National Lab Membuka Fusi Nuklir — Terobosan Sejati, Tindakan Baru, Atau Keduanya?

NFusi nuklir telah lama menjadi Cawan Suci energi yang benar-benar bersih. Penghancuran atom hidrogen menjanjikan listrik tanpa batas dengan emisi karbon nol, limbah radioaktif minimum, dan kemungkinan nol bencana kehancuran. Tetapi selama setengah abad para ilmuwan fusi dibatasi oleh kekuatan laser mereka dan kekuatan medan magnet mereka - belum pernah menemukan cara untuk mengeluarkan lebih banyak energi dari penghancuran atom mereka daripada yang mereka masukkan. Sampai sekarang.

Hari ini para ilmuwan di Fasilitas Pengapian Nasional di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL) di California akan mengungkapkan bahwa pada awal Desember, untuk pertama kalinya, mereka telah berhasil mencapai perolehan energi lebih besar dari 1 — yaitu, lebih banyak energi yang dipancarkan dari reaksi di dalam kapsul bahan bakar deuterium-tritium mereka (2,000 megajoule) daripada yang terkandung dalam 192 laser bahwa mereka mengecam itu dengan.

Ini masalah besar, patut dirayakan, tetapi kesimpulan yang sudah pasti, kata Debra Callahan, seorang fisikawan plasma yang baru-baru ini meninggalkan tim fusi LLNL untuk menjadi direktur ilmiah di startup Energi Terfokus, yang sudah bekerja untuk mengkomersialkan pendekatan tersebut.

Callahan tahu LLNL akan mencapai perolehan energi bersih setelah tahun lalu mereka mencapai output energi sebesar 72% dari input energi laser mereka. “Itu bukan kejutan bagi saya. Mengingat jalur hasil yang telah kami lihat, itu akan terjadi, ”katanya. Mereka hanya membutuhkan sedikit lebih banyak kekuatan laser. Jadi bagaimana cara kerjanya? Bayangkan sebuah silinder berongga kecil yang terbuat dari emas yang pas di telapak tangan Anda. Itu disebut hohlraum. Di dalam hohlraum terdapat kapsul bahan bakar kecil yang di dalamnya terdapat atom deuterium dan tritium.

Mereka menggunakan emas karena menahan sinar-x yang dihasilkan saat mereka meledakkan salah satu ujung hohlraum dengan 173 laser paling kuat di dunia. Callahan berkata, "Ini seperti oven sinar-x," yang memampatkan bahan bakar sedemikian rupa sehingga meledak dan memicu fusi di antara atom-atom di pusat kapsul. Fusi kemudian menyebar dalam gelombang dari pusat, memancarkan panas yang luar biasa. Semua ini terjadi dalam sepersejuta detik.

Mengapa Callahan meninggalkan LLNL ketika mereka berada di puncak kesuksesan? Sebab, katanya, Fasilitas Pengapian Nasional bukanlah mesin fusi. Hohlraum sangat bagus untuk mendemonstrasikan pengapian, tetapi belum tentu cukup efisien untuk rekayasa fusi berdenyut terus menerus karena begitu banyak sisa energi laser yang hilang saat memanaskan emas daripada bahan bakar hidrogen. Jadi di Focused Energy (didukung oleh Lab Penggerak Utama dan Associate Perusahaan Baru) rencana mereka adalah membuang hohlraum dan sebagai gantinya menggunakan pendekatan "drive langsung" - meledakkan laser langsung ke kapsul bahan bakar (lihat skema).

Mereka belum menunjukkan bahwa itu berhasil, tetapi Callahan yakin bahwa dalam beberapa tahun proyek percontohan mereka akan mencapai peningkatan energi 10x lipat. Itu akan diikuti oleh pabrik kedua yang mencapai 30x perolehan, diikuti oleh apa yang pada akhir tahun 2030 akan menjadi generator komersial pertama mereka, semoga mencapai 100x perolehan energi dan meledakkan 10 kapsul bahan bakar setiap detik.

Tapi di situlah letak tantangan khusus. Pada 10 per detik, mesin mereka akan menggunakan hampir 900,000 kapsul per hari. Ini tidak seperti menyekop batu bara ke dalam tungku; setiap kapsul perlu diproduksi dengan standar yang tepat dan ditembakkan ke dalam mesin dengan waktu yang tepat.

***

Apakah itu realistis? Beberapa pesaing fusi tidak berpikir demikian. General Fusion adalah perusahaan fusion yang berbasis di Vancouver, Kanada yang kemarin mengumumkan pencapaiannya sendiri. Pendekatannya disebut fusi target magnet dan melibatkan mesin di mana mereka menyuntikkan bola plasma hidrogen ke dalam mesin dan menggunakan magnet yang kuat untuk menahannya sambil mengompresi dengan piston mekanis daripada laser. CEO Greg Twinney mengharapkan pabrik percontohan yang sedang dibangun General Fusion di Inggris untuk mendemonstrasikan fusi pada tahun 2027, dengan desain komersial siap pada awal tahun 2030-an. “Ketika kami melihat berita seperti ini, kami tidak terkejut,” katanya. Tetapi pendekatan LLNL tidak dapat diekstrapolasi menjadi pabrik fusi yang berfungsi, seperti yang dilakukan General Fusion (didukung oleh $300 juta dari Jeff Bezos, ShopifyTOKO
CEO Tobias Lutke, dan Temasek, antara lain) berangkat dari awal. “Semua yang kami lakukan terfokus pada pembangkit listrik komersial,” katanya. "Jika berhasil dalam eksperimen sains tetapi tidak komersial, kami tidak tertarik dengan itu."

Berita LLNL menghasilkan tanggapan serupa dari CEO David Kirtley dari startup fusi yang berbasis di Seattle Helion, didukung oleh $600 juta dari taipan teknologi Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman, dan Jeff Skoll. “Kami senang mereka mencapai tonggak sains untuk mesin mereka,” kata Kirtley. Tapi dia tidak merasa terancam oleh "perangkat penelitian yang tidak dirancang untuk menghasilkan listrik". Sebaliknya, pengoperasian mesin fusi sepanjang 60 kaki Helion melibatkan penyuntikan bola plasma di setiap ujungnya, menghancurkannya bersama dalam reaksi 100 juta derajat yang dikendalikan oleh medan magnet yang kuat. Dalam sistem baru Helion, energi yang dilepaskan dalam reaksi fusi terus-menerus terdorong keluar melawan medan magnetnya, yang mendorong balik — menyebabkan osilasi "seperti piston", kata Kirtley, yang menghasilkan arus listrik, yang ditangkap Helion langsung dari reaktor. (Untuk lebih lanjut, baca terus Hukum induksi Faraday.)

Helion sedang membangun prototipe ke-7 dan merancang yang ke-8, yang diharapkan Kirtley akan menjadi generator fusi komersial pertama - kemungkinan terhubung ke jaringan listrik pada akhir dekade ini, jika semuanya berjalan dengan baik. Dia mengatakan regulator nuklir federal tampaknya akan menerapkan aturan yang sama pada mesin mereka seperti akselerator partikel dan jenis mesin pencitraan yang digunakan di rumah sakit.

Dan ada banyak perusahaan lain yang mengejar pendekatan fusi yang paling mapan — yaitu tokamak konsep, di mana bola plasma disuntikkan ke dalam ruang reaktor berbentuk seperti donat berongga, dikendalikan oleh medan magnet yang kuat. Fusi Persemakmuran, sebuah spin-off MIT, berusaha menyempurnakan tokamak menggunakan bahan superkonduktor bersuhu sangat tinggi yang menurut CEO Bob Mumgaard akan memungkinkan mereka memiliki perangkat fusi yang berfungsi pada akhir dekade ini. Hal yang sama berlaku untuk General Atomics yang berbasis di San Diego (paling dikenal untuk menciptakan drone Predator), yang telah mengoperasikan tokamak untuk Departemen Energi selama beberapa dekade dan sedang merancang mesin baru. GA juga membangun magnet paling kuat di dunia, yang disebut solenoida pusat, untuk proyek fusi terbesar di dunia, $30 miliar ITER sedang dibangun di Prancis. Jika startup fusi lainnya berhasil, ITER akan menjadi usang bahkan sebelum selesai dalam dekade berikutnya. Menyebarkan taruhannya, GA (dimiliki oleh miliarder Neal Blue) bermitra dengan Savannah River National Lab untuk memproduksi pelet bahan bakar untuk mesin fusi berbasis laser seperti LLNR dan Focused Energy.

Siapa pun yang Anda ajak bicara di bidang fusi, kritik mereka terhadap reaktor fisi nuklir yang sudah lama ada adalah sama. Reaksi fisi (di mana atom-atom besar uranium yang diperkaya dipecah) menghasilkan limbah radioaktif termasuk plutonium dan aktinida berbahaya yang dapat dijadikan senjata. Tidak seperti fusi, yang sulit dimulai dan mudah dihentikan, reaksi fisi mudah dimulai dan sulit dihentikan, menimbulkan risiko bencana kehancuran. Desain yang lebih baru, seperti Westinghouse AP1000 reaktor fisi, sedang dibangun di AS dan China, menampilkan langkah-langkah keamanan pasif dan hampir merupakan bukti kehancuran.

***

Beberapa pengusaha atom menganggap fisi sudah cukup. Bret Kugelmass, pendiri dan CEO dari Energi Terakhir, berangkat lima tahun lalu untuk merancang reaktor nuklir paling efisien dan ekonomis di dunia. Sebelum menyelesaikan pendekatannya, Kugelmass, kini berusia 36 tahun, mewawancarai ratusan pakar industri nuklir (dan melakukan pembicaraan di Podcast Titans Nuklir) untuk mengumpulkan kebijaksanaan kolektif industri. Meskipun ia yakin akan masa depan fusi jangka panjang, Kugelmass menetapkan bahwa taruhan terbaik dunia untuk beralih dari bahan bakar fosil terletak pada pembangunan reaktor fisi modular dengan cara yang paling sederhana, termurah, dan teraman. Di pabriknya di dekat Houston, Last Energy sekarang memproduksi reaktor air bertekanan modular kecil pertamanya, yang menggunakan komponen siap pakai, bersumber dari rantai pasokan nuklir yang ada, dengan teknologi yang telah disempurnakan selama beberapa dekade dan digunakan di lebih banyak negara. dari 300 reaktor di seluruh dunia.

Last Energy telah menjual 10 dari unit 20 megawattnya kepada pelanggan di Polandia, dua lagi untuk Rumania, dan segelintir untuk Inggris. Kugelmass mengatakan kekayaan intelektualnya bukan pada komponen yang terbukti, tetapi pada bagaimana menyatukan semuanya. Dia sejauh ini mengumpulkan $ 24 juta dipimpin oleh dana giga, dan mengharapkan reaktor pertama di Polandia akan beroperasi pada tahun 2025. Untuk membiayai mesin, Last Energy mengadakan perjanjian pembelian listrik jangka panjang yang menjanjikan kepada pelanggan puluhan tahun tenaga nuklir nol karbon dengan harga di bawah harga pasar. “Kami dapat mengukir ceruk yang diinginkan yang tidak dikejar siapa pun,” kata Kugelmass. "Kami mengotak-atik seluruh operasi."

Betapapun memikatnya janji fusi, jika Kugelmass berhasil mengatasi realitas kompetitif dari fisi yang mapan dan andal, masih dapat membuang sepupu barunya yang keren ke tempat sampah teknologi heroik — ingat Betamax, Google Glass, dan Coke Baru?

LEBIH DARI FORBESDidorong Oleh Miliarder Dolar, Fusi Nuklir Memasuki Era BaruBy Christopher HelmanLEBIH DARI FORBESNuklir Baru: Bagaimana Unicorn Energi Fusion senilai $600 Juta Merencanakan Untuk Mengalahkan SolarBy Christopher HelmanLEBIH DARI FORBESMiliarder Pendiam Di Balik Drone Predator Amerika yang Membunuh Soleimani IranBy Deniz am