Lab en mai. À côté d'elle se trouvent Zoe Lofgren (D-CA), membre du classement du comité scientifique de la Chambre, à gauche, et Kim Budil, directeur du laboratoire national de Lawrence Livermore. (Crédit image – LLNL)

Le programme Fusion Energy Sciences du ministère de l'Énergie a annoncé le mois dernier qu'il sollicitait des propositions pour des projets dédiés à l'énergie de fusion inertielle (IFE), qui utilise des outils tels que des lasers pour comprimer les noyaux atomiques dans une cible de carburant jusqu'à ce qu'ils fusionnent. Le DOE soutient depuis des décennies la recherche sur la fusion inertielle par le biais de son programme d'armes nucléaires, mais un intérêt croissant pour le financement de la R&D sur la production d'énergie s'est aggravé à la suite de la réalisation par Lawrence Livermore National Lab l'année dernière de "l'allumage", ou gain d'énergie net, dans un laser expérience de fusion.

Le département prévoit d'attribuer un total de 45 millions de dollars de subventions par le biais de sa sollicitation, créant une série de "Pôles d'innovation scientifique et technologique" de l'IFE qui recevront chacun entre 2 et 4 millions de dollars par an sur quatre ans. Les dirigeants du DOE ont averti qu'il faudra probablement des décennies pour déterminer si l'IFE peut être une source d'énergie pratique, et sa sollicitation stipule en conséquence que les propositions de hub se concentrent sur la recherche fondamentale prioritaire dans le cadre d'un atelier qu'il a parrainé l'année dernière.

L'initiative IFE fait partie d'un pivot plus large que le programme Fusion Energy Sciences est en train de créer pour ouvrir la voie à la construction d'une centrale électrique pilote. Par exemple, le programme intensifie son soutien aux entreprises privées de fusion grâce à une nouvelle initiative de financement "basée sur les étapes". Cet effort vient d'attribuer huit subventions soutenant des concepts pour une usine de fusion pilote, dont deux concepts IFE, avec la promesse de sommes plus importantes à mesure que ces entreprises progressent. Cependant, on peut se demander combien d'argent le Congrès fournira à l'avenir étant donné l'orientation des récentes négociations sur les dépenses fédérales.

Les centres financés par les nouvelles subventions IFE du DOE répondront à plusieurs objectifs, tels que l'approfondissement de la compréhension de la physique des cibles de carburant et l'amélioration des méthodes de fabrication et la focalisation rapide des faisceaux sur eux. D'autres objectifs incluent l'amélioration de "l'évolutivité, la modularité, la capacité de survie, la compacité et le coût" des lasers et autres pilotes de fusion ainsi que la réalisation d'expériences qui valident "les conceptions de cibles à gain élevé sur des installations à grande échelle".

Les centres devraient en outre contribuer au développement d'une main-d'œuvre IFE par le biais de stages et de programmes d'échange. Chaque proposition de hub peut inclure plusieurs institutions, mais aura une institution principale qui doit être basée aux États-Unis et avoir une "expérience démontrée" dans les méthodes de fusion inertielle.

La sollicitation du DOE est la première d'un nouveau programme appelé IFE Science and Technology Accelerated Research (IFE-STAR), qui répond à la direction du Congrès incluse pour la première fois dans la loi sur la recherche et l'innovation du DOE de 2018. Par le biais de la loi sur l'énergie de 2020, le Congrès a ensuite appelé le DOE de dépenser 25 millions de dollars par an pour l'IFE tout en fixant un objectif de crédits de plus d'un milliard de dollars pour l'ensemble du programme Fusion Energy Sciences. Cependant, les crédits récemment alloués au programme ont augmenté beaucoup plus lentement, pour atteindre 763 millions de dollars cette année. Le DOE a également cherché à être délibéré dans son approche de financement de l'IFE, attendant les conseils de l'atelier de l'année dernière avant de lancer un programme de subventions.

En plus de la direction du Congrès, l'élan derrière le soutien du DOE à l'IFE a également été renforcé par le fait que le jalon d'allumage avait été identifié par un rapport des académies nationales de 2013 comme le point optimal pour lancer un programme IFE "national, coordonné et à large assise". Le DOE s'engage à verser jusqu'à 10 millions de dollars à l'IFE au cours de cet exercice après avoir initialement proposé seulement 3 millions de dollars, mais il prévoit de maintenir un financement relativement limité à l'avenir, en demandant 15 millions de dollars pour l'exercice 2024 dans le cadre d'une demande de plus de 1 milliard de dollars pour le Programme Fusion Energy Sciences dans son ensemble.

L'autorisation du programme IFE fait partie d'un changement d'orientation plus large que le Congrès a défini pour le programme Fusion Energy Sciences. D'autres éléments de cette poussée comprennent le programme basé sur des jalons, l'expansion des efforts de R&D dans les matériaux qui seraient utilisés dans les réacteurs à fusion et le soutien de "concepts alternatifs et habilitants" qui s'écartent des approches les plus répandues basées sur le tokamak pour la production d'énergie de fusion.

Parmi les principaux partisans au Congrès de ce changement de direction figure Zoe Lofgren (D-CA), membre du classement du comité scientifique de la Chambre, dont le district est proche de Livermore et qui a fait pression sur le DOE pour accélérer la mise en œuvre de nouvelles activités de fusion.

Lors d'une récente audience, Lofgren a salué la demande d'un milliard de dollars du DOE et la sollicitation de l'IFE, annoncée par la secrétaire à l'Énergie Jennifer Granholm lors d'un événement à Livermore célébrant les réalisations du laboratoire en matière de fusion laser. "Je me demande simplement si nous devrions penser plus grand à ce sujet en termes de R&D maintenant que nous avons l'allumage", a fait remarquer Lofgren.

Lofgren a également interrogé le sous-secrétaire à la science et à l'innovation Geri Richmond sur le programme de concepts alternatifs et habilitants, qui ne figure pas dans la demande de budget du DOE, et si Fusion Energy Sciences devrait être un bureau de R&D appliquée similaire au bureau de l'énergie nucléaire du département.

"C'est quelque chose auquel j'ai beaucoup pensé", a répondu Richmond. "Et là où j'atterris en ce moment, réfléchissons un peu plus parce que je ne veux pas que les attentes des gens soient si élevées parce qu'il y a tellement de travail fondamental à faire."

Le président du sous-comité de l'énergie, Brandon Williams (R-NY), qui est nouveau au Congrès, a également suggéré que la fusion a besoin de plus de financement fédéral, en disant : « Il me semble que les partenaires commerciaux, les partenaires privés, semblent avoir été laissés pour compte dans la fusion. l'industrie et ont reçu un montant insuffisant de fonds fédéraux par rapport à d'autres sources d'énergie. »

L'investissement privé dans la fusion dépasse largement le soutien fédéral pour le moment : totalisant 4,7 milliards de dollars en 2022, selon la Fusion Industry Association. Le programme basé sur les étapes du DOE est sa première grande incursion dans le soutien des efforts privés, avec ses premiers prix totalisant 46 millions de dollars répartis entre huit entreprises. L'une de ces sociétés, Commonwealth Fusion Systems, a déjà levé plus de 2 milliards de dollars en capital-risque pour construire un tokamak compact capable de s'allumer avant de passer à un réacteur de production d'électricité. Un autre prix a été décerné à une filiale américaine de la société britannique Tokamak Energy, qui, comme CFS, progresse rapidement dans le développement d'un design de tokamak compact.

Les six autres prix ont été décernés à des concepts de fusion moins développés, dont ceux de Xcimer Energy et Focused Energy, qui poursuivent des conceptions IFE. Deux prix ont été attribués à des concepts de stellarator, qui sont similaires aux tokamaks mais utilisent une géométrie plus compliquée. Un autre prix finance un système "Z-pinch" et le dernier soutient une approche "miroir magnétique compact".

"En finançant un portefeuille aussi diversifié, notre objectif ultime est que les solutions les plus solides atteignent le sommet et nous aident à tracer une voie claire pour apporter une énergie de fusion propre aux foyers et aux entreprises américains", a déclaré Granholm en annonçant les prix.

Le DOE a demandé d'augmenter son soutien annuel aux entreprises de fusion privé-public à 135 millions de dollars pour l'exercice 2024, en grande partie pour soutenir davantage les entreprises alors qu'elles franchissent de nouvelles étapes technologiques et programmatiques. Cependant, malgré le soutien du Congrès à l'énergie de fusion, de telles augmentations pourraient être moins susceptibles de se matérialiser à la suite de la récente négociation du plafond de la dette, qui a conduit les républicains et les démocrates à accepter de maintenir les dépenses discrétionnaires non militaires essentiellement stables pour les deux prochaines années.

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