Fusi nuklir: Amerika memimpin perlombaan energi bersih selama beberapa dekade. Kini China dalam Posisi Menang | berita

Berita — Kota Shanghai yang ramai menandai perayaan nasional dengan pertunjukan cahaya yang terkenal di dunia, menerangi gedung pencakar langitnya dengan warna-warna yang mempesona, seperti mercusuar inovasi Tiongkok.

Di sinilah para ilmuwan dan insinyur bekerja sepanjang waktu untuk mengejar hal besar berikutnya dalam teknologi global, mulai dari internet 6G dan AI canggih hingga robotika generasi berikutnya.

Di sini juga, di jalan sederhana di pusat kota, sebuah perusahaan rintisan kecil bernama Energy Singularity sedang mengerjakan sesuatu yang luar biasa: energi fusi nuklir.

Perusahaan-perusahaan dan pakar industri AS khawatir Amerika akan kehilangan kepemimpinannya selama puluhan tahun dalam perlombaan untuk menguasai bentuk energi ramah lingkungan yang hampir tak terbatas ini, seiring dengan bermunculannya perusahaan-perusahaan fusi baru di Tiongkok, dan pengeluaran Beijing melebihi DC.

Fusi nuklir, proses yang menggerakkan matahari dan bintang-bintang lainnya, sangat sulit untuk ditiru di Bumi.

Banyak negara telah mencapai reaksi fusi, namun mempertahankannya dalam jangka waktu yang cukup lama untuk digunakan di dunia nyata masih sulit dilakukan.

Menguasai fusi adalah prospek menarik yang menjanjikan kekayaan dan pengaruh global bagi negara mana pun yang pertama kali menjinakkannya.

Kota Shanghai pada malam hari.

Lam Yik Fei/The New York Times/Redux Hadiah dari energi ini adalah efisiensinya.

Reaksi fusi yang terkendali melepaskan energi sekitar empat juta kali lebih banyak dibandingkan pembakaran batu bara, minyak atau gas, dan empat kali lebih banyak dibandingkan fisi, jenis energi nuklir yang digunakan saat ini.

Teknologi ini tidak akan dikembangkan tepat waktu untuk melawan perubahan iklim pada dekade penting ini, namun bisa menjadi solusi terhadap pemanasan di masa depan.

Pemerintah Tiongkok mengucurkan dana untuk usaha ini, dan menghabiskan sekitar $1 miliar hingga $1,5 miliar per tahun untuk fusi, menurut Jean Paul Allain, yang memimpin Kantor Ilmu Energi Fusion di Departemen Energi AS.

Sebagai perbandingan, pemerintahan Biden menghabiskan sekitar $800 juta per tahun.

âBagi saya, yang lebih penting daripada angka adalah seberapa cepat mereka melakukan hal ini,â Allain mengatakan kepada Berita.

Dunia usaha swasta di kedua negara merasa optimis dan mengatakan bahwa mereka dapat memperoleh listrik fusi pada pertengahan tahun 2030an, meskipun masih terdapat tantangan teknis yang sangat besar.

AS adalah salah satu negara pertama di dunia yang melakukan langkah futuristik dengan melakukan penelitian fusi dengan sungguh-sungguh sejak awal tahun 1950-an.

Upaya Tiongkok dalam melakukan fusi terjadi pada akhir dekade tersebut.

Baru-baru ini, kecepatannya meningkat: Sejak tahun 2015, paten fusi Tiongkok telah melonjak, dan kini jumlah patennya melebihi negara mana pun, menurut data industri yang diterbitkan oleh Nikkei.

Energy Singularity, perusahaan rintisan di Shanghai, hanyalah salah satu contoh kecepatan luar biasa yang dimiliki Tiongkok.

Mereka membangun tokamaknya sendiri dalam waktu tiga tahun sejak didirikan, lebih cepat dari reaktor sejenis mana pun yang pernah dibangun.

Tokamak adalah mesin berbentuk silinder atau donat yang sangat kompleks yang memanaskan hidrogen hingga suhu ekstrem, membentuk plasma seperti sup tempat terjadinya reaksi fusi nuklir.

Plasma terkurung dalam tokamak Energy Singularity selama percobaan.

Singularitas Energi Bagi perusahaan pemula yang mengerjakan salah satu teka-teki fisika tersulit di dunia, Energy Singularity sangatlah optimis.

Hal ini mempunyai alasan: mereka telah menerima lebih dari $112 juta investasi swasta dan juga merupakan yang pertama di dunia â tokamak yang ada saat ini adalah satu-satunya yang menggunakan magnet canggih dalam percobaan plasma.

Dikenal sebagai superkonduktor suhu tinggi, magnetnya lebih kuat daripada magnet tembaga yang digunakan pada tokamak lama.

Menurut para ilmuwan MIT yang meneliti teknologi yang sama, mereka memungkinkan adanya tokamak yang lebih kecil yang dapat menghasilkan energi fusi sebanyak tokamak yang lebih besar, dan dapat membatasi plasma dengan lebih baik.

Perusahaan tersebut berencana membangun tokamak generasi kedua untuk membuktikan metodenya layak secara komersial pada tahun 2027, dan mengharapkan perangkat generasi ketiga yang dapat mengalirkan listrik ke jaringan listrik sebelum tahun 2035, kata perusahaan tersebut.

Sebaliknya, tokamak di AS semakin menua, kata Andrew Holland, CEO Fusion Industry Association yang berbasis di Washington, DC.

Akibatnya, AS bergantung pada mesin sekutunya di Jepang, Eropa, dan Inggris untuk melanjutkan penelitiannya.

Holland menunjuk pada pembangunan taman penelitian fusi baru senilai $570 juta di Tiongkok timur, yang disebut CRAFT, yang akan selesai tahun depan.

âKami tidak memiliki hal seperti itu,â katanya kepada Berita.

âLaboratorium Fisika Plasma Princeton telah meningkatkan tokamaknya selama 10 tahun hingga saat ini.

Tokamak lain yang beroperasi di Amerika Serikat, DIII-D, adalah mesin berusia 30 tahun.

Tidak ada fasilitas fusi modern di laboratorium nasional Amerika.â Ada kegelisahan yang semakin besar di industri AS karena Tiongkok mengalahkan Amerika dalam permainannya sendiri.

Beberapa tokamak generasi berikutnya yang dibuat atau direncanakan Tiongkok, pada dasarnya adalah âsalinanâ desain AS dan menggunakan komponen yang mirip dengan buatan Amerika, kata Holland.

Seorang anggota staf mengelas bagian-bagiannya di taman penelitian fusi CRAFT di Hefei, Tiongkok timur, pada bulan September 2023.

Tokamak TERBAIK akan dibuat di sebelah CRAFT.

Xinhua/Shutterstock Tokamak BEST yang didanai negara Tiongkok, dan diharapkan selesai pada tahun 2027, merupakan salinan dari tokamak yang dirancang oleh Commonwealth Fusion Systems, kata Holland, sebuah perusahaan di Massachusetts yang bekerja sama dengan MIT.

Kedua desain ini menampilkan jenis magnet canggih yang sama yang digunakan Energy Singularity.

Mesin lain yang dibuat oleh perusahaan swasta Tiongkok terlihat sangat mirip dengan mesin yang dirancang oleh perusahaan AS Helion, kata Holland.

Ada âsejarah panjangâ Tiongkok meniru teknologi Amerika, tambahnya.⺠âMereka adalah pengikut yang cepat dan kemudian memimpin dengan mendominasi rantai pasokan,â kata Holland, dengan menggunakan teknologi panel surya sebagai contoh.

âKami menyadari hal ini dan ingin memastikan bahwa hal ini tidak akan terjadi di masa depan.â Berita tidak menerima jawaban dari Administrasi Energi Nasional Tiongkok ketika ditanya apakah penelitian fusi yang didanai negara telah meniru atau terinspirasi oleh rancangan AS.

Laser vs.

tokamak Fusi nuklir adalah proses yang sangat kompleks yang melibatkan penggabungan dua inti yang biasanya akan tolak-menolak.

Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan menaikkan suhu di tokamak hingga 150 juta derajat Celcius, 10 kali lipat suhu inti matahari.

Ketika mereka berikatan, inti atom melepaskan sejumlah besar energi sebagai panas, yang kemudian dapat digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan tenaga.

Berita AS telah menjadi pemimpin fusi selama beberapa dekade; mereka adalah negara pertama yang menerapkan energi fusi di dunia nyata â dalam bom hidrogen.

Pada awal tahun 1950-an, militer AS menguji serangkaian senjata nuklir di Samudera Pasifik yang âdidorong’ oleh gas yang menciptakan reaksi fusi, sehingga menghasilkan ledakan yang 700 kali lebih kuat dari ledakan Hiroshima.

Mempertahankan fusi nuklir dalam jangka panjang jauh lebih menantang, dan sementara Tiongkok terus maju dengan tokamaknya, Amerika Serikat menemukan keunggulan dalam teknologi lain: laser.

Pada akhir tahun 2022, para ilmuwan di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore di California menembakkan hampir 200 laser ke silinder yang menampung kapsul bahan bakar seukuran biji merica, yang merupakan eksperimen pertama yang berhasil di dunia dalam menghasilkan perolehan bersih energi fusi.

Artinya, lebih banyak daya yang dihasilkan dari proses tersebut dibandingkan yang digunakan untuk memanaskan kapsul (meskipun mereka tidak menghitung energi yang dibutuhkan untuk menyalakan laser).

Sebuah komponen dalam sistem laser di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore, tempat para ilmuwan berhasil mencapai "pengapian" untuk menghasilkan reaksi fusi.

Laboratorium Nasional Damien Jemison/Lawrence Livermore Masih ada lebih banyak cara untuk mencapai fusi nuklir, dan AS sedang melakukan lindung nilai terhadap berbagai teknologi.

Bukan tidak mungkin pendekatan ini bisa membuahkan hasil.

âKami tidak mengetahui secara pasti konsep mana yang terbaik, dan mungkin juga bukan konsep terbaik,â kata Melanie Windridge, ahli fisika plasma yang berbasis di Inggris dan CEO Fusion Energy Insights, sebuah organisasi pemantau industri .

Pada akhirnya mungkin ada beberapa pendekatan yang layak untuk kekuatan fusi, katanya kepada Berita.

âDan hal ini akan berdampak pada biaya dan faktor lainnya dalam jangka panjang.â Namun tokamak adalah konsep yang paling banyak diteliti, katanya.

âSeiring berjalannya waktu, penelitian paling banyak dilakukan di dalamnya, sehingga ini adalah yang paling maju dalam hal fisika,â kata Windridge.

âDan banyak perusahaan swasta yang mengembangkan hal tersebut.â Dengan dana yang dikeluarkan Tiongkok untuk penelitian, konsep tokamak berkembang pesat.

Tokamak TIMUR Tiongkok di Hefei memiliki kestabilan plasma pada suhu 70 juta derajat Celcius â lima kali lebih panas dari inti matahari â selama lebih dari 17 menit, sebuah rekor dunia dan terobosan yang secara obyektif menakjubkan.

Fasilitas Pengapian Nasional di Livermore, California, telah menghasilkan reaksi fusi yang menghasilkan perolehan energi bersih beberapa kali lipat pada tahun ini.

Damien Jemison/LLNL Artikel terkait Para ilmuwan berhasil meniru terobosan bersejarah fusi nuklir sebanyak tiga kali Mikhail Maslov dari Otoritas Energi Atom Inggris menggambarkannya sebagai âtonggak penting,â dan menambahkan bahwa menjalankan pulsa plasma yang panjang tetap menjadi salah satu tantangan teknis terbesar dalam mengkomersialkan energi fusi.

Meskipun pemerintah Tiongkok mengucurkan dana untuk melakukan fusi, Amerika Serikat telah menarik lebih banyak investasi swasta.

Secara global, sektor swasta telah menghabiskan $7 miliar untuk fusi dalam tiga hingga empat tahun terakhir, sekitar 80% di antaranya dilakukan oleh perusahaan-perusahaan AS, kata Allain dari DOE.

âDi AS, yang Anda miliki adalah semangat kewirausahaan yang mampu berpikir out of the box dan berinovasi serta benar-benar mengatasi beberapa kesenjangan ini, tidak hanya dalam sains, tetapi juga dalam teknologi,â katanya.

Namun jika pemerintah Tiongkok terus berinvestasi lebih dari $1 miliar per tahun, hal ini akan melampaui pengeluaran AS, bahkan di sektor swasta.

Dan jika investasi tersebut membuahkan hasil, perayaan penuh warna di Shanghai tidak hanya akan didukung oleh fusi, namun juga akan membawa Tiongkok ke dalam sudut pandang yang benar-benar baru.

Shawn Deng dari Berita berkontribusi pada laporan ini.