Energi
Proyek Fusi Nuklir Komersial Pertama Diumumkan
Fusi, Sumber Energi Utama
Seiring pasokan energi yang stabil, dapat diandalkan, murah, dan netral karbon menjadi masalah yang semakin mendesak, semua perhatian tertuju pada solusi nuklir.
Ini termasuk fisi nuklir, atau pemisahan atom berat seperti uranium, torium, atau plutonium. Teknologi ini mengalami kebangkitan dramatis seiring dengan penghentian pembangkit listrik tenaga batu bara dan gas, meskipun kebutuhan akan pembangkit listrik dasar, serta tren elektrifikasi transportasi, pemanasan, dan produksi industri.
Namun, teknologi ini tidak tanpa masalah, bahkan untuk generasi ke-4 pembangkit listrik nuklir yang lebih maju. Yang paling menonjol, masih melibatkan penanganan bahan radioaktif tinggi, sesuatu yang masih membuat publik waspada dan tidak akan pernah sepenuhnya netral secara lingkungan.
Inilah mengapa para ilmuwan meneliti janji fusi nuklir, yang menggabungkan atom-atom seperti hidrogen, fenomena yang sama yang memberi energi pada Matahari.
Sumber: Nature
Ini akan menggunakan bahan bakar yang merupakan unsur paling melimpah di alam semesta dan menghasilkan hanya helium atau litium yang tidak berbahaya. Ia juga akan cukup kuat untuk menyediakan energi yang pada dasarnya tak terbatas, dengan risiko nol ledakan atau reaksi berantai yang tak terkendali.
Masalahnya adalah menciptakan kondisi yang diperlukan sangat sulit sehingga belum ada reaktor fusi yang pernah mendekati komersialisasi hingga saat ini.
Hal ini mungkin berubah dalam kurang dari satu dekade, setidaknya menurut Commonwealth Fusion Systems (CFS). Perusahaan baru saja mengumumkan bahwa mereka sedang bergerak menuju pembangunan reaktor fusi komersial pertama di Virginia.
Proyek Reaktor CFS
Commonwealth Fusion Systems menargetkan reaktor ARC mereka menghasilkan 400 MW untuk jaringan listrik Virginia, yang cukup untuk memasok listrik ke 150.000 rumah.
Ini merupakan kemajuan radikal bagi bidang fusi nuklir, karena selama ini tampak bahwa reaktor skala pertama masih 20-30 tahun lagi. Bahkan proyek internasional besar ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) tidak diperkirakan selesai sebelum tahun 2039.
Sebagai perbandingan, reaktor CFS direncanakan dibangun di lokasi yang dimiliki oleh perusahaan energi Dominion (D ). Mereka melihatnya dapat diwujudkan pada awal 2030-an.
“Kebutuhan pelanggan kami yang semakin meningkat akan tenaga listrik bebas karbon yang dapat diandalkan mendapat manfaat dari pilihan opsi pembangkit listrik yang seluas mungkin, dan dengan semangat itu, kami senang membantu CFS dalam upayanya.” Edward H Baine – Presiden Dominion
Commonwealth Fusion Systems
Teknologi CFS
Untuk memahami seberapa realistis proyek ini, kita perlu melihat sejarah CFS. Perusahaan ini dipisahkan dari MIT pada tahun 2018 dan telah mengumpulkan $2 miliar sejak saat itu, terutama dari raksasa minyak Italia, Eni. CFS mengembangkan reaktor fusi berbasis desain tokamak “klasik”, yang membentuk plasma dalam bentuk torus (bentuk donat).
Sumber: DOE
(Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang fusi nuklir dan berbagai desain reaktor dalam “Fusi Nuklir – Solusi Energi Bersih Utama di Masa Depan” dan superkonduktivitas dalam “Kemajuan dalam Superkonduktivitas Membuka Jalan bagi Revolusi Teknologi Baru”)
CFS menggunakan magnet superkonduktor suhu tinggi (HTS) yang dikembangkan bekerja sama dengan MIT. Mereka akan mengendalikan dan memampatkan plasma deuterium-tritium untuk menciptakan fusi nuklir.
Selimut “cair” menangkap energi tersebut sebagai panas, kemudian mentransfernya ke air yang menggerakkan turbin uap untuk menghasilkan listrik. Deuterium tersedia hampir di mana saja dan dapat disaring dari air laut, sementara selimut ARC secara alami akan menghasilkan tritium.
Pada tahun 2021, mereka mengembangkan magnet HTS 20 tesla, peningkatan 100-1.000 kali dibandingkan kinerja magnet sebelumnya dan yang terbesar pernah dibuat.
Magnet-magnet ini kini dirakit dalam desain baru yang memecahkan rekor yang disebut Central Solenoid Model Coil (CSMC). Pada tahun 2024, perusahaan juga menerbitkan teknologinya untuk kabel superkonduktor suhu tinggi dengan densitas arus tinggi yang memberi daya pada magnet-magnet ini.
Penggunaan bahan bakar akan sangat kompak, seperti pada semua teknologi fusi nuklir:
“Karena hanya diperlukan sedikit jumlah, bahan bakar ARC untuk 30 tahun dapat dikirim dengan satu truk saat pabrik baru dibuka, tanpa risiko perubahan harga di masa depan dan tanpa keterkaitan dengan rantai pasokan global yang rumit.”
Seri Reaktor Mendatang
Magnet HTS akan digunakan untuk membangun SPARC, yang bertujuan menjadi reaktor fusi net-energi pertama, artinya ia akan menghasilkan lebih banyak energi dari fusi daripada yang dikonsumsinya dengan menyalakan plasma hidrogen.
SPARC sudah dalam tahap konstruksi di kampus CFS di Massachusetts namun belum menghasilkan plasma pertamanya.
Sumber: CFS
Jika semuanya berjalan lancar dengan demonstrator SPARC, ARC, yang akan dibangun di Virginia, menjadi langkah selanjutnya.
Sumber: CFS
Sementara SPARC ada untuk menguji teknologi, ARC ada untuk menguji ekonomi desain. Setiap ARC akan berukuran sekitar toko besar dengan kebutuhan lokasi yang serupa.
Sumber: CFS
Langkah selanjutnya adalah memproduksi ARC secara massal, dengan tujuan mengurangi biaya manufaktur dan menyebarkan biaya R&D.
Dukungan Serius
CFS tidak hanya didukung oleh Dominion dan Eni tetapi juga oleh Badan Energi Atom Inggris, dengan siapa mereka menandatangani kesepakatan kolaborasi lima tahun pada tahun 2022.
Upaya penelitian CFS dibiayai oleh penghargaan dari dua program Departemen Energi AS, Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) dan Fusion Energy Sciences (FES).
Para ahli MIT juga terlibat erat dengan CFS:
“Di mana misi TFMC adalah menunjukkan kekuatan yang stabil, CSMC perlu menunjukkan kecepatan.
Ratusan tangan telah menyentuh kumparan ini, dari konsepsi di papan gambar hingga program pengujian yang panjang dan rumit. Kecerdikan, ketekunan, dan semangat yang ditunjukkan oleh tim yang erat ini sama mengesankannya dengan kumparan yang lahir dari kerja keras mereka.”
— Ted Golfinopoulos, salah satu Peneliti Utama MIT pada reaktor fusi.
Penilaian CFS
Prestasi Commonwealth Fusion Systems dalam teknologi magnet berada di tingkat dunia. Penahanan magnetik yang stabil, konsep utama reaktor tokamak, dapat menjadi kunci yang hilang untuk memecahkan teka-teki fusi nuklir.
Bagaimanapun, ini akan menjadi teknologi yang sangat berharga, tidak hanya untuk aplikasi fusi.
Namun, masih terlalu dini untuk menilai seberapa optimis tujuan dan jadwal CFS. Fusi nuklir adalah bidang yang dipenuhi prototipe menjanjikan yang ternyata kurang stabil atau produktif dibanding harapan.
Jadi, belum jelas apakah daya ekstra magnet CFS akan cukup untuk menghasilkan plasma fusi yang dapat diandalkan dan menguntungkan.
Sebagai contoh masalah yang mungkin belum terpecahkan, selimut yang menghasilkan tritium di dalam reaktor mungkin tidak seproduktif atau setangguh yang diharapkan, bahkan jika generasi plasma berjalan lancar. Mengumpulkan kembali energi dan mengubahnya menjadi listrik tanpa merusak reaktor selama puluhan tahun operasi juga dapat menjadi tantangan.
Kepercayaan yang ditunjukkan oleh CFS dan Dominion Energy, bagaimanapun, menunjukkan bahwa fusi nuklir sedang membuat kemajuan besar. Bersama dengan AI yang dapat mengembangkan material baru atau menstabilkan plasma secara real-time, kita mungkin hanya 1-2 dekade lagi dari energi murah tak terbatas yang akan segera memungkinkan penerapan masif desalinasi, eksplorasi luar angkasa, pertanian dalam ruangan, dll.
Perusahaan Fusi
Saat ini, tidak ada perusahaan yang sepenuhnya didedikasikan untuk menjadikan fusi nuklir secara komersial yang terdaftar di bursa. Ini termasuk Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, dan NEO Fusion.
Anda dapat menemukan daftar lengkap startup di bidang fusi nuklir pada halaman khusus Dealroom.
Namun, satu perusahaan yang terdaftar publik telah aktif di bidang fusi, dengan pengalihan konsepnya dari produksi energi ke propulsi luar angkasa: Lockheed Martin.
Lockheed Martin Corporation
(LMT )
Satu pengecualian penting terhadap dominasi startup swasta di bidang ini adalah perusahaan publik Lockheed Martin Corporation, raksasa industri pertahanan.
Lockheed telah bekerja sejak awal 2010-an pada Compact Fusion, sebuah reaktor fusi nuklir yang diperkirakan siap pada tahun 2020-an. Namun, kemudian diumumkan bahwa pekerjaan pada proyek tersebut dihentikan pada tahun 2021.
Perusahaan ini sangat tertutup mengenai proyek ini sejak pengumuman publik awal. Hingga kini, belum jelas apa yang mendorong perusahaan meninggalkan ide tersebut.
Pada saat yang sama, tampaknya mereka tidak sepenuhnya meninggalkan konsep tersebut, terutama dengan investasi pada tahun 2024 di Helicity, sebuah startup yang mengembangkan mesin fusi.
Idenya adalah menggerakkan pesawat luar angkasa dengan ledakan singkat fusi. Helicity berencana menggunakan senjata plasma, pendekatan yang sama seperti General Fusion. Secara potensial, hasil internal Lockheed menunjukkan bahwa desainnya tidak dapat mempertahankan fusi dengan cara yang kompatibel dengan produksi energi.
Namun mungkin, pada saat yang sama, apakah ledakan singkat sudah cukup untuk kebutuhan propulsi di luar angkasa dan jauh lebih dekat menjadi produk nyata? Hal ini juga akan lebih cocok dengan profil perusahaan yang secara keseluruhan berfokus pada aerospace dan pertahanan.
