
Cara berpikir para ilmuwan fusi berubah selamanya pada tahun 2022, ketika apa yang disebut sebagian orang eksperimen abad ini menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa fusi dapat menjadi sumber yang layak energi bersih.
Percobaan, di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore, menunjukkan pengapian: reaksi fusi menghasilkan lebih banyak energi yang keluar daripada yang dimasukkan.
Selain itu, beberapa tahun terakhir ini ditandai dengan a rejeki nomplok bernilai miliaran dolar dari investasi swasta di bidang initerutama di Amerika Serikat.
Namun sejumlah tantangan teknis harus diatasi sebelum fusi dapat ditingkatkan menjadi sumber energi yang aman dan terjangkau daya bersih yang hampir tak terbatas. Dengan kata lain, ini adalah waktu rekayasa.
Sebagai insinyur yang telah mengerjakan ilmu dasar Dan rekayasa terapan dalam fusi nuklir selama beberapa dekade, kita telah melihat banyak ilmu pengetahuan dan fisika fusi mencapai kematangan dalam 10 tahun terakhir.
Namun untuk menjadikan fusi sebagai sumber energi komersial yang layak, para insinyur kini harus mengatasi sejumlah tantangan praktis. Apakah Amerika Serikat akan memanfaatkan peluang ini dan menjadi pemimpin global dalam bidang energi fusi, sebagian akan bergantung pada seberapa besar negara tersebut bersedia berinvestasi dalam memecahkan masalah-masalah praktis ini – khususnya melalui kemitraan publik-swasta.
Terkait: Reaktor fusi nuklir di Inggris mencetak rekor dunia baru dalam hal keluaran energi
Membangun reaktor fusi
Fusi terjadi ketika dua jenis atom hidrogen, deuterium dan tritium, bertabrakan dalam kondisi ekstrim. Kedua atom tersebut secara harafiah melebur menjadi satu atom dengan cara memanas hingga 180 juta derajat Fahrenheit (100 juta derajat Celcius), 10 kali lebih panas dari inti matahari. Untuk mewujudkan reaksi ini, infrastruktur energi fusi harus mampu bertahan dalam kondisi ekstrem ini.
Tonton Aktif
Ada dua pendekatan untuk mencapai fusi di laboratorium: fusi kurungan inersia, yang mana menggunakan laser yang kuatdan fusi kurungan magnetik, yang menggunakan magnet yang kuat.
Sedangkan “eksperimen abad ini” menggunakan fusi kurungan inersia, fusi kurungan magnetik belum menunjukkannya sehingga dapat mencapai titik impas dalam pembangkitan energi.
Beberapa eksperimen yang didanai swasta bertujuan untuk mencapai prestasi ini pada akhir dekade inidan eksperimen besar yang didukung secara internasional di Perancis, ITER, juga berharap mencapai titik impas pada akhir tahun 2030an. Keduanya menggunakan fusi kurungan magnetik.
Tantangan terbentang di depan
Kedua pendekatan fusi mempunyai serangkaian tantangan yang sama dan tidak mudah untuk diatasi. Misalnya, peneliti perlu mengembangkan materi baru itu dapat menahan suhu ekstrim dan kondisi iradiasi.
Bahan reaktor fusi juga menjadi radioaktif karena mereka dibombardir dengan partikel berenergi tinggi. Peneliti perlu melakukannya merancang material baru yang dapat meluruh dalam beberapa tahun ke tingkat radioaktivitas yang dapat dibuang dengan aman dan lebih mudah.
Memproduksi bahan bakar yang cukup dan melakukannya secara berkelanjutan juga merupakan tantangan penting. Deuterium berlimpah dan dapat diekstraksi dari air biasa. Tetapi meningkatkan produksi tritiumyang biasanya terbuat dari litium, akan terbukti jauh lebih sulit. Sebuah reaktor fusi tunggal memerlukan ratusan gram hingga satu kilogram (2,2 pon) tritium sehari untuk beroperasi.
Saat ini, reaktor nuklir konvensional menghasilkan tritium sebagai produk sampingan dari fisi, namun tritium tidak dapat mencukupi kebutuhan armada reaktor fusi.
Jadi, para insinyur perlu mengembangkan kemampuan untuk menghasilkan tritium di dalam perangkat fusi itu sendiri. Hal ini mungkin memerlukan sekeliling reaktor fusi dengan bahan yang mengandung litium, yang reaksinya akan berubah menjadi tritium.
Untuk meningkatkan fusi inersia, para insinyur perlu mengembangkan laser yang mampu berulang kali mengenai target bahan bakar fusi, yang terbuat dari deuterium dan tritium beku, sekitar beberapa kali per detik. Namun belum ada laser yang cukup kuat untuk melakukan hal ini dengan kecepatan seperti itu. Para insinyur juga perlu mengembangkan sistem kontrol dan algoritma yang mengarahkan laser ini dengan presisi ekstrim pada sasarannya.
Selain itu, para insinyur perlu meningkatkan produksi target berdasarkan besarnya: dari beberapa ratus buatan tangan setiap tahun dengan label harga sebesar masing-masing ratusan ribu dolar hingga jutaan dengan biaya masing-masing hanya beberapa dolar.
Untuk penahan magnet, para insinyur dan ilmuwan material perlu mengembangkan metode yang lebih efektif untuk memanaskan dan mengontrol plasma serta lebih banyak material tahan panas dan radiasi untuk dinding reaktor. Teknologi yang digunakan untuk memanaskan dan membatasi plasma hingga atom-atomnya menyatu harus dapat beroperasi dengan andal selama bertahun-tahun.
Ini adalah beberapa tantangan besarnya. Mereka tangguh tetapi bukannya tidak dapat diatasi.
Lanskap pendanaan saat ini
Investasi dari perusahaan swasta secara global telah meningkat – hal ini kemungkinan akan terus menjadi faktor penting yang mendorong kemajuan penelitian fusi. Perusahaan swasta telah menarik lebih dari US$7 miliar investasi swasta dalam lima tahun terakhir.
Beberapa startup sedang berkembang teknologi dan desain reaktor yang berbeda dengan tujuan menambahkan fusi ke jaringan listrik dalam beberapa dekade mendatang. Sebagian besar berbasis di Amerika Serikat, dan beberapa lagi di Eropa dan Asia.
Meskipun investasi sektor swasta telah meningkat, pemerintah AS terus memainkan peran penting dalam pengembangan teknologi fusi hingga saat ini. Kami berharap hal ini akan terus berlanjut di masa depan.
Departemen Energi AS-lah yang menginvestasikan sekitar US$3 miliar untuk membangun Fasilitas Pengapian Nasional di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore pada pertengahan tahun 2000andi mana “eksperimen abad ini” terjadi 12 tahun kemudian.
Pada tahun 2023, Departemen Energi mengumumkan program empat tahun senilai $42 juta untuk mengembangkan pusat fusi untuk teknologi tersebut. Meskipun pendanaan ini penting, namun kemungkinan besar pendanaan ini tidak akan cukup untuk memecahkan tantangan paling penting yang masih dihadapi Amerika Serikat untuk menjadi pemimpin global dalam bidang energi fusi praktis.
Salah satu cara untuk membangun kemitraan antara pemerintah dan perusahaan swasta di bidang ini adalah dengan menciptakan hubungan serupa antara NASA dan SpaceX. Sebagai salah satu mitra komersial NASA, Luar AngkasaX menerima dana baik dari pemerintah maupun swasta untuk mengembangkan teknologi itu NASA dapat menggunakan. Itu adalah perusahaan swasta pertama untuk mengirim astronot ke luar angkasa dan Stasiun Luar Angkasa Internasional.
Bersama dengan banyak peneliti lainnya, kami sangat optimis. Hasil-hasil eksperimen dan teoritis baru, alat-alat baru, dan investasi sektor swasta semakin menambah pemahaman kita bahwa pengembangan energi fusi praktis tidak lagi hanya sekedar menunggu saja, melainkan hanya sebuah waktu saja.
Artikel yang telah diedit ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel asli.