La energi nuklir telah memainkan peran penting dalam pasokan energi dunia selama beberapa dekade. Namun, energi tersebut berasal dari fusi nuklir menjanjikan perubahan yang lebih signifikan dalam lanskap energi, menawarkan sumber daya yang hampir tidak ada habisnya dengan emisi limbah radioaktif yang minimal. Terlepas dari potensinya, proses luar biasa ini masih dalam pengembangan, mengingat kesulitan teknologi dan ekonomi yang dihadapi tidaklah kecil. Ini adalah tantangan yang terus-menerus diselidiki oleh para ilmuwan di seluruh dunia untuk menjadikan fusi nuklir sebagai sumber energi komersial yang stabil suatu hari nanti.
Dalam artikel ini, kita akan mempelajari apa itu fusi nuklir, manfaatnya, tantangannya untuk menjadi sumber komersial, dan pentingnya fusi nuklir bagi masa depan energi global.
Apakah fusi nuklir itu?
Fusi nuklir adalah proses yang berbeda dari fisi nuklir, yang merupakan mekanisme yang digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir saat ini. Meskipun fisi melibatkan pemisahan atom berat, seperti uranium dan plutonium, fusi melibatkan penggabungan inti yang lebih ringan, seperti atom hidrogen, untuk membentuk inti yang lebih berat dan lebih stabil. Hasil penyatuan ini melepaskan energi dalam jumlah besar dalam bentuk panas.
Proses yang paling memungkinkan sejauh ini adalah fusi deuterium dan tritium, dua isotop hidrogen, untuk membentuk helium. Selama reaksi ini, partikel seperti neutron juga dilepaskan. Dalam kasus fusi deuterium dan tritium, 17.6 MeV (jutaan elektron volt) dilepaskan untuk setiap reaksi fusi. Energi ini jauh lebih besar dibandingkan energi yang diperoleh dari fisi nuklir.
Salah satu keuntungan utama fusi nuklir adalah deuterium dapat diekstraksi dari air laut, sehingga pasokan bahan bakarnya hampir tidak terbatas. Di sisi lain, tritium, meskipun tidak sebanyak deuterium, dapat dihasilkan di reaktor fusi itu sendiri dengan membombardir litium dengan neutron.
Bagaimana fusi nuklir dilakukan?
Pencapaian fusi nuklir di Bumi melibatkan reproduksi kondisi ekstrem, serupa dengan yang terjadi di inti bintang. Agar inti atom dapat berfusi, mereka harus mengatasi gaya tolak menolak elektrostatik alami di antara mereka, dan untuk melakukan hal ini, mereka harus mencapai suhu jutaan derajat Celcius.
Dalam reaktor eksperimental seperti Tokamaks dan Stellarator, atom dipanaskan hingga lebih dari 100 juta derajat untuk menghasilkan kecepatan dan energi yang cukup agar inti atom dapat saling berdekatan dan berfusi. Pada suhu ini, materi tidak lagi berwujud padat, cair, atau gas, tetapi dalam wujud plasma, berupa gas terionisasi dari partikel bermuatan.
Masalah utama fusi adalah tidak ada material di Bumi yang mampu menahan suhu setinggi itu tanpa meleleh. Oleh karena itu, dalam reaktor fusi, plasma harus dibatasi oleh medan magnet yang kuat agar tidak menyentuh dinding reaktor. Ini adalah pendekatan pengurungan magnetik, yang terdiri dari penahanan plasma dalam geometri toroidal (berbentuk cincin) menggunakan magnet superkonduktor.
Pendekatan lain adalah pengurungan inersia, di mana laser atau berkas partikel digunakan untuk mengompresi kapsul deuterium-tritium yang sangat kecil hingga kepadatan yang sangat tinggi, menyebabkan partikel-partikel tersebut melebur sebelum sempat mengembang. Contoh penting dari pendekatan ini adalah National Ignition Facility (NIF) di Amerika Serikat, yang telah mencapai tonggak penting dalam penelitian fusi inersia.
Strategi penahanan ilmiah
Ada dua teknik utama untuk mencoba mencapai fusi nuklir terkendali: pengurungan magnetik dan pengurungan inersia.
kurungan magnetik: Metode ini didasarkan pada penggunaan medan magnet yang kuat untuk menampung plasma panas. dalam sebuah reaktor tokamakMisalnya, magnet berbentuk toroid bertanggung jawab untuk menjauhkan plasma dari dinding reaktor, sehingga proses fusi dapat terjadi tanpa plasma mendingin terlalu cepat.
Salah satu tantangan terbesar dalam teknik ini adalah hanya sebagian kecil partikel dalam plasma yang berhasil menyatu. Agar fusi menjadi layak secara ekonomi, efisiensi plasma lebih dari 50% harus dicapai, yang dikenal sebagai Kriteria Lawson. Meskipun Matahari menggunakan pengekangan gravitasi karena massanya yang sangat besar, di Bumi kita tidak dapat meniru tekanan tersebut, sehingga kita perlu mencapai suhu yang jauh lebih tinggi.
Kurungan inersia: Alih-alih mengandung plasma dengan medan magnet, pengurungan inersia mengusulkan penggunaan laser atau sinar partikel untuk mengompres kapsul deuterium dan tritium. Idenya adalah dengan mengompresi kapsul-kapsul ini hingga kepadatan yang sangat tinggi dan kemudian memanaskannya dengan cepat, fusi akan terpicu sebelum partikel-partikel tersebut dapat bergerak terlalu banyak.
Kedua pendekatan tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing, dan para ilmuwan terus menyelidiki pendekatan mana yang akan membuat reaktor fusi layak secara komersial.
Kapan itu akan layak secara komersial?
Meskipun ada kemajuan yang dicapai dalam beberapa dekade terakhir, fusi nuklir masih memerlukan beberapa dekade lagi untuk bisa menjadi layak secara komersial. Diperkirakan reaktor fusi nuklir komersial pertama dapat dilihat sekitar tahun 2050, meskipun tanggal ini sangat bergantung pada kemajuan teknologi dan pendanaan penelitian yang berkelanjutan.
Namun, salah satu proyek yang paling menjanjikan adalah ITER (Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional), sebuah upaya internasional yang bertujuan untuk menunjukkan kelayakan teknis dan ilmiah fusi nuklir melalui pengurungan magnetik. Jika uji coba ITER berhasil, diharapkan dapat membuka jalan bagi terciptanya reaktor berbasis fusi komersial.
Kemajuan signifikan lainnya adalah pengembangan superkonduktor suhu tinggi untuk magnet yang digunakan dalam reaktor fusi. Peneliti MIT telah mengembangkan magnet superkonduktor yang menghasilkan medan magnet yang jauh lebih kuat dibandingkan magnet tradisional, dengan konsumsi energi yang jauh lebih rendah. Menurut penelitian, teknologi ini dapat mengurangi biaya reaktor fusi sebesar 40 kali lipat, menjadikan fusi komersial tidak hanya dapat dilakukan, namun juga berpotensi kompetitif dalam hal biaya.
Untuk mewujudkan fusi, tidak hanya diperlukan terobosan ilmiah, namun juga kolaborasi internasional yang lebih luas serta komitmen politik dan finansial untuk mendukung penelitian jangka panjang. Fusi berpotensi menjadi sumber energi yang bersih, aman, dan tidak terbatas, namun hal ini memerlukan investasi berkelanjutan dan upaya yang terkoordinasi secara global.
Fusi nuklir mewakili potensi energi yang sangat besar yang akan mengatasi banyak masalah yang dihadapi peradaban kita dalam hal keberlanjutan dan keamanan energi. Namun, tantangan ilmiah, teknis, dan logistik yang dihadapi teknologi ini sangat besar. Seiring dengan kemajuan penelitian, diharapkan dalam beberapa dekade mendatang, fusi akhirnya dapat berpindah dari laboratorium menjadi bagian dari pasokan energi dunia.