Cara berpikir para ilmuwan tentang fusi berubah selamanya pada tahun 2022 ketika apa yang disebut sebagai eksperimen abad ini menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa fusi dapat menjadi sumber energi bersih yang layak.
Percobaan di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore menunjukkan penyalaan: reaksi fusi yang menghasilkan lebih banyak energi yang keluar daripada energi yang dimasukkan.
Selain itu, beberapa tahun terakhir ini ditandai dengan masuknya investasi swasta dalam bidang ini yang bernilai miliaran dolar, terutama di Amerika Serikat.
Namun sejumlah tantangan teknis harus diatasi sebelum fusi dapat ditingkatkan menjadi sumber energi bersih yang aman dan terjangkau dan tidak terbatas. Dengan kata lain, ini adalah waktu rekayasa.
Sebagai insinyur yang telah bekerja pada sains dasar dan teknik terapan dalam fusi nuklir selama beberapa dekade, kita telah melihat banyak ilmu pengetahuan dan fisika fusi mencapai kematangan dalam 10 tahun terakhir.
Namun untuk menjadikan fusi sebagai sumber energi komersial yang layak, para insinyur kini harus mengatasi sejumlah tantangan praktis. Apakah Amerika Serikat akan mengambil kesempatan ini dan menjadi pemimpin global dalam bidang energi fusi, sebagian besar akan bergantung pada seberapa besar negara tersebut bersedia berinvestasi dalam memecahkan masalah-masalah praktis ini – khususnya melalui kemitraan publik-swasta.
Membangun reaktor fusi
Fusi terjadi ketika dua jenis atom hidrogen, deuterium dan tritium, bertabrakan dalam kondisi ekstrim. Kedua atom tersebut benar-benar melebur menjadi satu atom dengan memanaskan hingga 180 juta derajat Fahrenheit (100 juta derajat Celsius), 10 kali lebih panas dari inti Matahari. Untuk mewujudkan reaksi ini, infrastruktur energi fusi harus mampu bertahan dalam kondisi ekstrem ini.
Ada dua pendekatan untuk mencapai fusi di laboratorium: fusi kurungan inersia, yang menggunakan laser yang kuat, dan fusi kurungan magnetik, yang menggunakan magnet yang kuat.
Meskipun “percobaan abad ini” menggunakan fusi kurungan inersia, fusi kurungan magnetik belum menunjukkan bahwa ia dapat mencapai titik impas dalam pembangkitan energi.
Beberapa eksperimen yang didanai swasta bertujuan untuk mencapai prestasi ini pada akhir dekade ini, dan eksperimen besar yang didukung secara internasional di Perancis, ITER, juga berharap dapat mencapai titik impas pada akhir tahun 2030an. Keduanya menggunakan fusi kurungan magnetik.
Tantangan terbentang di depan
Kedua pendekatan fusi mempunyai serangkaian tantangan yang sama dan tidak mudah untuk diatasi. Misalnya, para peneliti perlu mengembangkan material baru yang tahan terhadap suhu dan kondisi iradiasi ekstrem.
Bahan reaktor fusi juga menjadi radioaktif karena dibombardir dengan partikel berenergi tinggi. Para peneliti perlu merancang material baru yang dapat meluruh dalam beberapa tahun hingga mencapai tingkat radioaktivitas yang dapat dibuang dengan aman dan lebih mudah.
Memproduksi bahan bakar yang cukup dan melakukannya secara berkelanjutan juga merupakan tantangan penting. Deuterium berlimpah dan dapat diekstraksi dari air biasa. Namun, meningkatkan produksi tritium, yang biasanya dihasilkan dari litium, akan terbukti jauh lebih sulit. Sebuah reaktor fusi tunggal memerlukan ratusan gram hingga satu kilogram (2,2 pon) tritium sehari untuk beroperasi.
Saat ini, reaktor nuklir konvensional menghasilkan tritium sebagai produk sampingan dari fisi, namun tritium tidak dapat mencukupi kebutuhan armada reaktor fusi.
Jadi, para insinyur perlu mengembangkan kemampuan untuk menghasilkan tritium di dalam perangkat fusi itu sendiri. Hal ini mungkin memerlukan sekeliling reaktor fusi dengan bahan yang mengandung litium, yang reaksinya akan diubah menjadi tritium.
Untuk meningkatkan fusi inersia, para insinyur perlu mengembangkan laser yang mampu berulang kali mengenai target bahan bakar fusi yang terbuat dari deuterium dan tritium beku beberapa kali per detik atau lebih. Namun belum ada laser yang cukup kuat untuk melakukan hal ini dengan kecepatan seperti itu. Para insinyur juga perlu mengembangkan sistem kontrol dan algoritma yang mengarahkan laser ini dengan presisi ekstrim pada sasarannya.
Selain itu, para insinyur perlu meningkatkan produksi target berdasarkan besarnya: dari beberapa ratus buatan tangan setiap tahun dengan harga masing-masing ratusan ribu dolar menjadi jutaan dengan biaya masing-masing hanya beberapa dolar.
Untuk penahan magnet, para insinyur dan ilmuwan material perlu mengembangkan metode yang lebih efektif untuk memanaskan dan mengontrol plasma serta lebih banyak material tahan panas dan radiasi untuk dinding reaktor. Teknologi yang digunakan untuk memanaskan dan membatasi plasma hingga atom-atomnya menyatu harus dapat beroperasi dengan andal selama bertahun-tahun.
Ini adalah beberapa tantangan besarnya. Mereka tangguh tetapi bukannya tidak dapat diatasi.
Lanskap pendanaan saat ini
Investasi dari perusahaan swasta secara global telah meningkat – hal ini kemungkinan akan terus menjadi faktor penting yang mendorong kemajuan penelitian fusi. Perusahaan swasta telah menarik lebih dari US$7 miliar investasi swasta dalam lima tahun terakhir.
Beberapa perusahaan rintisan sedang mengembangkan berbagai teknologi dan desain reaktor dengan tujuan menambahkan fusi ke jaringan listrik dalam beberapa dekade mendatang. Sebagian besar berbasis di Amerika Serikat, dan beberapa lagi di Eropa dan Asia.
Meskipun investasi sektor swasta telah meningkat, pemerintah AS terus memainkan peran penting dalam pengembangan teknologi fusi hingga saat ini. Kami berharap hal ini akan terus berlanjut di masa depan.
Departemen Energi AS lah yang menginvestasikan sekitar US$3 miliar untuk membangun Fasilitas Pengapian Nasional di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore pada pertengahan tahun 2000an, tempat “eksperimen abad ini” terjadi 12 tahun kemudian.
Pada tahun 2023, Departemen Energi mengumumkan program empat tahun senilai $42 juta untuk mengembangkan pusat fusi untuk teknologi tersebut. Meskipun pendanaan ini penting, namun kemungkinan besar pendanaan ini tidak akan cukup untuk memecahkan tantangan paling penting yang masih dihadapi Amerika Serikat untuk menjadi pemimpin global dalam bidang energi fusi praktis.
Salah satu cara untuk membangun kemitraan antara pemerintah dan perusahaan swasta di bidang ini adalah dengan menciptakan hubungan serupa antara NASA dan SpaceX. Sebagai salah satu mitra komersial NASA, SpaceX menerima dana dari pemerintah dan swasta untuk mengembangkan teknologi yang dapat digunakan NASA. Itu adalah perusahaan swasta pertama yang mengirim astronot ke luar angkasa dan Stasiun Luar Angkasa Internasional.
Bersama dengan banyak peneliti lainnya, kami sangat optimis. Hasil-hasil eksperimen dan teoritis baru, alat-alat baru, dan investasi sektor swasta semakin menambah pemahaman kita bahwa pengembangan energi fusi praktis tidak lagi hanya sekedar menunggu saja, melainkan hanya sebuah waktu saja.
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh George R. Tynan dan Farhat Beg di University of California. Baca artikel aslinya di sini.