Zap Energy

Zap Energy es una empresa estadounidense de capital privado que busca comercializar energía de fisión y fusión en sistemas energéticos modulares compactos refrigerados por metal líquido. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} La empresa tiene su sede en Seattle , Washington, con instalaciones de investigación cercanas en Everett y Mukilteo, Washington . ^{[ 4 ] [ 5 ]} La empresa está diseñando y construyendo reactores de fisión refrigerados por sodio, mientras que simultáneamente amplía su tecnología de fusión para mantener la estabilidad del plasma a niveles de energía cada vez más altos, con el objetivo de lograr una ganancia neta de energía y usarla como base para un reactor de fusión refrigerado por litio. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} La empresa fue cofundada por el empresario e inversor británico Benj Conway (Presidente, Director Ejecutivo), con el tecnólogo Brian A. Nelson (Director de Tecnología) y el físico Uri Shumlak (Director Científico). ^{[ 9 ]}

El efecto de compresión se produce cuando una corriente que fluye por un conductor genera una fuerza dirigida hacia el interior, comprimiéndolo. En la fusión por compresión, el conductor es un plasma de combustible de fusión (en la fusión magneto-inercial, puede ser un revestimiento en implosión). La corriente se induce mediante un imán externo o se aplica directamente mediante electrodos en una cámara de reacción. La relativa simplicidad del dispositivo impulsó a numerosos investigadores de todo el mundo a construir sistemas de compresión.

En los primeros experimentos, se observó que los sistemas de confinamiento por plasma eran inestables y el plasma se veía rápidamente forzado contra las paredes de la cámara de reacción, enfriándose y extinguiéndose, impidiendo así la fusión. Esto condujo al desarrollo de máquinas de confinamiento estabilizadas, entre las que destaca ZETA en el Reino Unido. Inicialmente, parecía que estos diseños estaban libres de las inestabilidades de los dispositivos anteriores. Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que las nuevas microinestabilidades eran igual de efectivas para destruir el confinamiento que las inestabilidades anteriores, de mayor magnitud. Ante la falta de una solución evidente para esta nueva clase de problemas, la investigación principal sobre los dispositivos de confinamiento clásicos cesó a principios de la década de 1960.

La idea de utilizar el flujo del plasma como fuerza estabilizadora adicional surgió en la década de 1990. ^{[ 10 ]} En este concepto, el pinch se desarrolla de tal manera que el plasma fluye a velocidades diferentes y más rápidas a distancias crecientes del centro de la columna de plasma, siendo las capas exteriores aproximadamente diez veces más rápidas que el centro. ^{[ 10 ]} El campo magnético creado por la corriente del pinch es función tanto de la densidad como de la velocidad de las cargas. Esto hace que el campo de pinch resultante sea no lineal a lo largo de la columna de plasma. Esto supera la tasa de crecimiento de las inestabilidades de kink , sausage e interchange . Las condiciones exactas que deben alcanzarse para estabilizar el pinch son un área de investigación abierta. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

La base conceptual de la tecnología de fusión de Zap se desarrolló en la Universidad de Washington, bajo la dirección de Uri Shumlak. ^{[ 15 ]} Zap Energy se formó tras los resultados iniciales positivos obtenidos por un dispositivo experimental llamado Fusion Z-pinch Experiment (FuZE) como parte del programa ALPHA de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía ( ARPA-E ). El Dr. Uri Shumlak y la Universidad de Washington ^{[ 10 ]} construyeron tres máquinas experimentales para probar el flujo de pinzamiento: ZaP (1998-2012 en la UW), ^{[ 16 ] [ 14 ]} ZaP-HD (2012-presente en la UW), FuZE (2015-2020 en la UW; 2021-presente en Zap Energy). ^{[ 17 ]}

Zap Energy se fundó en 2017 como una empresa derivada de investigación del equipo de investigación del Experimento de Pinch de Fusión Z (FuZE) en la Universidad de Washington y colaboraciones con investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . ^{[ 18 ]} Zap Energy luego construyó un núcleo de fusión de próxima generación, FuZE-Q (2021–presente en Zap Energy). Zap logró su primera reacción de fusión como empresa en 2018, ^{[ 19 ]} pero en noviembre de 2021, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore proporcionó una medición independiente y más precisa de la producción de neutrones dentro del pinch de flujo, demostrando que la máquina puede fusionar combustible de deuterio . ^{[ 20 ]} El esfuerzo fue liderado por ARPA-E , donde la agencia organizó equipos de fusión para apoyar a las empresas privadas de fusión.

2015-2020 Desde 2015 hasta 2020, una serie de subvenciones del Departamento de Energía de EE. UU. permitieron al equipo probar su reactor Z-pinch estabilizado por flujo cortante a niveles de energía progresivamente más altos. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} En julio de 2020, Zap Energy recaudó 6,5 millones de dólares en una ronda de financiación Serie A. ^{[ 26 ]}

2021 En mayo de 2021, Zap cerró una ronda de financiación Serie B de 27,5 millones de dólares , con la participación de Addition, Energy Impact Partners, Chevron Technology Ventures y Lowercarbon Capital. ^{[ 27 ] [ 28 ]} La financiación de Chevron fue la primera inversión en energía de fusión realizada por una importante compañía petrolera estadounidense. ^{[ 29 ]}

2022 En junio de 2022, Zap Energy anunció los primeros plasmas en su dispositivo de punto de equilibrio (FuZE-Q) y una recaudación de Serie C de 160 millones de dólares respaldada por Lowercarbon Capital, Breakthrough Energy Ventures de Bill Gates , Shell PLC , Valor, DCVC, Energy Impact Partners, Chevron y otros. ^{[ 30 ]} En octubre de 2022, la Junta de Tecnología de Energía de Transición del Carbón de Centralia otorgó una subvención de 1 millón de dólares a Zap Energy para financiar los costos de evaluar la viabilidad de construir una planta piloto de energía de fusión Zap en el sitio de la planta de energía de gas TransAlta Big Hanaford . ^{[ 31 ]}

2023 En mayo de 2023, Zap Energy fue una de las ocho empresas seleccionadas para el Programa de Desarrollo de Fusión Basado en Hitos del Departamento de Energía de los Estados Unidos . ^{[ 32 ]} En junio de 2023, Zap Energy obtuvo importantes capacidades nuevas de fabricación de energía pulsada repetitiva al adquirir los activos liquidados de ICAR. ^{[ 33 ]} También en junio, Zap Energy fue seleccionada como un Unicornio Tecnológico del Foro Económico Mundial , valorado en más de mil millones de USD. ^{[ 34 ]}

2024 En abril de 2024, Zap Energy publicó un documento de investigación que mostraba que FuZE había demostrado temperaturas de electrones de plasma de 1 a 3 keV (11 a 37 millones de grados C), el dispositivo más simple, pequeño y de menor costo para hacerlo. ^{[ 35 ]} En octubre de 2024, la compañía anunció que cerró una Serie D de $130 millones y que había comenzado a operar una plataforma llamada Century para pruebas integradas de tecnologías relevantes para centrales eléctricas, como potencia pulsada repetitiva y paredes de metal líquido. ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

2025 En octubre de 2025, anunciaron que su banco de pruebas había realizado más de cien disparos de plasma a una velocidad de un disparo cada cinco segundos, entregando 39 (kW). ^{[ 39 ]}

2026 En marzo de 2026, Zap Energy fue incluida en la lista de TIME y Statista de las "Principales Empresas de Tecnología Verde de Estados Unidos de 2026". La clasificación evaluó a las empresas en función de su impacto ambiental, innovación y solidez financiera. Zap Energy ocupó el puesto número 16 en la clasificación general, convirtiéndose en la empresa de energía de fusión mejor clasificada de la lista y la empresa mejor clasificada con sede en el estado de Washington. La lista incluyó 250 empresas con sede en EE. UU. de los sectores de energías renovables, infraestructura y tecnología climática. ^{[ 40 ]} En abril de 2026, Zap Energy anunció que sería la primera empresa en desarrollar fisión nuclear a pequeña escala junto con sus planes de fusión existentes. Zap también nombró a Zabrina Johal como la nueva directora ejecutiva de la empresa, mientras que el cofundador Benj Conway permaneció como presidente. ^{[ 41 ]}

El reactor Zap Energy es un sistema de energía pulsada sin imanes externos. ^{[ 4 ] [ 42 ] [ 17 ]} La máquina es un tubo metálico de ~2 metros de largo con un cátodo que recorre la mitad central. Se aplica un voltaje entre el cátodo central y la pared conectada a tierra. El combustible de fusión se inyecta en la parte posterior de la máquina, el cual se ioniza debido a la ruptura de Paschen , creando un plasma. ^{[ 21 ]} Este plasma se desplaza hacia adelante y se acumula en un estrechamiento de flujo de ~50  cm de largo en el espacio entre el cátodo y la pared.

Ampliación

Zap Energy argumentó que la tasa de fusión en un pinch de flujo se escala como la corriente de pinch elevada a la undécima potencia ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]} y que, debido a esto, todo lo que se necesita para generar potencia neta a partir de un pinch de flujo es una corriente más alta. Sin embargo, este modelo de escala se basa en plasmas adiabáticos y no logra capturar todo el comportamiento del mundo real.

Los críticos han señalado que corrientes más altas podrían introducir ondas de deriva (inestabilidades de deriva) y ondas de choque que podrían desgarrar el plasma. ^{[ 48 ]} En las ondas de deriva, los iones (+) y los electrones (−) se mueven a velocidades diferentes debido a sus diferencias de masa, y esto perturba el plasma. Las ondas de choque podrían formarse durante el proceso de ensamblaje de pinzamiento. Cuando el plasma barre juntos a altas velocidades, las dos ondas de plasma podrían formar una onda de choque a velocidades más altas. Las posibles soluciones incluyen encontrar otras formas de formar un plasma de pinzamiento.

Las simulaciones de apoyo sugieren que para alcanzar la potencia neta, se necesitan aproximadamente 650 kiloamperios (kA) de corriente a través del punto de estrangulamiento. A finales de 2021, la empresa estaba realizando pruebas con corrientes que alcanzaban los 500 kA. ^{[ 49 ]}

Las corrientes de estrangulamiento más altas que se necesitan para la ampliación introducen la posibilidad de fusión y erosión de los electrodos . Este tipo de erosión se ha investigado ampliamente en el campo de la propulsión eléctrica de naves espaciales . En 2021, los cátodos de Zap se fabricaron con cobre recubierto de carburo de tungsteno , que tiene un punto de fusión máximo de 3103 kelvin. ^{[ 50 ]} Las posibles soluciones incluyen materiales como el grafeno , la fabricación de máquinas con tamaños de punto más grandes, refrigeración activa u otras alternativas.

Otra crítica es que el volumen de plasma dentro del haz estrecho es relativamente pequeño en comparación con máquinas de fusión como espejos magnéticos , tokamaks u otros dispositivos de fusión. Esto limita la cantidad de combustible de fusión y, por consiguiente, la cantidad de energía que se puede generar en un haz estrecho. Entre las posibles soluciones se incluyen mayores tasas de disparo, el uso de múltiples máquinas y haces más largos y anchos.

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