Didorong Oleh Miliarder Dolar, Fusi Nuklir Memasuki Era Baru

Setelah mengumpulkan lebih dari $3 miliar pada tahun 2021 dari orang-orang seperti Bill Gates dan Jeff Bezos, pengembang fusi bersikeras bahwa sumber energi nol-karbon ini bisa menjadi kenyataan dalam satu dekade.

Jelas bahwa fusi nuklir dapat bekerja dalam skala besar — ​​lihat saja bintang-bintangnya. Selama 70 tahun fisikawan telah memimpikan pembotolan kekuatan bintang itu dalam bentuk reaktor fusi yang akan memberi daya pada jaringan listrik dengan reaksi nol-karbon tanpa batas yang sama yang membuat matahari bersinar. Cawan Suci ini telah lama diiklankan hanya 20 atau 30 tahun lagi, tetapi penggemar fusion telah menolak untuk melepaskan keyakinannya. Dan untuk alasan yang bagus. Fusi (menghancurkan bersama atom hidrogen menjadi helium) menjanjikan tenaga listrik nol karbon tanpa risiko nol risiko kehancuran dan hampir tidak ada limbah radioaktif yang terkait dengan pembangkit listrik tenaga nuklir yang ada yang berjalan dengan fisi (pemisahan atom uranium menjadi elemen yang lebih kecil). 

Mimpi itu mengilhami Ajay Royan, salah satu pendiri Mithril Capital (dengan miliarder Peter Thiel), yang pada tahun 2013 pertama kali menginvestasikan $2 juta di Helion Energy yang berbasis di Redmond, Wash. sehingga dapat membangun prototipe mesin “kekuatan pulsa berulang”. Mithril telah berinvestasi di Helion sejak saat itu, termasuk putaran $500 juta baru-baru ini (dengan nilai perusahaan sebesar $3 miliar) - dengan janji $1.7 miliar lebih jika prototipe ketujuh perusahaan bekerja seperti yang diharapkan. Putaran Helion dipimpin oleh Sam Altman dari Y Combinator. 

Tahun 2021 adalah tahun yang besar untuk pembiayaan fusi dan perkiraan, karena pengembang mengumpulkan lebih dari $3 miliar untuk mendanai putaran mesin mereka berikutnya — dengan beberapa yang sekarang menjanjikan fusi yang layak secara komersial hanya dalam lima tahun. Royan senang melihat fusion mendapatkan lebih banyak perhatian; “Tentu 2021 mungkin menjadi titik balik untuk fusi menurut analisis Google, tetapi titik balik sebenarnya terjadi satu dekade lalu ketika elektronika daya melewati ambang batas.” 

CEO David Kirtley menjelaskan bahwa pekerjaan R&D awal di balik Helion dilakukan di laboratorium federal, di mana Helion dipintal pada tahun 2013. Dibebaskan dari birokrasi R&D federal, Helion telah membangun prototipe baru satu demi satu sejak itu. “Mentalitas startup tidak baik untuk dimiliki, itu adalah persyaratan. dan apa yang telah kami fokuskan sejak awal,” kata Kirtley.

Pada tahun 2020 Helion menyelesaikan reaktor prototipe keenamnya, yang diberi nama Trenta. Sekarang sedang membangun ketujuh, Polaris, sementara sudah merancang kedelapan, Antares, yang Kirtley bermaksud untuk menjadi mesin fusi pertama yang mengeluarkan lebih banyak energi daripada yang dibutuhkan. Di samping iterasi cepat, Helion mendapat manfaat dari keahlian lokal. Ini membangun mesin Polaris di Everett, Wash., dekat pabrik terbesar Boeing, di mana mereka dapat memanfaatkan ekosistem yang ramah dari insinyur kontrak dan produsen presisi. Kirtley mengatakan mereka menghabiskan pagi hari bermain-main, memperbarui sistem, dan menyalakan kapasitor. “Setiap sore jam 3 sore kami mulai melakukan fusion.”

Untuk memahami pendekatan Helion, pertama-tama pertimbangkan gaya tolak magnet yang terjadi ketika Anda mencoba memaksa kutub positif dua magnet batang bersama-sama. Ini adalah prinsip yang memungkinkan teknologi "mag-lev" seperti kereta peluru terkenal di Jepang, yang memanfaatkan gaya tolak magnet untuk mengapung di atas bantalan udara. 

Peneliti fusi selama beberapa dekade telah berusaha untuk merancang elektromagnet terkuat di dunia, yang dengannya mereka merekayasa ruang reaksi dengan medan magnet yang begitu kuat sehingga dapat menampung, dan memampatkan, aliran proton bermuatan positif yang disuntikkan ke dalam bola plasma yang begitu panas sehingga menyatu menjadi helium. 

Dalam sistem baru Helion, energi yang dilepaskan dalam reaksi fusi terus-menerus mendorong keluar melawan medan penahan magnetnya, yang mendorong kembali — menyebabkan osilasi (“seperti piston,” kata Kirtley) yang menghasilkan arus listrik, yang ditangkap Helion langsung dari reaktor . (Untuk lebih lanjut, bacalah hukum induksi Faraday.) 

Royan dari Mithril mengatakan mungkin daya tarik terbesar dari metode pembangkit listrik langsung Helion adalah kesederhanaannya. Pendekatan fusi lainnya bertujuan untuk menghasilkan panas, untuk merebus air dan menggerakkan turbin uap, yang menghasilkan listrik — seperti di pembangkit listrik tenaga nuklir tradisional. “Kita bisa melakukannya tanpa turbin uap atau menara pendingin. Kami menyingkirkan pembangkit listrik.” 

Yang pasti, Kirtley memahami skeptisisme fusi, terutama di sekitar jadwal agresifnya. Dia memulai karirnya di bidang fusi, terinspirasi oleh para ilmuwan di laboratorium nasional pada 1960-an yang membuat kemajuan besar dalam penahanan magnetik (berlomba-lomba dengan ilmuwan Rusia untuk merancang reaktor berbentuk donat yang disebut tokamaks) bahkan sebelum penemuan transistor. Tapi Kirtley kehilangan kepercayaan setelah menentukan pendekatan awal yang tidak bisa berkembang cukup cepat untuk menghasilkan solusi komersial — jadi dia mulai mengerjakan propulsi pesawat ruang angkasa canggih menggunakan jet plasma yang dikendalikan oleh elektromagnet. Dia kembali ke lapangan pada tahun 2008 untuk membantu mengkomersialkan teknologi Helion. 

Pada waktunya ia membayangkan pembuatan generator fusi di sebuah pabrik. Sebuah sistem skala 50 mw, dikemas ke dalam tiga unit kontainer berukuran pengiriman akan memberi daya pada 40,000 rumah. “Dalam 10 tahun kami akan memiliki listrik komersial untuk dijual, pasti.” 

Itu menempatkan Helion dalam perlombaan dengan Commonwealth Fusion Systems yang berbasis di Boston, sebuah spin-off MIT, yang mengumpulkan $1.8 miliar dari investor termasuk Bill Gates dan George Soros. CEO Bob Mumgaard mengatakan mereka akan memiliki reaktor yang berfungsi dalam 6 tahun. Optimismenya didukung oleh keberhasilan uji musim panas Commonwealth terhadap elektromagnet baru yang direkayasa dengan superkonduktor yang terbuat dari oksida tembaga barium tanah jarang. 

Mumgaard mengatakan magnet bertenaga super ini akan memungkinkan Persemakmuran untuk menyempurnakan pendekatan fusi tradisional mereka dalam membangun reaktor "tokamak" berbentuk donat, yang disebut Mumgaard sebagai "botol magnet besar" di mana medan magnet yang kuat mengontrol bola 100 juta derajat plasma — “ barang bintang.” 

Ada sekitar 150 tokamak di seluruh dunia; yang terbesar sedang dibangun di Prancis senilai $30 miliar oleh konsorsium internasional bernama ITER. Mesin seberat 20,000 ton, seukuran arena bola basket, dijadwalkan selesai pada tahun 2035. 

Tapi Mumgaard bermaksud agar Commonwealth Fusion membuat ITER menjadi usang bahkan sebelum selesai. Keunggulannya adalah dalam penerapan superkonduktor "suhu tinggi" yang dibuat dengan oksida tembaga barium tanah jarang (alias ReBCO). 

Superkonduktor memindahkan arus listrik dengan hampir nol kerugian (jauh lebih efisien daripada tembaga, misalnya). Dan mereka adalah kunci untuk membuat elektromagnet yang kuat. Commonwealth telah menemukan bahwa dengan membuat magnetnya menggunakan pita oksida tembaga barium khusus (seperti pita yang ditemukan dalam kaset VHS), ia dapat mencapai medan magnet yang lebih kuat daripada yang diantisipasi di ITER, tetapi pada skala 1/20. 

Sedangkan magnet utama ITER (disebut solenoida) akan memiliki berat sekitar 400 ton dan mencapai medan yang lebih kuat dari 12 tesla, Commonwealth mengincar magnet 15-ton, masing-masing menggunakan pita film tipis ReBCO sepanjang 300 km, yang akan menghasilkan 20 tesla (sebagai perbandingan, mesin pencitraan resonansi magnetik melakukan 1.5 tesla). 

"Ini membuka kunci mesin fusi," kata Mumgaard. CES menguji magnet musim panas lalu dan menyatakannya sebagai "bukti" bahwa ilmu fusi sekarang hampir lengkap dan yang tersisa hanyalah membangun reaktor. “Kami memahami materi dengan baik dan berpikir kami dapat melakukannya dalam tiga tahun,” kata Mumgaard. “Pada 2030 kita akan melihat fusi di grid.” 

CES akan membangun mesin fusinya di atas lahan seluas 47 hektar di Massachusetts, dan sudah bekerja untuk mendapatkan ribuan kilometer pita ReBCO. Bisakah ketersediaan tanah jarang menjadi faktor pembatas dalam peluncuran fusi? Tidak, kata Mumgaard. “Sebuah pabrik fusi akan memiliki lebih sedikit tanah jarang daripada turbin angin. Fusion bukan tentang sumber daya yang Anda butuhkan untuk menambang atau memompa. Ini tentang sebuah teknologi.” 

Harus ada ruang untuk lebih dari satu pemenang fusi. Pemimpin lainnya termasuk General Fusion, yang berbasis di Kanada dan didukung oleh Jeff Bezos, yang mengumpulkan $130 juta tahun ini. Miliarder terkenal lainnya dalam permainan fusi adalah Neal dan Linden Blue, yang memiliki General Atomics yang berbasis di San Diego, yang selama beberapa dekade telah mengoperasikan tokamak penelitian atas nama DOE, dan yang tahun ini mengirimkan ke ITER nyali elektromagnet tokamaknya — solenoida pusat 1,000 ton. Dan ada TAE Energy of California, yang telah bereksperimen dengan $1 miliar selama dekade terakhir, dan mengumpulkan $130 juta selama pandemi.

Teknologi fusi mungkin telah dimulai di laboratorium yang didanai pemerintah, tetapi hasilnya harus bergantung pada pendanaan swasta. Amy Roma, mitra di Hogan Lovells di Washington, DC, mengatakan bahwa tagihan Build Back Better yang sekarang dalam ketidakpastian akan mencakup $875 juta untuk nuklir canggih, tetapi untuk saat ini, industri harus puas dengan kantor baru demonstrasi reaktor canggih di bawah Departemen Energi, didanai oleh Undang-Undang Infrastruktur baru-baru ini. Nuklir tanpa karbon juga akan mendapat manfaat dari perintah eksekutif Presiden Biden baru-baru ini yang menyerukan agar pembelian energi pemerintah Federal menjadi “nol bersih” pada tahun 2030. 

Investor teknologi legendaris Steve Jurvetson, seorang pendukung Commonwealth Fusion yang menulis cek pertamanya terhadap penelitian fusi 25 tahun lalu, hampir pusing bahwa mimpi yang lama tertunda ini bisa segera menjadi kenyataan. “Ada banyak penentang sampai selesai. Kemudian mereka mengatakan itu sudah jelas.” 

Royan dari Mithril mengatakan dia sudah bekerja untuk menyesuaikan kerangka kerjanya untuk mempertimbangkan betapa berbedanya dunia akan terlihat ketika fusi itu nyata — “Pikirkan peluang untuk desalinasi air, dan produksi pupuk. Ini secara fundamental mengubah ekonomi air dalam semalam, dan dengan demikian ekonomi pertanian.” Itu semua bagian dari jalan umat manusia, katanya, "untuk terus membuktikan Malthus adalah seorang idiot." 

LEBIH DARI FORBESNuklir Baru: Bagaimana Unicorn Energi Fusion senilai $600 Juta Merencanakan Untuk Mengalahkan SolarBy Christopher Helman
LEBIH DARI FORBESMiliarder Pendiam Di Balik Drone Predator Amerika yang Membunuh Soleimani IranBy Deniz am