Verden trenger fusjonsenergi! Hvis det er det, er nok de fleste enige i det, men hvordan skal det gjøres? En rekke forskere og kvinnelige industrifolk samlet seg ved Londons Science Museum 18. oktober for å prøve å rette opp og fortelle fremtiden.

AV JÖRGEN STÄDJE

Det gjaldt spørsmål som om verden faktisk trenger fusjonsenergi, hvordan dette vil forandre verden, og hvordan fusjonsenergi bør industrialiseres. Men siden fusjon ikke fungerer ennå, ble også innovasjonene som trengs for å gjøre fusjonsreaktorer en realitet diskutert.

Bemerkelsesverdige blant foredragsholderne var folk fra UKAEA (UK Atomic Energy Authority), ITER, Tokamak Energy, EUROfusion, Marvel Fusion, TAE Technologies, US Department of Energy, First Light Fusion, Helion Energy, MIT og andre, i utgangspunktet et konglomerat av hele fusjonsindustrien slik den er nå.

Jordsystemvitenskapsprofessor Mark Maslin fra University College London måtte begynne å snakke om klimaendringer, hvordan klimagasser ble oppdaget og hvorfor jorden varmes opp av klimagasser og det triste resultatet av dette, som har en havnivå som stiger 5 millimeter per år. Det har gått gjennom de ulike klimaavtalene og de har ikke lyktes særlig godt, men at en gjennomsnittlig økning på 1,5 grader ser ut til å være mulig. Problemet vårt er at vi ikke klarer å håndtere konsekvensene. Vi kan ikke slukke store skogbranner eller håndtere store flom, vi takler bare ikke varmen.

Men mennesket gir seg ikke, men energiforbruket vårt øker enormt. Men 80 % kommer fra fossilt brensel. Samtidig skal vi doble forbruket vårt innen 2050. Den fattige verden vil forbli i energifattigdom og trenger hjelp. Det må løses med global elektrifisering. Resultatet vil være en økning i elektriske og hydrogendrevne kjøretøy og fly, som krever mer strøm.

Det kan fikses. Den grunnleggende vitenskapen bak fusjon ser ut til å være etablert. Nå handler det om å gjøre det i praksis, med bedre datasimuleringer, superledende magneter, få nok tritium osv.

Det viktige

Foredragsholderne sa at fusjonen vil være her om ti år, og National Ignition Facility i USA vil kunne vise noe neste år.

På den annen side har panelet sett vind og sol fordi lagringskostnadene kommer til å skyte i været hvis vi går opp til 100 % sol og vind fordi energi er tilfeldig og batterier kommer til å bli uoverkommelig dyre.

Men er det virkelig noen som ønsker å investere i fusjonsenergi? Et typisk kraftverk med fossilt brensel koster noen få milliarder dollar. Det første fusjonsanlegget vil trolig ende på rundt 5-10-20 milliarder dollar. Det kan være vanskelig å finne långivere og politikere vil ha vanskeligheter med å forstå deres funksjon og nytte. Det kan også være vanskelig å få samfunnet til å forstå at denne typen atomreaksjoner er ufarlige: vitenskapsfiendtlighet. På den annen side vil energisikkerheten være total. Vi kommer aldri til å ha mangel på strøm.

Global fremgang

Hva skjer med fusjonsteknologi? Melanie Windridge fra Fusion Energy Insights snakket om utviklingen. UKAEAs JET-tokamak i Culham har klart å holde reaksjonen i gang fem sekunder!! Så de ikke-superledende magnetene blir for varme. Britiske STEP forventes å levere strøm til det britiske strømnettet innen 2040. Kinas superledende tokamak EAST har nådd temperaturer på 120 millioner grader per tusen sekunder, men uten å hente ut mer energi enn den tilfører. Den japanske superlederen JT-60SA forventes å holde en reaksjon i gang i 100 sekunder i 2023. Laserreaktoren ved National Ignition Facility ved Lawrence Livermore Laboratory i California oppnådde 1,3 MJ fusjonsenergi i en enkelt eksplosjon, men uten å oppnå en fusjon reaksjon («tenning»).

Men tritium er litt vanskelig å finne, i stedet smeltet TAE Technologies deuterium og det lever ved 50 millioner grader. Tritium er faktisk et sensitivt tema. En reaktor må produsere sitt eget tritium og helst mer enn den forbruker. Da må du løse problemet med hvordan du lagrer tritium effektivt. Tritium finnes i litiumet som brukes i reaktorskallet, men også dette må utvinnes effektivt.

Men det som virkelig er viktig er at privat industri kommer inn i næringslivet, alene eller i samarbeid med offentlig sektor. Det kan hevdes at fusjon ikke vil fungere hvis den ikke brukes globalt – teknologisk, pedagogisk, politisk osv.

ITERs tokamak i Marseille, Frankrike er omtrent 85 % fullført. Deler fra hele verden sendes og installeres. Det dreier seg om 350 tonn magneter som skal sendes fra Japan og settes sammen med millimeterpresisjon. Dessverre ble det funnet noe korrosjon i ulike kjølekanaler, noe som var uventet. Brexit har også grepet inn og lagt noen politiske hindringer i veien for samarbeid, men ITER jobber med saken.

Fusjon og industri

Hvordan skal fusjonseksperimenter flyttes ut av laboratoriet og inn i dagliglivet? Fusjonsreisen? Det handler om å bygge en industriell infrastruktur og begynne å levere. Forsyningskjeden må starte nå for å starte masseproduksjon innen 2050, selv om ikke alle prinsippene er klare. En trist ting er at utdanning i England er utdatert når det gjelder fusjon. Det er derfor et spørsmål om å tilegne seg større kompetanse og få studenter og universiteter til å forstå hva fremtiden er i energisektoren.

Scott Hsu, ledende fusjonskoordinator ved US Department of Energy, sa at Pricenton Universitys fysikkavdeling tilbyr doktorgradsstudenter å jobbe med fusjon og deretter tilby dem jobber i industrien. Boston MIT gjør noe lignende. Det er dette som trengs.

Fusjon må ikke bli allmektig i fremtiden. Faktisk kan det fortsatt være områder hvor SMR (fisjon) kan ta markedsandeler som fusjonsreaktorer ikke kan. SMR-er kan gjøres mye mindre og mindre komplekse enn fusjonsreaktorer og fanger markedsandeler der det kreves en effekt under rundt 50 megawatt.

Rundt 30 private selskaper ønsker å bygge prototyper av fusjonskraftverk, og rundt 50 % av dem kan starte bygging innen fem år. Markedet anslås å være verdt rundt 40 billioner dollar innen 2050, så det kan være verdt å investere snart.

Men ingen bedrifter kan bygge et helt kraftverk alene. Dette vil kreve for mye organisering. Man kan for eksempel ta produksjon av høytemperatur-superledere til de kanskje 100 000 magnetene som måtte trenges. Det vil kreve millioner av kilometer med superledere. Hele verden må samarbeide.

Du kan ta bilindustrien som et eksempel. Det skjer takket være modularisering og standardisering. Det er ikke mulig å skreddersy hver enkelt enhet etter forskjellige design. Dessuten jobber bilindustrien tungt med ulike underleverandører. Dette tjener til å redusere kostnader og få selskaper i leverandørkjeden til å tro at det er verdt å utvikle og investere. Regelverket må også harmoniseres på tvers av territorier for å redusere kostnadene.

Fusjon, og hva så?

Fusjonsteknologi kan åpne døren til andre felt, for eksempel syntetisk brensel og medisinsk diagnose. Hvordan få mest mulig ut av disse synergiene?

Verdien av synergiene kan ha større verdi enn selve fusjonen. TAE Technologies i USA har utviklet en maskin som genererer nøytronstråler for kreftbehandling. Kreftceller merket med spesielle stoffer som gjør dem følsomme for nøytroner, bestråles til døden.

Fusjonsteknologi trenger store mengder energi for å komme i gang, og TAE Technologies ble tvunget til å utvikle batterier og strømkontrollere som kunne levere gigawatt-pulser, siden strømnettet kun kunne forsyne dem med megawatt.

Panelet fortsatte å diskutere effektene av spin-offen, og applikasjonene ble bare mer og mer fantastiske. Vedlikeholdsarbeid i fusjonsreaktorer er vanskelig og må håndteres av roboter. Det er funnet at tilsvarende teknologi også kan brukes i helsesektoren.

Vi går inn i en hydrogenøkonomi og vi må kunne måle egenskapene til hydrogengass nøyaktig. Da kan teknologien som brukes til å måle hydrogenisotoper i et fusjonskraftverk være nyttig.

Og hvorfor ikke fusjonsdrevne romraketter? Søket pågår faktisk. Ionmotorer er ikke akkurat nye.

Og det siste spørsmålet, hvorfor gjør vi dette? Hvorfor ikke fokusere på spørsmålet om fusjon og heller begynne å fikle med kunstig intelligens, nøytronstråler og terahertz? Svaret: vi er nerder. Og hvis ideer kan være kommersielt vellykkede, hvorfor ikke? Og snart vil fusjonsindustrien vokse fantastisk. Det kan få spin-off-industrien til å utvide seg i samme grad, noe som kan gi enda mer energi til fusjonsbransjen. Det er et slags økosystem.

Sammendrag

Det virker som det fortsatt er mye arbeid som gjenstår før vi kan hente ut utslippsfri energi fra sjøvann, men de skarpeste hodene i verden er på det. Det er alltid nye funn om hvordan man kan kontrollere plasmaet slik at det ikke smelter reaktorveggene, hvordan man hindrer partikler i å unnslippe fra plasmaet, hvordan man leder varme effektivt, løsninger på vedlikeholdsproblemet og hvordan man får nytt hydrogen inn i plasma når det eksisterende hydrogenet er brukt opp. Gitt at alle de store teknologinasjonene tenker på det, er det ikke usannsynlig at vi vil ha reaktorer med større enn 100 % elektrisk effektivitet rundt år 2040. Det tror i hvert fall Det hvite hus.

Faktaboks

Deuterium-tritium-fusjon skjer slik: Den tunge hydrogenisotopen av hydrogen, deuterium, 2H, med ett ekstra nøytron, og tritium, 3H, med to ekstra nøytroner, smelter sammen for å danne helium. Bare vanlig helium. Så er det et nøytron og mye restenergi, som stråler ut i form av ulike typer stråling, altså fotoner. Disse fanges opp i reaktorveggene og omdannes til varme, som koker vann til damp, som driver en turbin. Oops: elektrisitet. Men merk at dette ikke er akkurat den samme reaksjonen som skjer i solen, men resultatet er det samme.

De bruker de sjeldne hydrogenisotopene deuterium og tritium som er en del av tungtvann. Verdenshavene er fulle av deuterium og allerede under andre verdenskrig kunne tyskerne utvinne tungtvann, i destillasjonsanlegget Rjukan i Norge.

Det er normalt bare noen få gram hydrogen i reaktoren, så verdenshavene inneholder tungt hydrogen som vil vare lenger enn menneskeheten kunne forventes å eksistere.