Norsk bidrag til fusjonsenergi
Evig fornybar energi er innen rekkevidde. Norske forskere er med på eventyret
Fusjonsenergi kan innebære en endelig løsning på verdens energiproblem. Ved å etterligne prosessene på solen, kan man produsere uendelig med energi uten skadelige utslipp. Rett før jul kom gjennombruddet.
Putins stengte gasskraner. Lange perioder med lite vind og nedbør og nedlagte atomkraftverk: Manko på strøm har sendt prisene i været i det som omtales som en strømkrise i Europa. Bedrifter har måttet stenge eller legge helt ned fordi strømregningen ikke lenger gjorde driften bærekraftig. I mange europeiske hjem er det kaldt. Det spares. Folk fryser. Det har vært snakk om rasjonering. I en slik situasjon er en utslippsfri og uendelig kilde til energi som en våt drøm.
Men det er ikke lenger bare en drøm. Før jul kunngjorde den amerikanske energiminister Jennifer Granholm at laboratoriet ved Lawrence Livermore National Laboratory hadde oppnådd et gjennombrudd med sin fusjonsreaktor. Forskerne greide å få mer energi ut av prosessen enn de tilførte.
Hundre millioner grader
Det var ikke rare energioverskuddet som ble skapt. Ifølge Vebjørn Bakken, leder av UiO: Energi, dreide det seg om nok energi til å drive en panelovn i rundt syv minutter, men det var likevel snakk om et gjennombrudd for en energi som hverken etterlater radioaktivitet eller C02.
Vanlige atomkraftverk er basert på fisjon, det vil si spalting av atomer. Når atomer spaltes, får man radioaktive restmaterialer som må avhendes på en eller annen måte. Det motsatte, fusjon innebærer at atomkjerner fra hydrogen fusjonerer og blir til helium. En fusjonsreaktor trenger ikke uran eller andre sjeldne mineraler og det blir ingen radioaktive reststoffer. Fusjon produserer heller ikke klimagasser og gir ingen skadelige utslipp. Drivstoffene i en fusjonsreaktor er de to hydrogenisotopene deuterium og tritium. Deuterium finnes i sjøvann, mens tritium utvinnes av litium. Bare ett gram drivstoff kan produsere 90 000-kilowatt-timer med energi.
Utfordringen er at prosessen krever en temperatur på over hundre millioner grader. Inntil før jul hadde ingen av forskningsmiljøene på fusjon lykkes med å produsere mer energi enn det som ble tilført.
Norges rolle
Utenfor Marseilles bygges nå en eksperimentell fusjonsreaktor: International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Norge er ikke med. Norge er heller ikke med i det europeiske fusjonskonsortiet EUROfusion. Til tross for det er en forskningsgruppe ved Universitetet i Tromsø invitert med for å bidra med sin forskning. For norske forskere sitter på viktig innsikt. Leder for forskningssenteret UiT Aurora Center DYNAMO, professor Odd Erik Garcia, forteller til Vi Menn at universitetet sitter på betydelig kompetanse om fusjonsenergi.
– Den bygger på vår lange og stolte tradisjon med forskning på plasma- og romfysikk. Jeg startet opp en satsing på fusjonsenergi ved min ansettelse ved UiT i 2007, forteller Garcia.
Garcia og kollegene hans kan mye om hvordan man skal optimalisere designet på reaktorene for å unngå skade på reaktorveggene.
Les også: (+) USAs nye superfly skremmer fiendene
Ekstreme temperaturer
Det er mange tekniske utfordringer knyttet til å skulle utvikle og nyttiggjøre fusjonsenergien. Man må ha ekstremt høye temperaturer for å få hydrogenatomer til å fusjonere, og temperaturen må opp i mer enn 100 millioner grader. Samtidig må partikkeltettheten være høy nok til at det inntreffer tilstrekkelig mange partikkel-kollisjoner. Det betyr at trykket også må være tilstrekkelig høyt.
Ved slike temperaturer rives elektronene løs fra atomkjernene og gassen omdannes til plasma. Da kolliderer atomkjernene med voldsom fart og hydrogenkjernene fusjonerer og blir til helium. Et av problemene rundt en kontrollert fusjon er å holde plasmaet stabilt over lengre tid og unngå at det kommer i kontakt med reaktorveggene og skader dem. Det er krevende å opprettholde fusjonsprosessene over tid uten at reaktoren tar skade. Derfor jobbes det blant annet med å finne metoder for å kontrollere plasmaet og varmen.
Les også: USAs nye supervåpen gjør science fiction til virkelighet
Ulike reaktortyper
Et av problemene man har jobbet med er selve utformingen av reaktoren. I dag er det to hovedtyper av fusjonsreaktorer. Tokamak-en, som er ITER-prosjektets løsning, har smultringform og er symmetrisk, mens stellaratoren er usymmetrisk og har en komplisert geometri. Den tyske fusjonsreaktoren i Greifswald, Wendelstein 7-X er et eksempel på en stellarator, mens ITER-reaktoren utenfor Marseilles er en tokamak. I begge løsningene brukes et magnetfelt for å stabilisere og avgrense plasmaet, slik at det ikke skal komme i kontakt med reaktorveggen.
UiT-forskerne har allerede bidratt i dette arbeidet med å lage modeller som beskriver hvordan varmen transporteres ut til kantene på reaktoren. Garcia forklarer at dette er kunnskap som kan brukes for å optimalisere designet på reaktorene og unngå skade på veggene. Noe av det Garcia og kollegenes hans jobber med er å beregne turbulensen i et magnetisk innesperret fusjonsplasma som viser hvordan varmen kan komme ut fra reaktorkjernen og føre til vekselvirkninger med veggmaterialene.
– Tokamak-en ligger en generasjon foran stellaratorer i utvikling og ytelse, og det meste tyder på at fremtidige reaktorer kommer til å være av tokamak-typen, mener Garcia.
– Vi forsker som nevnt på plasmafluktuasjoner i randen av slike reaktorer. Den resulterende vekselvirkningen med veggene vil være et problem som må løses uansett hvilken måte plasma sperres inne på, enten det er tokamak eller stellarator, forklarer han.
Les også: Den neste planetdreperen er på vei – slik skal vi stoppe den
Usikker tidshorisont
Garcia er usikker på hvor lang tid det kan ta før fusjonsenergi kan utnyttes i kommersiell energiproduksjon.
– ITER er først og fremst et teknologiprosjekt for å demonstrere mange av komponentene som må inngå i en fusjonsreaktor, forklarer han. Det betyr blant annet at maskinen må være selvforsynt med tritium som skal lages i en kappe som inneholder metallet litium. ITER skal ikke levere strøm på nettet.
– ITER skal etterfølges av en demonstrasjonsreaktor som har som målsetting å levere strøm på nettet en gang i midten av dette århundret, forteller han.
Det kan med andre ord ta en stund før europeiske reaktorer kan levere strøm på nettet, men Garcia forteller at det er mange andre land som har en mer ambisiøs tidsplan for utvikling av fusjonsenergi enn dette europeiske prosjektet.
– Det er store satsinger i Kina, Japan, Sør-Korea, Storbritannia og USA, samt flere private selskaper, forteller han.
Som eksempel på et privat selskap nevner han Commonwealth Fusion Systems som skal lage en testreaktor innen 2033. Dette er et stort prosjekt innen fusjonsenergi der UiT samarbeider med Massachusetts Institute of Technology (MIT), og der også Equinor er inne i bildet som en av investorene. SPARC-reaktoren, som også er en tokamak, er under bygging utenfor Boston og skal, når den er ferdig, kunne produsere 50 til 100 MW med fusjonsenergi.
– Personlig tror jeg at vi vil lykkes med å utvikle fusjonsenergi som en kilde til ren energi. Teknologiutviklingen går raskt fremover, og det er mer et spørsmål om politisk velvilje for å realisere det så raskt som mulig, sier fusjonsspesialisten fra Universitetet i Tromsø.
