Fusi Dingin Menghidupkan Kembali Impian Energi Bersih Tanpa Plasma Panas

Apakah Fusi Nuklir Hanya Berarti Fusi Panas?

Fusi nuklir adalah Holy Grail penelitian energi. Ia akan menghasilkan jumlah energi bersih yang sangat besar, tanpa menghasilkan limbah nuklir atau emisi karbon, sekaligus menggunakan bahan bakar yang begitu melimpah sehingga menjadi mayoritas materi di alam semesta.

Ia juga sangat sulit dicapai, karena satu‑satunya cara yang kita ketahui agar fusi nuklir terjadi adalah meniru kondisi di dalam bintang, dengan tekanan dan suhu yang tak terbayangkan dalam puluhan atau ratusan juta derajat.

Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan medan magnet yang kuat untuk menahan dan memampatkan plasma ultra‑panas. Atau dengan ratusan laser kuat yang semua disinkronkan untuk menargetkan titik yang sama. Namun, semua metode ini kesulitan mempertahankan reaksi fusi cukup lama untuk “mengembalikan” energi yang dihabiskan untuk memulai fusi nuklir.

Sumber: IEEE

Kompleksitas teknologi fusi nuklir dan potensinya untuk menyelesaikan masalah energi kita dibahas secara lebih mendalam dalam artikel kami “Fusi Nuklir – Solusi Energi Bersih Utama di Cakrawala.”

Namun bagaimana jika fusi nuklir dapat terjadi dalam kondisi yang berbeda, menggunakan ilmu material, logam langka, dan kimia alih‑alih fisika plasma berdaya tinggi?

Inilah janji “fusi dingin,” sebuah bidang yang lama dianggap tidak ilmiah dan dicemooh oleh komunitas ilmiah. Hal ini berubah ketika sebuah makalah ilmiah diterbitkan di jurnal bergengsi Nature, berjudul “Observasi Emisi Neutron Selama Kavitasi Akustik pada Bubuk Titanium Deuterasi.”

Sejarah Fusi Dingin

Pada tahun 1989, peneliti Stanley Pons dan Martin Fleischmann mengklaim telah mencapai fusi dingin. Sayangnya, bertahun‑tahun upaya komunitas ilmiah untuk mereplikasi temuan tersebut sejauh ini belum berhasil, menyebabkan tuduhan ilmu berkualitas rendah atau bahkan penipuan terang‑terangan.

Kontroversi berikut secara permanen merusak citra konsep ini. Hal ini juga membuatnya sangat populer di kalangan amatir, penipu, dan “penemu” yang tidak serius yang enggan memaparkan “penemuan” mereka pada tinjauan sejawat dan pengawasan ilmiah.

Meskipun begitu, masih ada sejumlah kecil ilmuwan yang terus meneliti bidang ini, biasanya dengan nama yang kurang kontroversial seperti Reaksi Nuklir Energi Rendah (LENR), Ilmu Nuklir Materi Padat (CMNS), atau Reaksi Nuklir yang Dibantu Kimia (CANR).

Minat baru terhadap bidang ini muncul pada 2020‑an, ketika orang‑orang berusaha melampaui stigma penelitian amatir. Secara khusus, badan pemerintah AS ARPA‑E mengumumkan pada 2023 beberapa hibah untuk mendanai kelompok riset yang meneliti reaksi nuklir energi rendah (LENR), setelah hasil menarik yang dicapai peneliti NASA pada 2020.

Tim NASA menyebut metode mereka “fusi penahanan kisi.” Mereka menegaskan bahwa apa yang mereka lakukan bukan fusi dingin melainkan bentuk khusus fusi panas.

Meskipun demikian, menghasilkan fusi tanpa plasma menunjukkan bahwa fusi nuklir dapat dicapai dengan cara lebih beragam daripada yang diperkirakan sebelumnya, dan fusi dingin sebenarnya mungkin masih menjadi kemungkinan.

Dua Konsep Utama untuk Fusi Dingin

Fusi Berbasis Logam

Metode yang diusulkan untuk fusi dingin, awalnya diajukan oleh Pons & Fleischmann pada 1989, melibatkan penggunaan material yang berubah bentuk sehingga atom‑atom hidrogen terperangkap dan dipaksa bergabung. Untuk melakukannya, logam yang diinfuskan hidrogen seperti palladium, erbium, dan titanium telah diusulkan.

Konsep umum adalah bahwa dengan menyerap atom‑atom hidrogen dan mendekatkannya satu sama lain, kisi logam akan berubah bentuk. Dan hal itu dapat memfasilitasi penggabungan atom‑atom hidrogen menjadi helium.

Meskipun tidak sepenuhnya mustahil, fisikawan sejak awal bersikap skeptis karena tingkat energi yang diperlukan untuk mengatasi gaya tolak‑menolak inti hidrogen sangat besar.

Fusi Gelembung

Ide lain adalah bahwa fusi nuklir dapat terjadi di dalam gelembung ketika mereka runtuh; misalnya, gelembung dapat terbentuk di dalam air ketika dikenai ultrasonik, sebuah ide yang kadang disebut sonofusi.

Secara teori, gelombang kejut yang dihasilkan oleh runtuhnya gelembung dalam cairan dapat cukup kuat untuk menyebabkan fusi, tidak jauh berbeda dengan cara gelombang kejut yang diinduksi laser bekerja.

Juga diketahui bahwa kavitasi dapat menjadi gaya yang sangat kuat, misalnya, menggerogoti logam baling‑baling kapal hanya dengan gaya runtuhnya gelembung.

Sumber: Britannica

Subjek penelitian kontemporer melibatkan emisi cahaya ketika rongga yang dihasilkan oleh gelombang ultrasonik intensitas tinggi runtuh. Efek ini, yang disebut sonoluminesensi, dapat menciptakan suhu sesaat yang lebih panas daripada permukaan Matahari.

Jika sonoluminesensi dapat muncul dari “suhu yang lebih panas daripada permukaan Matahari”, secara teori fusi nuklir juga dapat terjadi.

Ide ini kontroversial seperti fusi dingin “kisi” klasik, dengan promotor utamanya yang banyak dikritik. Namun pada 2013, perdebatan kembali menyala:

Menurut laporan investigatif baru mengenai catatan Laboratorium Nasional Oak Ridge, temuan yang sangat dipublikasikan pada 2002 yang menimbulkan keraguan terhadap eksperimen fusi nuklir meja‑kecil telah sendiri dipertanyakan kembali.

Faktanya, reporter yang meneliti dump dokumen Oak Ridge juga menemukan bukti yang mungkin membenarkan beberapa peneliti yang terlibat—termasuk penulis utama Rusi Taleyarkhan, kini di Purdue University.

Spectrum IEEE

Meskipun demikian, minat yang kembali muncul pada 2013 tidak menghasilkan banyak hasil baru, dan ide tersebut kembali ke dalam tumpukan “akan bagus tapi tidak berhasil” dalam sejarah ilmu pengetahuan.

Penemuan 2024

Hal ini berlangsung sampai seorang peneliti tunggal, Max Fomitchev‑Zamilov, Presiden Maximus Energy Corporation, di AS, memublikasikan makalah ilmiah yang disebutkan sebelumnya di Nature.

Perusahaan tersebut berspesialisasi dalam menjual peralatan untuk eksperimen fisika nuklir, seperti detektor neutron, detektor gamma, spektrometer sinar‑X, prosesor pulsa digital, analis multichannel, dan perangkat lunak spektroskopi.

Pada Mei 2024, Dr. Fomitchev‑Zamilov mengklaim telah mendeteksi potensi peristiwa fusi dengan gelembung air berat (dibuat dengan deuterium alih‑alih hidrogen biasa) yang dicampur dengan partikel titanium.

Secara teori, hal ini akan menggabungkan kedua pendekatan teoritis untuk fusi dingin, dengan kisi logam titanium dan sonofusi.

Kami dapat mempertahankan produksi neutron selama beberapa jam dan mengulangi eksperimen berkali‑kali di bawah berbagai kondisi.

Kami berhipotesis bahwa neutron yang teramati berasal dari fusi nuklir ion deuterium yang terlarut dalam kisi titanium akibat aksi mekanik jet kavitasi yang menabrak.

Meninjau Lattice Cold Sonofusion

Hasil eksperimen sangat menarik. Tidak hanya puncak hitungan neutron “10.000x lebih tinggi dari latar belakang, tetapi juga hanya terjadi ketika gelombang akustik sekunder berinterferensi konstruktif menyebabkan puncak tekanan tajam berukuran beberapa ribu psi.“

Produksi neutron juga dapat dipertahankan selama beberapa jam.

Perlu dicatat bahwa setup eksperimental ini sangat kompak dan menggunakan komponen “biasa” dari detektor dan peralatan fisika nuklir, sehingga relatif mudah bagi peneliti lain untuk mereplikasi dan menguji.

Sumber: Nature

Untuk hal itu, kesediaan Dr. Fomitchev‑Zamilov membagikan data mentah dan setup eksperimentalnya merupakan langkah menyegarkan dalam bidang yang sering didominasi oleh “resep rahasia”.

Kemajuan Lambat

Mungkin yang lebih berharga adalah pengakuan dalam makalah yang dipublikasikan tentang apa yang tidak berhasil, sesuatu yang jarang dilakukan oleh penggemar fusi dingin.

Kavitasi gelembung deuterium dalam minyak mineral tidak berhasil, tidak peduli perubahan ukuran gelembung, amplitudo tekanan, frekuensi, atau penambahan surfaktan. Tetesan deuterium juga tidak berhasil.

“Kegagalan” semacam ini penting, karena menunjukkan bahwa deteksi neutron mungkin hanyalah kesalahan atau artefak pengukuran dari setup eksperimental. Namun, begitu mereka menambahkan partikel titanium terdeuterasi dengan air terdeuterasi (air berat), mereka mendeteksi fluks neutron.

Lebih menarik lagi, lonjakan neutron terjadi secara teratur, sinkron dengan gelombang akustik.

Sumber: Nature

Demikian pula, lonjakan neutron, yang berbeda dari kebisingan latar belakang dan sinyal lain, jelas terlihat ketika mengamati sampel selama 5 jam, lalu memulai gelombang akustik.

Sumber: Nature

Hasil‑hasil ini konsisten tercapai berulang‑ulang, dan dianalisis lebih lanjut selama 6 bulan, sehingga mengurangi kemungkinan kebetulan atau kasus aneh yang tidak dapat direplikasi.

Belum Bukti Definitif

Makalah yang dipublikasikan mengakui bahwa fusi dingin masih bukan satu‑satunya penjelasan untuk fluks neutron yang terdeteksi.

Yang ditunjukkan, dan menjadi penemuan terobosan, adalah bahwa dengan partikel titanium terdeuterasi + air terdeuterasi + gelombang suara/kavitasi, neutron dipancarkan.

Misalnya, kondisi eksperimen dapat menciptakan fenomena yang disebut spallasi. Ini adalah proses di mana input energi tinggi (seperti dari partikel berenergi tinggi) memecah inti menjadi komponennya, yang secara teoritis dapat menyebabkan neutron terdeteksi.

Sumber: Springer

Jadi, analisis lanjutan terhadap reaksi‑reaksi tersebut diperlukan, tampaknya memerlukan studi spektroskopi tambahan.

Memperbaiki Desain

Tentu saja, komentar lain yang perlu kami sampaikan adalah bahwa hasil‑hasil ini kini harus direplikasi oleh peneliti lain agar dapat dipercaya sepenuhnya.

Data lebih banyak perlu dikumpulkan dari eksperimen untuk memahami cara mengoptimalkan produksi neutron dan potensi reaksi fusi.

Material

Kami mengetahui dari publikasi ini bahwa bubuk Titanium/Deuterium dalam minyak stabil terhadap degradasi dan pemisahan setidaknya selama 6 bulan.

Namun sebelum membahas penggunaan praktis dari kemajuan potensial fusi dingin ini, kita perlu mengetahui apa yang dikonsumsi dalam proses tersebut.

Mekanisme Lattice Cold Sonofusion

Hipotesis kerja adalah bahwa jet kavitasi menjadi penyebab lonjakan neutron yang teramati dan fusi nuklir yang diasumsikan.

Jet‑jet ini mungkin “bertindak sebagai piston yang memadatkan ion deuterium yang tersimpan dalam kisi titanium. Dalam hal ini bahan jet tidak begitu penting dan tetesan H2O seharusnya seefektif tetesan D2O”.

Atau mungkin “jet harus mengandung ion deuterium dan mekanisme aksi adalah seperti berkas ion yang menabrak target terdeuterasi“.

Menjelaskan antara dua hipotesis ini kemungkinan akan menjadi langkah selanjutnya bagi Dr. Fomitchev‑Zamilov.

Gema Karya NASA?

Kita harus memperhatikan bahwa metode “fusi bukan‑dingin bukan‑plasma” yang ditemukan ilmuwan NASA pada 2020 menggunakan elektron kuat untuk memicu rangkaian tumbukan partikel, yang pada akhirnya mempercepat cukup untuk membuat atom deuterium memicu fusi.

Untuk mengatasi penghalang tersebut diperlukan rangkaian tumbukan partikel. Pertama, sebuah akselerator elektron mempercepat dan menabrakkan elektron ke target terdekat yang terbuat dari tungsten. Tumbukan antara berkas dan target menghasilkan foton berenergi tinggi, mirip dengan mesin sinar‑X konvensional.

Foton‑foton tersebut difokuskan dan diarahkan ke sampel erbium atau titanium yang dimuat deuteron. Ketika foton menabrak deuteron dalam logam, ia memecahnya menjadi proton dan neutron berenergi. Kemudian neutron tersebut bertumbukan dengan deuteron lain, mempercepatnya.

Mungkinkah kavitasi, yang sudah diketahui dapat menciptakan suhu sesaat lebih panas daripada permukaan Matahari pada tingkat atom, meniru proses yang sama tanpa akselerator partikel?

Energi Bersih Terpecahkan?

Jika penemuan ini dikonfirmasi dan disempurnakan, apakah itu berarti kita telah memecahkan fusi nuklir? Dan bahwa energi bersih melimpah hanya masalah waktu? Mungkin, tetapi satu titik data penting masih belum ada: meskipun kita tahu neutron dipancarkan, kita belum tahu berapa banyak energi yang dikeluarkan sistem.

Jadi, masalah yang selama ini menghambat fusi panas—menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsi—bisa jadi masalah yang sama bagi fusi dingin.

Titik positifnya adalah Dr. Fomitchev‑Zamilov bekerja di laboratorium meja, jauh dari fasilitas seperti Fasilitas Penyalaan Nasional (NIF) AS yang menghasilkan 500 triliun watt daya puncak pada satu titik melalui 192 sinar laser kuat.

Jadi meskipun output energi mungkin sederhana, kita dapat menyimpulkan bahwa inputnya juga serupa.

Investasi dalam Fusi Nuklir

Sebagai ide ilmiah yang baru muncul dari reputasi buruk yang hampir menjadi pembunuh karier bagi fisikawan yang berani menelitinya, fusi dingin saat ini sangat tidak dapat diakses oleh investor.

Air berat merupakan pasar yang sangat kecil, dengan hanya $161 juta diperdagangkan secara global (dan sedikit lebih banyak diproduksi secara lokal), dan Kanada adalah eksportir terbesar. Salah satu pemasok privat adalah raksasa peralatan laboratorium dan bahan habis pakai Sigma‑Aldrich, bagian dari Merck KGaA (MRK.DE ) (MRK.DE).

Saat ini, tidak ada perusahaan yang didedikasikan untuk menjadikan fusi nuklir panas secara komersial yang terdaftar secara publik. Ini termasuk Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, dan NEO Fusion.

Anda dapat menemukan daftar lengkap startup di bidang fusi nuklir pada halaman khusus Dealroom.

Satu pengecualian penting dari dominasi startup swasta adalah perusahaan publik Lockheed Martin Corporation (LMT ), raksasa industri pertahanan.

1. Lockheed Martin Corporation

Sejak awal 2010‑an, Lockheed bekerja pada Compact Fusion, sebuah reaktor fusi nuklir yang mereka harapkan siap pada 2020‑an. Namun, kemudian diumumkan bahwa pekerjaan pada proyek tersebut dihentikan pada 2021.

Perusahaan sangat tertutup mengenai proyek ini setelah pengumuman awal yang sangat antusias. Hingga kini, belum jelas apa yang membuat perusahaan meninggalkan ide tersebut.

Pada saat yang sama, tampaknya mereka belum sepenuhnya meninggalkan konsep itu, terutama dengan investasi pada 2024 di Helicity, sebuah startup yang mengembangkan mesin fusi.

Idenya adalah untuk mendorong pesawat luar angkasa dengan ledakan fusi singkat. Helicity berencana menggunakan senapan plasma, pendekatan yang sama seperti yang diambil oleh General Fusion.

Potensialnya, hasil internal Lockheed menunjukkan bahwa desain mereka tidak dapat mempertahankan fusi dengan cara yang kompatibel dengan produksi energi.

Namun mungkin, pada saat yang sama, ledakan singkat sudah cukup untuk kebutuhan propulsi di luar angkasa dan jauh lebih dekat menjadi produk nyata. Itu juga lebih cocok dengan profil perusahaan yang berfokus pada aerospace dan pertahanan.

2. General Fusion

General adalah salah satu startup yang memimpin upaya menjadikan fusi sebuah usaha sektor swasta, alih‑alih proyek fisika yang dibiayai publik.

Perusahaan ini didirikan pada 2002 untuk mengembangkan teknologi Magnetized Target Fusion (MTF).

MTF diperkirakan oleh perusahaan sebagai jalur lebih pendek menuju fusi dengan energi positif dan jauh lebih murah. General Fusion adalah yang pertama di dunia membangun dan mengoperasikan injektor plasma toroid kompak pada skala pembangkit listrik pada 2010 dan telah mencapai banyak tonggak selanjutnya.

Sumber: General Fusion

Perusahaan menargetkan mencapai fusi dengan suhu 100 juta derajat Celsius pada 2025 dan maju menuju keseimbangan energi (pengembalian positif dari fusi nuklir) pada 2026. Sebelumnya, model skala 1/5 dibuat pada 2023, dan kinerjanya sesuai dengan harapan model komputer.

Secara keseluruhan, General Fusion telah menghabiskan dua dekade membangun secara bertahap setiap teknologi inti dari desain akhir mereka, menguji masing‑masing sepanjang jalan dan berhasil memvalidasi ide tersebut, setidaknya sampai saat ini.

Sumber: General Fusion

Sebagai perusahaan swasta, mereka tidak perlu membahas dan menegosiasikan perubahan desain, tidak seperti proyek internasional seperti ITER. Mereka juga dapat memilih teknologi berdasarkan meritnya, tanpa harus memutuskan apakah negara tertentu harus mendapatkan kontrak karena alasan politik.

Inilah mengapa banyak yang mengharapkan General Fusion dan beberapa pesaingnya dapat mengelola apa yang tidak dapat dilakukan proyek pemerintah besar.

3. TAE Technologies

Dulu dikenal sebagai Tri Alpha Energy, perusahaan berbasis California ini fokus pada pengembangan teknologi energi fusi. TAE Technologies saat ini sedang meningkatkan platform fusi mereka, Norman, menjadi mesin generasi keenam bernama Copernicus.

Sumber: TAE

Teknologi TAE mengandalkan akselerator partikel untuk menyuntikkan energi ke dalam plasma dan “bertindak sebagai agen pengental yang membuatnya lebih mudah dikelola”.

Perusahaan juga secara ekstensif menggunakan pencetakan 3D dalam pembuatan Copernicus, memungkinkan iterasi cepat bagian‑bagian baru dan pemecahan masalah yang lebih cepat. Misalnya, mereka berhasil mencetak beberapa komponen reaktor dengan setengah berat dibandingkan manufaktur konvensional.

Sumber: TAE

Jika semua berjalan lancar, perusahaan memperkirakan akan membangun prototipe pembangkit listrik pertama yang dapat terhubung ke jaringan pada awal 2030‑an, yang kemudian akan ditingkatkan untuk mengembangkan “daya listrik komersial yang kuat dan dapat diandalkan” sepanjang dekade.

Fusi, menurut CEO‑nya Michel Binderbauer, akan membawa kita ke “paradigma kelimpahan.”

Selama 25 tahun terakhir, perusahaan beroperasi dengan model “bayar per tonggak”, di mana setiap putaran pendanaan hanya diperoleh dari investor berdasarkan pencapaian tonggak yang dijanjikan.

Pada 2022, Google dan Chevron (CVX ) berinvestasi di TAE Technologies sebagai bagian dari penggalangan dana $250 juta perusahaan. Google sebenarnya telah bermitra dengan TAE selama satu dekade dan menyediakan AI serta daya komputasi.

Perusahaan juga menawarkan layanan ilmu hayat (Terapi Penangkapan Neutron Boron – BNCT) dan solusi daya seperti baterai dan e‑mobility.

4. Helion

Helion bertujuan menciptakan fusi dengan deuterium dan helium‑3, alih‑alih pendekatan umum yang berfokus pada fusi dengan tritium.

Biasanya helium‑3 sangat sulit ditemukan. Namun Helion memiliki metode untuk memproduksinya dari deuterium di dalam reaktor mereka sendiri. Jika tidak, alternatif yang belum terbukti seperti penambangan di Bulan mungkin diperlukan.

Seperti kebanyakan usaha swasta dalam fusi, Helion menggunakan teknologi injeksi plasma.

Fitur unik lain Helion adalah menargetkan penangkapan listrik langsung dari plasma, menggunakan Hukum Faraday untuk menginduksi arus, sehingga melewati siklus pemanasan uap yang umum pada pembangkit listrik nuklir.

Ini merupakan langkah yang berani, namun juga dapat meningkatkan hasil pembangkit listrik masa depan sebesar 2‑3 kali lipat, karena konversi panas‑ke‑uap‑ke‑listrik biasanya memiliki efisiensi yang sangat rendah. Ini juga merupakan prosedur yang sangat intensif modal.

Plant fusi Helion diproyeksikan memiliki biaya bahan bakar yang hampir nol, biaya operasional rendah, waktu operasional tinggi, dan biaya modal yang kompetitif. Mesin kami memerlukan biaya modal jauh lebih rendah karena kami dapat melakukan fusi secara sangat efisien dan tidak memerlukan turbin uap besar, menara pendingin, atau persyaratan mahal lainnya dari pendekatan fusi tradisional.

Helion saat ini mengoperasikan Trenta, reaktor generasi ke‑6 mereka yang telah mencapai lebih dari 10.000 pulsa dan suhu 100 juta derajat Celsius.

Sumber: Helion

Saat ini mereka beralih ke Polaris, model berikutnya yang diperkirakan memiliki pulsa magnetik 100× lebih cepat daripada Trenta, yang akan menjadikannya fusi nuklir pertama yang menghasilkan keuntungan bersih listrik.

Perlu dicatat bahwa Polaris akan memiliki panjang 19 m, jauh dari instalasi raksasa dibandingkan dengan desain reaktor fusi klasik lainnya.