Menyokong Masa Depan dengan Logam Sehari-hari

Energi fusi telah menjadi berita selama beberapa tahun terakhir, dan komunitas ilmiah sedang bergemuruh tentang reaktor futuristik. Namun di balik layar, beberapa logam paling umum secara diam-diam memungkinkan lompatan fusi dari laboratorium ke jaringan. Tungsten, tembaga, dan litium—elemen yang kita temui setiap hari—menjadi tak tergantikan dalam upaya mencari energi bersih tak terbatas.

Tokamak Tungsten WEST Mencetak Rekor Fusi 6 Menit

Dalam tonggak penting bagi energi fusi, perangkat WEST (tungsten (W) Environment in Steady-state Tokamak) di Prancis telah mencetak rekor baru. WEST mempertahankan plasma fusi pada suhu 50 juta derajat Celsius selama enam menit, menyuntikkan 1,15 gigajoule daya. Pencapaian ini menggandakan kepadatan plasma dan menghasilkan 15% lebih banyak energi dibandingkan rekor sebelumnya.
WEST dioperasikan oleh Komisi Energi Alternatif Prancis dan Energi Atom (CEA). Ini merupakan bagian dari program Koordinasi IAEA tentang Tantangan Internasional pada Operasi Durasi Panjang (CICLOP). Departemen Energi AS’s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) memiliki kemitraan panjang dengan WEST dan CICLOP.

“Kita perlu menyediakan sumber energi baru, dan sumber tersebut harus kontinu dan permanen. Ini adalah hasil yang luar biasa. Kami telah mencapai regime stasioner meskipun berada dalam lingkungan yang menantang karena dinding tungsten ini.”

– ilmuwan CEA dan ketua CICLOP Xavier Litaudon

Dasar-dasar Fusi

Fusion menggerakkan matahari dan bintang. Itu terjadi ketika unsur ringan seperti hidrogen dipanaskan hingga suhu sangat tinggi, membentuk plasma. Dalam keadaan ini, partikel plasma bertabrakan dan bersatu, melepaskan sejumlah besar energi.

Di Bumi, perangkat fusi yang disebut tokamak menggunakan medan magnet kuat untuk menahan plasma dalam ruang berbentuk donat. Tujuannya adalah mencapai reaksi fusi yang mandiri yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dimasukkan, berpotensi menyediakan sumber energi yang hampir tak terbatas, aman, dan bebas karbon.

Namun, mempertahankan reaksi ini cukup lama untuk mengekstrak energi bersih tetap menjadi tantangan signifikan. Plasma harus dipanaskan ke suhu lebih tinggi daripada inti matahari dan dijaga stabil untuk periode yang lama. Tidak seperti kebanyakan tokamak, yang menggunakan dinding dalam karbon yang menahan terlalu banyak bahan bakar sehingga tidak layak untuk reaktor, material alternatif sedang dieksplorasi.

Dinding Tungsten WEST: Kemajuan yang Relevan untuk Reaktor

WEST dilapisi dengan tungsten, kandidat utama untuk reaktor fusi masa depan. Tungsten menahan jauh lebih sedikit bahan bakar dibandingkan karbon, yang merupakan keharusan untuk operasi reaktor yang efisien. Namun, bahkan jika tungsten terdeteksi dalam plasma, ia dapat dengan cepat mendingin melalui radiasi. Luis Delgado-Aparicio dari PPPL menjelaskan:

“Lingkungan dinding tungsten jauh lebih menantang dibandingkan menggunakan karbon. Ini, sederhana saja, perbedaannya antara mencoba menangkap anak kucing Anda di rumah versus mencoba mengelus singa paling liar.”

Meskipun sulit, tembakan rekor 6 menit WEST dengan dinding tungsten merupakan langkah maju yang signifikan. Durasi ini dua kali lebih lama dibandingkan rekor pada pendahulu WEST yang menggunakan dinding karbon, Tore Supra. Menunjukkan pulsa panjang dengan material yang relevan untuk reaktor sangat penting bagi tujuan CICLOP dan pembangkit listrik masa depan.

Diagnostik Sinar-X Baru Memungkinkan Terobosan

Tembakan yang mencetak rekor tersebut didagnosa menggunakan sistem pencitraan sinar-X inovatif yang dikembangkan oleh PPPL. Kamera sinar-X lunak multi-energi (ME-SXR) yang dibuat oleh DECTRIS, khusus disesuaikan oleh PPPL untuk mengukur sifat plasma dengan detail yang belum pernah ada sebelumnya.

“Kelompok sinar-X di Departemen Proyek Lanjutan PPPL sedang mengembangkan semua alat inovatif ini untuk tokamak dan stellarator di seluruh dunia.”

– Delgado-Aparicio, kepala proyek lanjutan PPPL

Biasanya, diagnostik fusi menggunakan satu atau dua tingkat energi sinar-X. ME-SXR PPPL mengambil pembacaan simultan pada delapan tingkat energi antara 11 hingga 18 kiloelectronvolt (keV). Rentang ini memberikan data yang jelas tentang inti plasma sambil mengeluarkan interferensi dari gelombang pemanasan radio-frekuensi.

ME-SXR secara langsung mengukur suhu elektron di inti plasma dengan membandingkan intensitas pada energi yang berbeda. Ia juga menentukan kepadatan impuritas tungsten yang bermigrasi dari dinding, yang merupakan data penting untuk mengoptimalkan operasi pulsa panjang dengan dinding logam. Menurut koordinator WEST Remi Dumont:

“Sistem khusus ini adalah yang pertama sejenis dengan diskriminasi energi. Ini spektakuler. Berkat pengukuran baru ini, kami akan memiliki kemampuan untuk mengukur tungsten di dalam plasma dan memahami transportasi tungsten dari dinding ke inti.”

Hasil Rekor Membuka Pintu untuk Pengembangan Reaktor

Tim PPPL, dipimpin oleh Delgado-Aparicio dan peneliti Tullio Barbui, menemukan plasma WEST mencapai 4-4,5 kilovolt (hampir 50 juta°C) yang stabil di inti selama tembakan 6 menit. Baik profil impuritas maupun suhu tetap stabil.

Temuan ini dikonfirmasi oleh simulasi lanjutan dari ilmuwan CEA. Menurut Litaudon:

“Kamera yang dapat memisahkan energi ini akan membuka jalur baru dalam hal analisis. Berkat diagnostik ini, kami dapat memahami masalah ini dan menelusuri akar fisika baik untuk pengukuran maupun simulasi.”

PPPL dan WEST berusaha meningkatkan kontrol suhu dan impuritas tungsten lebih lanjut untuk memungkinkan operasi yang lebih lama dan lebih stabil. Selain itu, PPPL membagikan teknologi ME-SXR-nya ke tokamak di seluruh dunia untuk mempercepat penelitian yang relevan dengan reaktor. 

“ME-SXR hanyalah bagian dari kontribusi diagnostik yang lebih global dari PPPL ke CEA/WEST. Kolaborasi ini sangat membantu kami. Dengan kombinasi diagnostik ini, kami akan dapat melakukan pengukuran yang sangat akurat dalam plasma dan mengendalikannya secara real-time.”

– Dumont 

Logam Sehari-hari yang Menyokong Fusi: Tungsten, Tembaga, Litium

Sementara plasma menjadi sorotan, masa depan fusi juga bergantung pada komponen yang lebih nyata. Tiga logam terbukti esensial: tungsten, tembaga, dan litium.

Tungsten dihargai karena titik lelehnya yang sangat tinggi, 3422°C, tertinggi di antara semua unsur. Ini memungkinkannya menahan panas menyengat plasma fusi. Perusahaan China Xiamen Tungsten Co., Ltd., yang terdaftar di Bursa Saham Shanghai, merupakan produsen global teratas. 

Pada tahun 2023, meskipun pendapatan operasional turun 18,30% menjadi 39,398 miliar yuan, perusahaan mencatat kenaikan laba bersih yang dapat dialokasikan kepada pemegang saham sebesar 10,75%, mencapai 1,602 miliar yuan. Ekspansi kapasitas produksi dan peningkatan efisiensi Xiamen Tungsten memperkuat posisinya sebagai pemasok utama tungsten berkadar tinggi untuk aplikasi fusi, menjadikannya prospek menarik bagi investor.

Tembaga adalah kunci elektronik fusi karena konduktivitas listrik dan termalnya yang luar biasa. Kumparan magnetik, busbar, dan penukar panas semuanya bergantung pada tembaga untuk mengelola arus dan panas intensif fusi. 

Freeport-McMoRan Inc. (FCX), produsen tembaga publik terbesar yang berkantor pusat di Amerika Serikat, mempertahankan kesehatan keuangan yang kuat pada tahun 2023 dengan pendapatan $24,6 miliar dan laba bersih $4,2 miliar. Cadangan tembaga perusahaan yang luas, komitmen terhadap keberlanjutan, dan kemajuan teknologi memperkuat prospek pertumbuhannya, terutama dengan meningkatnya permintaan tembaga dari energi terbarukan dan kendaraan listrik.

Lithium, logam paling ringan, menjadi andalan fusi karena potensial elektrokimianya yang luar biasa. Selimut litium dapat memproduksi bahan bakar tritium, dan baterai litium dapat menyimpan energi fusi secara efisien. Albemarle Corporation (ALB), produsen litium utama, melaporkan pendapatan tahunan rekor $9,62 miliar pada 2023, naik 31% dari tahun sebelumnya.

Meskipun menghadapi tantangan seperti penurunan permintaan EV dan harga litium yang turun, unit Penyimpanan Energi Albemarle mencatat pertumbuhan volume impresif sebesar 35%, terutama dari pabrik La Negra yang diperluas di Chili. Fokus perusahaan pada pengurangan biaya, fleksibilitas keuangan, dan investasi pertumbuhan menempatkannya dengan baik di pasar litium yang berkembang, meskipun harga sahamnya mengalami penurunan signifikan selama setahun terakhir.

Seiring fusi berkembang, permintaan akan logam-logam ini diperkirakan akan melambung. Tungsten, tembaga, dan litium mungkin tidak memiliki kilau plasma, tetapi mereka menjadi tulang punggung masa depan fusi yang cerah. Produsen yang mampu memasok material berkadar tinggi secara skala besar dapat melihat peningkatan signifikan saat era fusi dimulai.

Kemitraan Pelopor Menggerakkan Kemajuan

Terobosan ini tumbuh dari kolaborasi antara lembaga fusi terkemuka. PPPL, pelopor dalam diagnostik plasma, mengembangkan ME-SXR dengan dana dari hibah karir awal DOE dan pengembangan diagnostik. Tokamak WEST milik CEA, satu-satunya perangkat berdinding tungsten di dunia untuk mengeksplorasi tembakan berdurasi panjang, menyediakan tempat uji yang ideal.
DECTRIS, pemimpin dunia dalam detektor sinar-X, menyediakan teknologi inti yang diadaptasi PPPL menjadi ME-SXR baru. Menurut Kepala Penjualan DECTRIS Nicolas Pilet:

“Komunitas fusi plasma adalah salah satu yang pertama menguji teknologi penghitungan foton hibrida untuk memantau dinamika plasma. Kami sangat bangga berkontribusi pada pengembangan ini dengan produk kami dan sangat senang dengan kolaborasi luar biasa kami.”

Rekor WEST juga merupakan keberhasilan bagi CICLOP, program IAEA yang mengoordinasikan upaya global pada tantangan pulsa panjang. Dengan menggabungkan keahlian dan sumber daya, CICLOP bertujuan menyelesaikan secara sistematis isu-isu kunci yang menghalangi operasi fusi berkelanjutan. Litaudon berkata:

“Tonggak ini merupakan langkah penting menuju tujuan program CICLOP. Pekerjaan PPPL di WEST adalah contoh yang luar biasa.”

Di Jalan Menuju Energi Fusi Bersih

Rekor 6 menit WEST dengan dinding tungsten menandai kemajuan signifikan bagi energi fusi. Ini membuktikan bahwa tokamak dengan material yang relevan untuk reaktor dapat secara berkelanjutan menahan plasma pada suhu yang diperlukan untuk tenaga fusi praktis. Diagnostik baru seperti ME-SXR PPPL memungkinkan peneliti mengukur dan mengoptimalkan plasma dengan presisi yang belum pernah ada sebelumnya.

Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk mengembangkan reaktor fusi yang layak. Durasi pulsa perlu diperpanjang dari menit menjadi bulan sambil meningkatkan kepadatan dan menjaga stabilitas. Material canggih, magnet, dan sistem ekstraksi panas sangat penting. Namun, ilmuwan secara bertahap mewujudkan potensi besar fusi menjadi kenyataan.

Fusi memiliki potensi untuk menyediakan sumber energi yang aman, bebas karbon, dan hampir tak habis. Ini dapat membantu mengurangi perubahan iklim, meningkatkan keamanan energi, dan mendukung era berikutnya dari perkembangan manusia. Secara keseluruhan, seperti yang ditunjukkan oleh WEST dan CICLOP, kolaborasi global adalah kunci untuk mengatasi tantangan fusi dan menyampaikan manfaat besarnya kepada dunia.

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang investasi dalam logam mulia.