Kapan Fusi Nuklir Akan Menghentikan Bisnis Minyak Dan Gas.

Musim Natal ini adalah waktu untuk berterima kasih dan berharap untuk memaksakan lompatan dalam sains yang sedang dilakukan:

Pertama, Pangeran William, yang mendirikan Earthshots Prize, mengumumkan penghargaan di Boston pada tahun 2022. Satu kategori dipanggil Hidupkan Lautan Kita. Pemenangnya adalah grup yang dipanggil Wanita Pribumi di Great Barrier Reef. Karang telah diserang, dan pemenang berkomitmen untuk mempertahankannya. Mereka bekerja untuk melindungi pantai dan penyu serta melestarikan padang lamun yang menangkap CO2 sepuluh kali lebih banyak daripada hutan Amazon. Mereka mempertahankan pengetahuan aborigin kuno dan menggunakan alat modern seperti drone untuk memantau perubahan terumbu karang serta kebakaran hutan pedalaman.

Kedua, selama 20 tahun Departemen Energi AS telah mendanai konsep dan pengembangan Small Modular Nuclear Reactor (SMR) yang disebut NuScale Power Module. Lebih aman, lebih murah, terukur, dan bebas karbon adalah keuntungannya. Ini satu-satunya SMR yang menerima persetujuan desain dari Nuclear Regulatory Commission (NRC). Tingginya kurang dari 100 kaki, modul ini berbentuk silinder selebar 15 kaki yang terletak di bak air di bawah permukaan tanah. Ini dapat menghasilkan 77 MegaWatt listrik yang dapat memberi daya pada 60,000 rumah. Tujuannya adalah untuk berdiri dan beroperasi di Idaho pada tahun 2029.

Ketiga, pendirian medis memiliki a terobosan dalam mengobati kanker tertentu. Metode ini mengambil sel-T, yang merupakan bagian dari sistem kekebalan yang melawan kanker, keluar dari tubuh untuk memodifikasinya secara genetik, menggunakan teknik CRISPR, dan kemudian menyuntikkannya kembali ke dalam tubuh sebagai “obat hidup”. Dengan menggunakan CRISPR, sel-T dapat disetel dengan halus dan dibuat lebih mematikan dalam serangannya terhadap sel kanker tertentu.

Sel-T “siap pakai” ini dapat diproduksi dalam jumlah besar dengan cepat menggunakan CRISPR, daripada harus menunggu berminggu-minggu atau berbulan-bulan sebelumnya. Pada 12 Desember 2022, Dr McGuirk dari University of Kansas, mengumumkan hasil uji coba yang sangat bagus dan membuka pintu baru untuk pengobatan kanker: tumor telah menyusut pada 67% dari 32 pasien kanker limfoma. 40% pasien mencapai remisi lengkap. Ada antusiasme yang besar terhadap potensi teknik ini untuk menyembuhkan banyak kanker lainnya.

Keempat adalah terobosan fusi nuklir yang cukup mencengangkan.

Terobosan fusi nuklir.

Pada abad terakhir, abad terbesar fisika, salah satu penemuannya adalah fisi nuklir. Ketika sebuah atom berat seperti plutonium pecah, sejumlah kecil massa hilang dan muncul kembali sebagai energi yang sangat besar — ​​karena E = mc^2, di mana c adalah kecepatan cahaya dan jumlah yang sangat besar.

Di bawah ancaman bahwa Jerman akan mengembangkan bom reaksi berantai berdasarkan reaksi ini, pemerintah AS mengucurkan dana yang sangat besar untuk membangun bom fisi di Los Alamos, New Mexico, tidak jauh dari tempat tinggal saya. Itu diuji di gurun Pasir Putih di selatan Albuquerque, dan akhirnya digunakan untuk mengakhiri perang dengan Jepang.

Aplikasi komersial dengan cepat mengarah ke reaktor nuklir berukuran jaringan di berbagai negara. Beberapa berhasil – Prancis mendapatkan 70% energi listriknya dari 56 reaktor nuklir sementara AS mendapatkan sekitar 20% energinya dari 93 reaktor nuklir.

Namun kesuksesan menjadi tidak mudah ketika terjadi kecelakaan mengerikan, seperti Chernobyl, Rusia, pada tahun 1986 dan Fukushima, Jepang, pada tahun 2011, serta kekhawatiran yang selalu ada tentang pembuangan limbah nuklir di AS.

Reaksi nuklir saudara adalah ketika dua inti hidrogen dipaksa untuk bergabung menjadi helium dengan mengatasi gaya tolak dan sekali lagi sejumlah besar energi dilepaskan. Ini adalah dasar uji coba bom hidrogen AS di Pasifik Selatan (Bikini Atoll) pada 1950-an sebelum perjanjian larangan uji coba tahun 1963.

Aplikasi komersial fusi nuklir telah dicari selama beberapa dekade sejak saat itu. Misalnya, satu usaha berbasis di Laboratorium Nasional Sandia di Albuquerque, di mana plasma bermuatan panas dibatasi oleh medan listrik. Idenya adalah untuk membatasi, memadatkan, dan memanaskan plasma (energi masuk) hingga inti hidrogen bergabung (energi keluar). Tetapi energi masuk selalu lebih besar daripada energi keluar.

Aplikasi komersial lainnya ada di Laboratorium Lawrence Livermore di wilayah Teluk San Francisco di California. Di Sini 192 laser digunakan untuk membatasi, memadatkan, dan memanaskan plasma dengan meledakkan pelet isotop hidrogen campuran senilai $1 juta. Hasilnya selalu sama – sampai sekarang. Diumumkan pada pekan yang berakhir 16 Desember 2022, energi keluar (3.1 MegaJoule) lebih dari energi masuk (2.1 MegaJoule) untuk pertama kalinya. Ini adalah terobosan nyata. Suhu yang dicapai adalah 3 juta derajat C.

Menempatkan ini dalam perspektif.

Pertama, energi masuk versus energi keluar terlalu sederhana, karena untuk menyalakan laser membutuhkan energi yang jauh lebih besar: 400 MegaJoule. Lihat referensi 1.

Kedua, kisah suksesnya hanya tentang satu peristiwa – satu penyalaan fusi. Untuk mendekati praktis akan membutuhkan banyak, banyak peristiwa fusi per menit, dan akan membutuhkan laser yang ribuan kali lebih kuat. Ditambah biayanya harus sejuta kali lebih murah (Ref 1). Singkatnya, kesuksesan yang satu ini, meskipun menginspirasi, tidak jauh dari membayangkan aplikasi praktis.

Jadi tidak murah dan tidak praktis, tetapi akan menghasilkan energi berintensitas tinggi dan bebas karbon.

Energi fisi nuklir adalah sejuta kali lebih kuat daripada sumber energi lain di bumi. Dan ini adalah alasan besar mengapa investasi telah dilakukan di negara-negara seperti Prancis dan Amerika Serikat untuk membangun lusinan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Fusi nuklir menghasilkan energi 3-4 kali lebih banyak daripada fisi nuklir. Itu adalah salah satu bagian dari mimpi. Bagian lain dari mimpi fusi adalah tidak ada produk limbah nuklir untuk dibuang – produk limbah yang membutuhkan waktu ratusan atau ribuan tahun untuk membusuk. Bagian ketiga adalah fusi bukanlah reaksi berantai, jadi tidak ada bahaya reaksi nuklir dan ledakan yang tak terkendali.

Karena menghasilkan listrik bertanggung jawab atas sekitar sepertiga dari emisi gas rumah kaca global, bagian terakhir dari mimpi tersebut adalah pembangkit fusi nuklir tersebar di seluruh negara untuk menyediakan energi listrik bebas karbon berintensitas tinggi.

Tapi ingat, itu hanya mimpi. Terlepas dari keuntungannya, fusi nuklir bebas karbon tidak akan membuat industri minyak dan gas gulung tikar pada tahun 2050 dan bahkan mungkin tidak pada tahun 2100.

Takeaway.

Umat ​​manusia telah meniru sumber cahaya dan panas matahari. Pada suhu sekitar 15 juta derajat C, interior gas matahari dikompresi di bawah tekanan yang luar biasa – satu sendok teh beratnya 750 gm atau 1.65 lb. ) adalah prestasi yang mengesankan.

Tetapi fusi nuklir tidak jauh dari aplikasi komersial yang dibayangkan.

Jadi mengapa kita menghabiskan banyak uang untuk menyelidikinya? Karena itulah yang dilakukan negara maju. Mereka membangun teleskop seperti James Webb dan memasangnya di satelit untuk mempelajari alam semesta. Mereka membangun roket untuk menempatkan pria dan wanita di bulan. Mereka membangun lintasan balap magnetik untuk mempercepat proton ke kecepatan cahaya sebelum mereka menabrak dan mengungkapkan dalam fragmen partikel subatomik yang sulit dipahami seperti boson Higgs.

Politik memainkan peran besar dalam memutuskan ke mana dukungan pemerintah dan pendanaan untuk sains didistribusikan. Syukurlah, seperti yang dilaporkan di atas, ada banyak contoh negara yang menggunakan sains untuk menyelesaikan masalah mendesak yang menguntungkan umat manusia secara langsung.

Referensi 1: Jerusalem Demsas, Power of the Sun, The Atlantic Daily, 16 Desember 2022.