إنتاج طاقة الشمس بالمختبرات.. أمريكا تمول أبحاث الاندماج النووي بـ 8.5 مليون دولار

داخل المختبرات العلمية، يحاول الباحثون إعادة إنتاج التفاعل الذي يمنح الشمس طاقتها، أملًا في تحويله إلى مصدر للكهرباء يمكن الاعتماد عليه مستقبلًا. وبين درجات الحرارة الهائلة والتحديات الهندسية المعقدة، يظل الاندماج النووي أحد أبرز المجالات التي تسعى الأبحاث إلى تطويرها لتلبية احتياجات العالم المتزايدة من الطاقة.

وفي خطوة جديدة لدعم هذه الجهود، أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية تخصيص 8.5 مليون دولار لتمويل 28 مشروعًا بحثيًّا، تستهدف معالجة العقبات العلمية والتكنولوجية التي تحول دون الوصول إلى إنتاج الكهرباء بالاندماج النووي على نطاق تجاري.

ويأتي التمويل من خلال برنامج شبكة الابتكار لطاقة الاندماج (INFUSE)، الذي يجمع الشركات الخاصة بالمختبرات الوطنية والجامعات الأمريكية، في محاولة لتسريع تطوير التقنيات اللازمة لمحطات الطاقة المستقبلية.

لكن السؤال الذي يمنح هذا الاستثمار أهميته يتجاوز قيمة التمويل: إذا كانت الشمس تنتج طاقتها من الاندماج النووي منذ مليارات السنين، فما الذي يجعل الاستفادة من العملية نفسها على الأرض بهذه الصعوبة؟

كيف يعمل الاندماج النووي؟

تعتمد عملية الاندماج النووي على اتحاد نواتين ذريتين خفيفتين لتكوين نواة أثقل، مع إطلاق قدر من الطاقة نتيجة هذا التفاعل، وهي العملية الأساسية التي تمد الشمس والنجوم بالطاقة.

ويختلف الاندماج عن الانشطار النووي المستخدم في المحطات النووية التقليدية، الذي يعتمد على انقسام نوى ذرية ثقيلة لإطلاق الطاقة.

ولإحداث الاندماج على الأرض، يحتاج العلماء إلى توفير درجات حرارة شديدة الارتفاع تسمح بتكوين البلازما، وهي حالة من حالات المادة تتحرك فيها الجسيمات المشحونة في ظروف تختلف عن الغازات المعتادة.

ويتطلب الحفاظ على التفاعل التحكم في هذه البلازما وإبقائها مستقرة لفترات مناسبة، إلى جانب تطوير أنظمة قادرة على التعامل مع الظروف القاسية داخل المفاعلات التجريبية.

وتكمن جاذبية هذه التكنولوجيا في إمكاناتها المستقبلية لإنتاج كميات كبيرة من الكهرباء منخفضة الانبعاثات الكربونية في أثناء التشغيل، إذا أمكن تجاوز العقبات العلمية والهندسية والاقتصادية التي تواجهها.

لماذا يصعب تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء؟

يستطيع الباحثون إحداث تفاعلات الاندماج داخل منشآت تجريبية، لكن تشغيل محطة تنتج الكهرباء بصورة موثوقة وتجارية يحتاج إلى منظومة متكاملة من التقنيات.

وتأتي السيطرة على البلازما شديدة الحرارة في مقدمة التحديات؛ إذ يجب الحفاظ على ظروف التفاعل والتحكم في سلوك الجسيمات، بما يسمح باستمرار العملية دون الإضرار بمكونات المفاعل.

وتبرز كذلك مشكلة المواد المستخدمة في بناء هذه المنشآت، التي تحتاج إلى تحمل درجات حرارة مرتفعة وظروف تشغيل معقدة، مع الحفاظ على كفاءتها خلال فترات الاستخدام.

وتساعد أدوات القياس والتشخيص الباحثين على فهم سلوك البلازما، بينما تتيح النمذجة والمحاكاة الحاسوبية اختبار التصميمات والتنبؤ بأدائها قبل الانتقال إلى تجارب أكثر تكلفة.

وتتداخل هذه الجوانب مع تحدٍّ اقتصادي مهم؛ فنجاح التفاعل داخل المختبر يمثل خطوة علمية، بينما يتطلب إنتاج الكهرباء تجاريًّا تحقيق أداء مستقر وتكلفة تشغيل مناسبة.

وتتجاوز أهمية هذه الأبحاث حدود المختبرات، إذ تفتح آفاقًا لتطوير مصدر جديد للكهرباء منخفضة الانبعاثات. وفي هذا السياق، تناولت مؤسسة حماة الأرض في تقرير سابق إمكانات طاقة الاندماج النووي في مواجهة أزمة المناخ، والتحديات المرتبطة بتحويل هذا الطموح العلمي إلى تطبيقات عملية.

28 مشروعًا لتجاوز العقبات العلمية

اختارت وزارة الطاقة الأمريكية 28 مشروعًا بحثيًّا ضمن برنامج INFUSE، بمشاركة 22 شركة خاصة تعمل في تطوير تقنيات الاندماج النووي.

وتتوزع المشروعات بين 17 مشروعًا تقودها مختبرات وطنية أمريكية، و11 مشروعًا تقودها جامعات، على أن يحصل كل مشروع على تمويل يتراوح بين 100 ألف و500 ألف دولار، لدعم أبحاث تستمر عامًا أو عامين.

وتشمل مجالات العمل علوم المواد، وتشخيص البلازما، والنمذجة والمحاكاة، وهي تخصصات تستهدف معالجة مشكلات قد تؤخر تطوير محطات الاندماج المستقبلية.

وأشرف على عملية الاختيار فريق يضم مختبر أوك ريدج الوطني، ومختبر برينستون لفيزياء البلازما، ومختبر لورانس ليفرمور الوطني، من خلال مراجعة تنافسية للمقترحات البحثية.

وتمنح هذه الشراكات الشركات الخاصة فرصة الاستفادة من المنشآت البحثية المتخصصة والخبرات العلمية المتاحة داخل المؤسسات الوطنية والجامعية، بما يساعد على تطوير الحلول واختبارها.

وتتوافق هذه الجهود مع خريطة الطريق العلمية والتكنولوجية للاندماج التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية، التي تحدد أولويات مواجهة العقبات العلمية والهندسية أمام تطوير التكنولوجيا.

هل تقرِّب الشراكات حلم الطاقة النظيفة؟

قد يبدو تطوير الاندماج النووي تحديًا متعلقًا بالمفاعلات والمواد والبلازما، لكن نجاحه يرتبط كذلك بكيفية تنظيم الجهود العلمية وتوفير الموارد اللازمة لتحويل نتائج الأبحاث إلى تقنيات قابلة للتطبيق.

فهل تستطيع شركة ناشئة تمتلك فكرة واعدة أن تتجاوز وحدها تحديات تحتاج إلى مختبرات متقدمة وخبرات متخصصة وتجارب مرتفعة التكلفة؟

تقدم الشراكات البحثية جانبًا من الإجابة؛ إذ تسمح للشركات بالاستفادة من إمكانات المؤسسات العلمية، وتمنح الباحثين فرصًا لتوجيه خبراتهم نحو مشكلات تواجه التطبيقات الصناعية.

ومن هذا المنطلق، تكتسب الغاية 9.5 من الهدف التاسع لأهداف التنمية المستدامة، المعني بالصناعة والابتكار والهياكل الأساسية، أهمية خاصة؛ إذ تدعو إلى تعزيز البحث العلمي والقدرات التكنولوجية وتشجيع الابتكار.

وتعكس المشروعات الأمريكية هذا التوجه من خلال الجمع بين التمويل الحكومي والخبرة الأكاديمية وقدرات القطاع الخاص، بهدف تسريع تطوير تكنولوجيا يمكن أن تسهم مستقبلًا في تنويع مصادر الكهرباء.

وأكد داريو جيل، وكيل وزارة الطاقة الأمريكية لشئون العلوم، أن الوصول إلى طاقة الاندماج التجارية يتطلب تعاونًا وثيقًا بين المختبرات الوطنية والجامعات ورأس المال الخاص، معتبرًا أن تجاوز التحديات العلمية يقرب القطاع من فرص اقتصادية وصناعية جديدة.

تمويل 2027 يفتح مرحلة جديدة

بالتزامن مع إعلان المشروعات المختارة، فتح برنامج INFUSE باب التقدم للحصول على الدعم خلال السنة المالية 2027، مع توسيع أهلية التحالفات البحثية وإضافة فئة جديدة لتقييم التصورات الأولية لمحطات الاندماج التجريبية.

وتهدف هذه التعديلات إلى إتاحة فرص أوسع للتعاون بين الجهات البحثية والشركات، ودعم المراحل المبكرة من تصميم منشآت قد تمهد لتطوير محطات تجارية مستقبلًا.

وأوضحت وزارة الطاقة الأمريكية أن اختيار المشروعات للحصول على الدعم لا يمثل ضمانًا نهائيًّا لصرف التمويل؛ إذ يتعين استكمال مفاوضات المنح، مع احتفاظ الوزارة بحق سحب الاختيارات أو إنهاء الإجراءات.

وتكشف هذه الخطوات أن الطريق إلى الكهرباء المنتجة بالاندماج النووي يعتمد على تقدم متراكم في مجالات علمية متعددة، وعلى قدرة المؤسسات على تحويل نتائج التجارب إلى حلول هندسية واقتصادية قابلة للتنفيذ.

ومن هذه الزاوية، تتجلى قيمة الابتكار الذي تدعو مؤسسة حماة الأرض إلى توجيه ثماره لخدمة الإنسان والبيئة؛ فالأبحاث العلمية تكتسب أثرها الأوسع عندما تسهم في تطوير حلول عملية تلبي احتياجات المجتمعات وتدعم مستقبلًا أكثر استدامة.

وبين الطاقة التي تضيء الشمس منذ مليارات السنين، والمفاعلات التي يسعى العلماء إلى تطويرها على الأرض، يبقى التحدي الأكبر هو تحويل المعرفة العلمية إلى كهرباء موثوقة ومجدية اقتصاديًّا؛ لتصبح طاقة الاندماج النووي يومًا ما جزءًا من مستقبل الطاقة العالمي.