Den uangripelige kjernekraften

Jeff Bezos/Amazon, Bill Gates/Microsoft, Equinor ASA og en rekke regjeringer investerer tungt i fusjonskjernekraft, selv om det er minst 15 år før anleggene kan tenkes å produsere strøm for deg og meg.

Tokamak: Bildet viser en fusjonsgenerator av typen Tokamak. En plasmastråle med en temperatur på over 100 millioner grader holdes på plass av enorme magneter. Energien fra plasmaet varmer opp vann i generatorveggene. Foto: NTB scanpix
Tech

I mai meldte Equinor ASA at de hadde kjøpt en minioritetsandel i amerikanske Commonwealth Fusion Systems (CFS) i forbindelse med at CFS hadde hentet inn 84 millioner USD i en emisjon. (På forespørsel 28. juli ville ikke Equinor si hvor stor investeringen er.) Også Michael Bloomberg og Bill Gates (gjennom Breakthrough Energy Ventures) har investert i CFS, som ble etablert i 2018 med utspring i Massachusetts Institute of Technology (MIT).

CFS har nå totalt skaffet 200 millioner USD i kapital, og er i full gang med å utvikle en forsøksgenerator basert på fusjonsenergi. CFS er ikke alene. Av andre virksomheter som satser på fusjonskjernekraft, er canadiske General Fusion med Jeff Bezos som en av aksjonærene, amerikanske TAE Technologies, britiske Tokamak Energy Ltd, og – ikke minst – det flernasjonale International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) med sete i Provence/ Frankrike.

Iflg. Bloomberg Energy & Science var det pr. 24. mai 2020 investert 1,2 milliarder USD i de tre førstnevnte selskapene, mens innskutt og forpliktet tilgjengelig kapital er på hele 22 milliarder USD i ITER. I tillegg er det en lang rekke andre firmaer og forskningsmiljøer som arbeider med forskjellige aspekter ved fusjonsenergi.

Umulig inntil nå

Hva er det revolusjonerende med fusjonsenergi? Egentlig ikke noe. Prinsippene har vært kjent i 100 år, dvs. siden den britiske astrofysikeren Arthur Eddington i 1920 forsto at det er atomkjernefusjon som produserer energien i Solen og de andre stjernene. Men å produsere fusjonsenergi kontrollert på Jorden har så langt vært umulig. I mangel av Solens enorme gravitasjonsfelt krever nemlig prosessen temperaturer på over 100 millioner grader i generatoren.

Equinor investerer i fusjonsenergi: Senior Vice President Sophie Hildebrand (bildet) i mai: «Vi investerer i fusjonsenergi og CFS fordi vi tror på teknologien og selskapet, og fordi vi vil fortsette å levere energi til verden; både nå og i en lavkarbon-fremtid.» Foto: TU

Umulig inntil nå. For teknikken som før stort sett var teori, er nå prøvet ut på laboratoriebasis og synes realiserbar også for kommersiell drift. I hvert fall i et 15- til 25-årsperspektiv. Og det er altså nok til at noen av klodens tyngste og dyktigste investorer har engasjert seg kraftig.

Fysikken

For å forstå fusjonsenergi må vi se litt på de to kreftene som virker mot hverandre inne i atomkjernene, nemlig den elektromagnetiske kraften (Coulomb-kraften) som gjør at kjernepartikler (protoner) med samme positive ladning frastøter hverandre, og den sterke kjernekraften som motvirker den elektromagnetiske kraften og holder partiklene sammen.

Den sterke kjernekraften virker over veldig kort avstand, så atomer må «tvinges» veldig nær hverandre for at den elektromagnetiske frastøtningskraften skal overvinnes og den sterke kjernekraften overta. Det betyr at om atomer skal fusjoneres, må de skytes mot hverandre med svært stor hastighet under enormt høy temperatur (på Jorden over 100 millioner grader i praksis).

Fusjonsprosessen: «Vanlig» hydrogen (protium) har ett proton og ingen nøytroner. «Tungt» hydrogen (deuterium) har ett proton og ett nøytron, mens «supertungt» hydrogen (tritium) har ett proton og to nøytroner. Ved fusjonen dannes helium, frie nøytroner og energi. Det finnes nok deuterium på Jorden for flere hundre millioner års forbruk, og tritium er ganske greit å fremstille. Deuterium utgjør for øvrig hydrogendelen i tungtvann, som kan brukes til å fremstille atomvåpen, Jfr. Vemork-aksjonen under 2. verdenskrig.

Denne “innskytningen” og den høye varmen krever veldig mye tilført energi, men under de rette forhold kan atomene fusjonere til større atomer mens energi frigjøres i en prosess som opprettholder seg selv. Jfr. figur. Fusjonen får man til. Men skal prosessen kunne brukes til strømforsyning, må naturligvis den frigjorte energien være større enn den tilførte. Der er man bare nesten pr. i dag.

Miljøet

Som vi nevnte i disse spalter i Kapital nr. 11 i fjor, skrev FNs klimapanel IPCC i november 2018 at strømproduksjonen fra kjernekraft må dobles innen 2030 og tredobles innen 2050 for at det globale 1,5-gradersmålet skal kunne nås.

Her tenkte IPCC på strøm fra klassiske kjernekraftverk. De er bygget på fisjon – spalting – av atomkjerner, noe som altså er det motsatte av en fusjonsprosess.

På tross av at IPCC i sin rapport påviser at helserisiko og ulykker forbundet med fisjonskjernekraftverk ligger vesentlig lavere pr. produsert energienhet enn for andre energikilder, er det betydelig skepsis til kjernekraftverk blant politikere i flere land (bl.a. Norge). Man kan imidlertid konstatere at endel “grønne” organisasjoner i det senere har snudd og blitt positive til kjernekraften, fordi de ser den som “det minste av to onder”.

Politikerskepsisen omfatter ikke fusjonskraftverk. Der er de potensielle miljøproblemene ved “klassiske” atomkraftverk eliminert. Prosessen i fusjonskraftverk kan ikke løpe ut av kontroll (ingen “melt-down”), den stopper straks opp av seg selv hvis reaktoren skades ved tekniske feil eller sabotasje, det benyttes hydrogen istedenfor uran, og det oppstår omtrent ikke radioaktivt avfall eller klimagassutslipp.

Enkelte miljøvernorganisasjoner er allikevel betenkt. De mener man ikke har tid til å vente på fusjonskraften, så man må satse på andre typer fornybar energi. Men man må jo også tenke langsiktig, og da bør utviklingen av fusjonskjernekraft fortsette med full styrke.

Teknologien

Fakta

200–600 milliarder

Kroner som ITER vil ha investert i fusjonsenergi pr. 2035.

Plasma oppstår når en gass oppvarmes så mye at atomene i gassen endres til å bestå av bare frie ladede partikler (elektroner, protoner og ioner). Lyn er et eksempel på en “naturlig” plasmastråle.

I en fusjonsgenerator skaper man en “kunstig” plasmastråle som holder en temperatur på over 100 millioner grader. Den strålen er naturligvis ikke lett å kontrollere, men på 1950-tallet fant de sovjetiske fysikerne Igor Tamm og Andrej Sakharov opp Tokamak-generatoren, som fremdeles er det mest benyttede generatorkonseptet. Sakharov (1921–89) var for øvrig også hjernen bak Sovjets hydrogenbombe, men samtidig forkjemper for global fred og menneskerettigheter. Han fikk Nobels fredspris i 1975.

Prinsippet bak Tokamak-generatoren antydes av illustrasjonen. Kraftige magnetfelt kontrollerer posisjonen til plasmastrålen som raser rundt generatorkjernen med enorm hastighet. Plasmaet holder en temperatur på over 100 millioner grader C, og varmer opp vann som flyter i veggene i generatoren og driver dampturbiner som genererer elektrisitet.

Lett på papiret, men ikke i praksis. Men allerede i 1950 antydet forskerne at “om 30 år vil vi ha en fusjonsgenerator som leverer strøm”. Det samme sa de imidlertid også i 1970 og i 1990.

Glasnost-initiativ: Det var USAs Ronald Reagan og Sovet-Unionens Mikhail Gorbatsjov som i Genève i 1985 signerte en avtale om felles utvikling av fusjonsenergien til beste for menneskeheten. Den avtalen er grunnlaget for ITER, som 28. juli startet byggingen av sin Tokamak-generator i Saint-Paul-les-Durance i Provence i Frankrike. Foto: NTB scanpix

Nå sier CFS at de skal kunne klare å ha ferdig en prototyp i 2025 og en kommersiell reaktor midt på 2030-tallet. ITERs fremdriftsplaner tilsier en kommersiell reaktor på 2040-tallet. Nå er det altså “om 15–20 år” istedenfor de tradisjonelle 30. CFS hevder at det en grunn til at de er så raske, er at de benytter “høytemperatur” superledere i magnetene. Dermed skal de kunne produsere 10x så mye energi pr. volumenhet som ITER og får mye enklere og rimeligere konstruksjon og utprøving.

Denne artikkelforfatter er ganske optimistisk når det gjelder effektiviteten i de private fusjonsenergiinitiativene vs. det offentlige ITER. Jfr. at Craig Venters Celera i år 2000 hadde klart å kartlegge det menneskelige genomet på en femtedel av tiden og til en tiendedel av kostnadene til det internasjonale, statlig finansierte Human Genome Project. Celera kunne riktignok dra nytte av data fra HGP underveis, men det tilsvarende gjelder for de private fusjonsenergiinitiativene med hensyn til ITER.

Til slutt: Equinors aksjonærer vil nok ikke få oppleve noen stor direkte avkastning på selskapets investering i fusjonsenergibransjen. Men barnebarna, derimot …

Teknikk & vitenskap
Tech
Reportasjer