Klumme af seniorforsker Søren Bang Korsholm, DTU Fysik. Bragt i Energy Supply maj 2023.
Fusionsalderen - tja, det ord har du nok ikke set før, og jeg har heller ikke skrevet det før. Men udtrykket The Fusion Age er på meget kort tid blevet et begreb, som vi også i Danmark snart skal forholde os til. Inden for den seneste håndfuld år er en næsten disruptiv udvikling sket i menneskets søgen efter at aflure naturens fundamentale energikilde - fusionsenergi. De fusionskraftværker, som selv vi fusionsforskere troede var mindst 30 år ude i fremtiden, synes nu potentielt at være meget tættere på at blive til virkelighed.
Men lad os først tage et hurtigt kig på, hvad fusionsenergi er, og hvorfor der er meget, der tyder på en snarlig indgang til det, vi i menneskehedens energihistorie må kalde fusionsalderen.
Fusionsenergi er populært sagt Solens og stjernernes energiform. Den er den fundamentale energiproces i universet, og vi er i sagens natur fuldstændig afhængige af fusionsprocesserne i Solens indre. Fusionsenergi opstår, når lette atomkerner - såsom brint - fusionerer og bliver til større atomkerner - såsom helium. Under en sådan kerneproces kommer kernernes nukleoner (protoner og neutroner) i en konfiguration, hvor de er bedre bundet til hinanden, end de var i de oprindelige atomkerner. I kernefysikken taler man om, at der er en ændring i bindingsenergien, og det er den energi, der frigives i en fusionsproces, og som vi oplever som sollys.
I den tekniske videnskab har vi ofte nået optimale løsninger ved at efterligne naturen, så hvorfor ikke efterligne det vildeste og mest fundamentale fra naturen?
En kopi af solen
Så hvad vil det betyde, hvis vi lykkes med at skabe et fusionskraftværk? Kort opsummeret: 25 gram brændstof vil være nok til en europæers livslange forsyning af energi. Desuden kan brændstoffet tages ud af havvand og litium, og ressourcerne i verdenshavene kan dække menneskehedens energiforbrug i over en milliard år. Fusionskraftværket vil være helt sikkert, og derudover er affaldsprodukterne helium (uskadeligt) og en begrænset mængde radioaktivt affald, som efter blot 100 år kan genanvendes.
Det lyder som en fantastisk idé, og det oplagte spørgsmål er: Hvorfor bygger vi ikke sådan et kraftværk nu? Her må vi erkende, at det jo ikke ligefrem er en ydmyg ambition at ville kopiere Solen. For at kunne opnå optimale fusionsforhold for brændstoffet skal vi nærme os 200.000.000 °C - eller cirka 15 gange temperaturen i Solens centrum. Det lyder ekstremt, og det er det også - men vi har gjort det!
Der er to overordnede metoder inden for fusionsenergi. Den ene er at holde en meget lille mængde brændstof fanget i et kraftigt magnetfeltsbur inde i et stort vakuumkammer. I de eksperimenter, vi har lavet hidtil, har tabet af energi ud gennem magnetfeltet dog været for stort til at skabe et overskud af fusionseffekt.
Derfor er EU, USA, Japan, Indien, Kina, Rusland og Sydkorea gået sammen om at bygge ITER, verdens største fusionseksperiment, der i 2035 skal demonstrere, at vi kan holde på et gram kunstig sol, som producerer 500 MW, mens vi opvarmer med blot 50 MW. Dermed regner vi i den offentlige forskning med, at ITER bliver sidste skridt før et prototypefusionskraftværk.
Den anden metode er laserfusion. I december 2022 annoncerede amerikanske National Ignition Facility, at de for første gang i videnskabens historie havde produceret et overskud af fusionsenergi ved at skyde 192 laserstråler mod en millimeterstor brændselspille, og i et splitsekund skabte de forhold som i Solens indre.
De fik 150 procent energi ud i forhold til den energi, de sendte ind i pillen. Det er stort (!), og selvom det stadig er meget langt fra et laserfusionskraftværk, så var det et vigtigt signal til både videnskaben, politikere, presse og befolkningen: Vi er ved at komme rigtig tæt på at kopiere Solen.
Private penge
Det er bestemt store fremskridt, men det er i den private sektor, at den helt store forandring af fusionsverdensbilledet sker lige nu. Et godt eksempel er Commonwealth Fusion Systems (CFS), som er et spin-out fra MIT i Boston, Massachusetts. Deres reaktorkoncept bygger videre på forskning fra MIT og er en tokamak (som ITER) med meget kraftige superledende magnetfeltspoler.
Konceptet er mere kompakt og fleksibelt, og CFS forventer, at de om et par år kan bygge et demonstrationskraftværk, , der ifølge deres forretningsplan skal levere elektricitet til det amerikanske elnet i første del af 2030erne. CFS har over de sidste knap fem år indsamlet mere end to milliarder dollar - primært fra private investorer, kapitalfonde og pensionskasser.
I starten af marts 2023 indgik CFS en ny samarbejdsaftale med et af verdens største energifirmaer, Eni, som i øvrigt er storinvestor i CFS. Til den nylige indvielse deltog toppolitikere fra både statsligt og føderalt niveau. Den amerikanske energiminister, Jennifer Granholm, var keynote speaker - ja, energiministeren; ikke forskningsministeren.
CFS er et rigtig interessant firma og måske det, som jeg personligt tror mest på, men de er langtfra alene. Der er nu over 30 virksomheder i hele verden (typisk i USA og England), som forfølger hver deres måde at udvikle et fusionsreaktorkoncept på. De har oprettet deres egen interesseorganisation, Fusion Industry Association, som er interessant at følge. FIAs medlemmer har i alt modtaget private investeringer for 5 mia dollar.
Også på regeringsniveau går man et gear op. Den amerikanske regering har netop offentliggjort finanslovsforslaget for 2024, hvor midlerne til fusionsforskning øges med 32 procent til en milliard dollar. Kina er for længst i gang med projekterne BEST og CFETR, som skal bygges, mens Kina samtidig deltager i ITER. Også EU-Kommissionen er opmærksom på den hastige udvikling og efterspørger en opdateret og accelereret roadmap til europæisk fusionsenergi.
Det danske bidrag
Men er alt dette så tegn på, at vi er tæt på fusionsalderen? Det er der flere og flere, der tror. Og ikke bare det - de investerer deres egne penge. Hvad nu, hvis de har ret - er Danmark så klar til at tage del i fusionsalderen?
Uanset om de private fusionsvirksomheder har ret i deres optimisme eller ej, så er det et givent faktum, at leverandørkæderne til fusionsfaciliteterne bliver grundlagt og konsolideret nu og i de nærmeste år. Skal de fremtidige fusionseksperimenter og senere kraftværker indeholde dansk teknologi og knowhow, så skal vi på banen nu. Og har vi så noget at byde ind med? Her er mit svar: helt klart ja.
Der er bestemt et potentiale for væsentlige danske bidrag inden for både den natur- og teknisk-videnskabelige forskning i blandt andet plasmafysik, fusionsmålesystemer, robotteknologi, kunstig intelligens og materialeforskning. Der er også flere danske virksomheder, der allerede nu leverer højteknologisk udstyr til fusionsfaciliteter.
Slutteligt et kig på Danmarks vigtigste grundstof: hjerner - forudsætningen for et felt i udvikling. Her er potentialet rigtig godt, for der er en stadig stigende interesse for fusionsenergi fra unge, studerende og forskere fra andre felter. Gennem de sidste to år har over 3.000 gymnasieelever hørt om fusionsenergi, og et nyt forskernetværk - DANfusion - er dannet mellem fire danske universiteter for at øge vores involvering i fusionsforskningen.
Men potentialet bliver ikke indfriet af sig selv. De danske fusionsmiljøer - både videnskabeligt og kommercielt - har næsten verdensførende niveau ('næsten' står der mest af respekt for Jante) på en række områder. Og mens knowhow, vilje og evner er klar, er forskningsmiljøerne og den industrielle kapacitet ikke store nok til at indfri potentialet og for alvor byde ind med et signifikant dansk bidrag til fusionsalderen. Det vil kræve væsentlige investeringer, både fra industrien, fonde og nationalt. Men har vi råd til at lade være?
