PLTN Fusi Lebih Murah & Lebih Aman daripada PLTN Fissi

Mimpi untuk mendapatkan sumber energi bersih tak terbatas dan murah tampaknya akan menjadi kenyataan. Peneliti dunia berjuang setengah mati untuk mendapatkan energi yang amat dahsyat dari reaksi fusi (PLTN Fusi), tumbukan dan fusi inti atom membentuk atom-atom helium dengan cara meniru reaksi fusi nuklir di matahari dan bintang. Meski banyak kalangan menduga reaksi fusi menciptakan matahari dalam botol itu mahal, peneliti terus berusaha mendapatkan teknologi itu dengan cara yang mudah dan murah. Mereka memperlihatkan tanda-tanda akan berhasil.

Akhir-akhir ini PLTN juga mulai dilirik oleh para penggagas energi di Indonesia untuk menambah bauran energi nasional. Oleh karena itu, mereka disarankan untuk memperhatikan PLTN jenis apa (Fusi atau Fissi) yang lebih ramah lingkungan, kecil bahaya radiasinya, BB-nya melimpah di DN, dan semua suku cadang dapat dibuat di DN (TKDN setinggi-tingginya). Bila hal itu dijadikan pertimbangan, maka pilihan seyogyanya jatuh kepada PLTN Fusi, bukan PLTN Fissi yang mahal (1 unit sekitar > 6miliar USD atau Rp.100triliun per 1GW, TKDN ~30%, sisanya impor). Keputusan Go Fusion Nuclear itu kemungkinan akan diambil sekitar tahun 2025-2030 dengan anggapan bahwa semua pembangkit EBT telah beroperasi maksimal. Dalam periode itu, diduga pengembangan PLTN fusi di dunia sudah matang dan masuk skala komersial.

Reaksi fusi melibatkan unsur Deuterium dan Tritium. Deuterium (D), isotop stabil hidrogen melimpah di alam, sekitar 0,002% dari kelimpahan hidrogen di lautan. Sementara, tritium (T) adalah isotop radioaktif hidrogen tidak stabil, pemancar beta dengan masa paruh 12,32 tahun. T dibentuk secara alami dengan berinteraksi dengan sinar kosmik, tetapi dengan mudah dapat dibiakkan dari logam Lithium, dalam bentuk selimut biak dalam reaktor fusi, atau reaktor fissi yang menggunakan air berat (D) seperti dalam reaktor buatan Kanada, CANDU.

PLTN fusi (D+T, proton-B11) lebih baik daripada PLTN fissi (netron-U/Th/Pu), karena:

• Reaksi Fusi itu bersih, tidak ada polusi dan tidak ada karbon yang dilepas ke udara
• Reaksi Fusi itu berkelanjutan, BB diekstraksi dari air laut, dan lithium. Bahan bakarnya tak terbatas, melistriki dunia selama ratusan juta tahun, dan murah (cadangan deuterium dari air laut sekitar 23 triliun ton).
• Cadangan Lithium cukup melimpah untuk operasi PLTN fusi 200 juta tahun
• PLTN fusi secara melekat aman, tidak ada reaksi rantai, BB yang digunakan sangat sedikit yang menghasilkan MW tenaga listrik.
• Tidak ada sangkut-pautnya dengan proliferasi senjata nuklir
• Reaktor dapat dipadamkan seketika (bila ada kerusakan), tidak ada kemungkinan terjadi lelehan BB 
• Tidak ada limbah radioaktif umur panjang (umur paruh tritium 12 tahun, hanya berbahaya bila tertelan), dan tidak ada lepasan zat radioaktif
• Ada pilihan untuk menghasilkan panas atau listrik
• Reaksi fusi tidak hanya D+T, tetapi juga terjadi antara hidrogen dan Boron (LPP, TAE, dan EMC2)
• Boron termasuk relatif elemen jarang di kerak bumi, hanya 0,001%. Deposit borat komersial diestimasi sekitar 10juta ton. Produsen terbesar di dunia adalah Turki (72% cadangan dunia) dan AS. Boron ada di alam dalam bentuk borax, boric acid, colemanite, kernite, ulexite, dan borates.

Riset reaktor fusi Tokamak, ITER masih terus berlangsung dan telah menghabiskan dana amat besar, dengan skala desain raksasa seluas lapangan bola: tinggi 30 meter; bobot 23.000 ton; komponen sekitar satu juta buah; dana terserap 20miliar USD; diduga  plasma pertama tahun 2025, operasi D+T sekitar tahun 2035, dan diduga akan menjadi PLTN fusi komersial pada tahun 2040, guna memproduksi 500MW dengan daya input 50MW (COP, Coefficient Of Performance = 10).

Pengembangan teknologi PLTN Fusi jenis ITER begitu lambat kemajuannya. Oleh karena itu, peneliti di seluruh dunia berlomba-lomba mencari pola kungkungan reaktor fusi yang lebih sederhana dan lebih murah dengan tetap menggunakan bahan bakar yang berasal dari air (daur Deuterium) atau BB lain seperti proton (hidrogen) dengan Boron, dan tetap mempertahankan kondisi plasma dalam reaktor fusi. Hal itu dilakukan agar biaya pembangunannya dapat diturunkan serendah mungkin, bahkan, bila perlu, berada di bawah PLTU Batubara. 

Aneka PLTN Fusi di dunia dan perkiraan masuk skala komersial adalah sebagai berikut:

(1) LPP (Lawrenceville Plasma Physics) (Middlesex, New Jersey, AS): Target reaktor komersial sekitar 2022, setelah energi net dicapai. Grup ini dapat menurunkan biaya energi sekitar 1/10. Bahan Bakar: proton-Boron (pB11).

Pendekatan teknologi ini adalah memanfaatkan ketidak-stabilan plasma (ditemukan th 1964), dengan menciptakan botol magnit yang dapat menekan plasma secara alami, akibat ketidakstabilan alami plasma dalam alat yang disebut DPF (Dense Plasma Focus), tanpa bertarung dengan dinamika plasma. Desain LPP adalah:

• Ia pas dalam ruang kecil, dapat diproduksi secara massal dan dapat dijual murah, hanya sekitar 1-2jutaUSD.
• Tidak ada limbah radioaktif. BB: Hidrogen dan Boron (bukan D+T, tidak ada netron energi tinggi, fusi aneutronic), DPF tidak akan pernah meleleh, tidak ada material dan limbah yang radioaktif, tidak ada polusi terhadap lingkungan.

                       p + B-11  >>>>  3 He-4 + 8,9 MeV

• Langsung menghasilkan listrik. Energi diproduksi sebagai sinar ion helium yang tidak beracun, yang langsung menghasilkan listrik dalam bentuk transformer step-down teknologi tinggi. Tidak ada uap turbin yang diperlukan. Suhu plasma ~1,8miliar oC lebih panas dari suhu inti matahari yang cukup untuk memijarkan p-B11. Generator fusi ~5MW seukuran kulkas besar atau mobil kecil. Harga 1-2jutaUSD, dengan biaya listrik sekitar 0,5sen USD/kWh.

(2) Lockheed Martin Corp. (Mariland, AS)

Lockheed mendesain reaktor fusi jinjing yang kompak seukuran mesin jet dan dapat diletakkan di bagian belakang truk yang berdaya lumayan besar 100MW (cukup untuk melistriki 80.000 KK), supaya murah. Kungkungan cermin magnetik yang berisi plasma isotop hidrogen (D+T) tempat reaksi fusi terjadi digunakan untuk merefleksikan partikel-partikel tsb dari medan magnit densitas tinggi ke medan magnit densitas rendah. Ukuran purwarupa reaktor fusi kira-kira diameter 1m dan panjang 2 m. Netron yang dilepaskan (warna jingga dalam gambar) akan mentrasfer panas melalui dinding reaktor. Gas Deuterium dipanaskan menggunakan energi RF hingga menghasilkan plasma, dan medan magnit mengungkungnya. Saat ini Lockheed mengkaji purwarupa 5MW, lalu 5 tahun kemudian (th 2022) akan mengkaji 100MW.

 

(3) Helion Energy (Redmond, Washington, AS): prinsip: fusi inersial magneto. Ia akan masuk skala komersial tahun 2023 (sekitar 5 senUSD/kWh dan dapat membakar limbah fissi nuklir). BB: D+He-3

Helion menciptakan teknologi yang disebut Mesin Fusi, yang memanfaatkan helium dari buangan gas mesin. Helium bersama dengan Deuterium dari air laut dipanaskan menjadi plasma, kemudian ditekan dengan bantuan medan magnit guna mencapai suhu fusi >100juta oC. Peralatannya lebih kompak daripada PLTN fusi tradisional. Netron yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan reaksi D+T. Ia harus dioperasikan dengan moda pulsa, dengan laju satu ledakan per detik. Helion Energy sedang mencoba mencapai fusi inersial Magneto dengan cara mengkombinasikan kestabilan fusi magnetik tetap dan pemanasan fusi inersial yang dipulsa.

Plasma dipercepat bersama-sama secara magnetik, kemudian dipulsa sekali per detik. Skala pilot komersial memerlukan 200juta USD. Sistem komersialnya (50 MW) akan dibangun tahun 2022.

(4) Tri Alpha Energy (Foothill Ranch, California, AS): komersial sekitar 2021-2025. BB: proton (inti hidrogen) - Boron-11.

Tri Alpha Energy (TAE) adalah Perusahaan fusi swasta terbesar di dunia dengan visi bahwa PLTN fusi harus terwujud sesegera mungkin. Teknologinya unik, yaitu berupa gabungan akselerator partikel energi tinggi dan fisika plasma (p-B11, hidrogen dan boron, bukan D+T) yang menghasilkan produk teknologi yang kompak, aneutronic (tidak menghasilkan netron), aman, bebas karbon, dan berkelanjutan. Sekali reaksi fusi dicapai, reaktor menghasilkan arus listrik ajeg. Dana riset disediakan 500jutaUSD. Riset saat ini baru mendapatkan plasma yang stabil selama 11,5detik. Perlu riset lanjutan guna mendapatkan waktu lebih lama. Alat yang disebut C2U adalah alat toroid terbesar di dunia, panjang 20m, diameter 1,4m. Medan magnit 3,5 Tesla yang memberikan 1MJ dalam mikrodetik yang membentuk dan mempercepat toroid kompak ke 600.000km/j.

Tri Alpha Energy mengandalkan reaksi 11B(p,a)aa yang bersih, atau ditulis 11B(p,3a) yang menghasilkan 3 inti helium yang disebut partikel alpha. Bombardir itu pada energi rendah didominasi oleh 2T=1, resonansi pada 675keV dengan lebar 300keV. Nilai Q reaksi tersebut 8,58MeV (Ein(cm)x14).

Reaksi fusi (TAE)

• Tidak perlu netron (tidak ada radiasi netron)
• Tidak memerlukan turbin, listrik langsung diperoleh melalui partikel bermuatan.
• Reaksi berlangsung antara hidrogen (proton) dan Boron
• Lebih panas dari konvensional fusi (1-2 miliar oC ><100-150juta oC).

(5) General Fusion (Burnaby, Kanada): komersial th 2023 (target 4 sen USD/kWh). 

Ia memanfaatkan sistem fusi dengan target yang dimagnetisasi menggunakan sebuah bola yang diisi molten Li-Pb yang dipompa membentuk vorteks. Pada setiap pulsa, plasma (D+T) yang dikungkung secara magnetik diinjeksikan ke dalam vorteks. Atom D+T akan berbenturan dalam suasana amat panas membentuk reaksi fusi. Vorteks logam cair menyerab netron dan panas, mengurangi kerusakan di sekitar struktur.

Di sekitar bola, susunan 200 piston memberikan benturan / impak dan mendorong gelombang tekanan ke pusat bola, menekan plasma ke kondisi fusi. Reaksi fusi yang terjadi menghasilkan panas yang diserap oleh molten Li-Pb, dan panas dari molten dapat mendidihkan uap air untuk menggerakkan turbin guna mendapatkan listrik.

(6) EMC2 (Energy Matter Conversion Corp) (San Diego, AS)


EMC2 mengusung konsep fusi Polywell, medan listrik digunakan untuk memanaskan ion-ion ke kondisi fusi. Beberapa bukti fisik diumumkan. 

Pendekatan teknologi EMC2 adalah jaringan listrik voltase tinggi didesain khusus untuk menjebak ion-ion dalam plasma dan menggerakkan mereka memicu reaksi fusi dengan kuat. Polywell mengkombinasikan fusi elektrostatik dengan kungkungan puncak magnetik (Electrostatic Fusion in a Magnetic Cusp), yang beroperasi pada beta (tekanan plasma / tekanan medan magnit) mendekati satu, Hasilnya, reaktor polywell menjadi kecil, stabil, dan sangat efisien. Grup ini menerima dana riset USD30juta. BB: proton-Boron. Mesin Polywell telah dibuat sejak WB-1 hingga WB-8.

(7) Dynomak: Grup ini menklaim bahwa dapat memproduksi energi lebih murah dari PLTU Batubara. Target komersial tidak ditentukan hingga sekitar 2040. BB: D+T.

Dynomak adalah konsep reaktor fusi spheromak (Gambar samping) rancangan T. Jarboe, Prof Nuclear Enginering dari UW (Universitas Washington) dan berkolaborasi dengan Lab Fisika Plasma Princeton (dana dari US DOE) dapat mereduksi ukuran  reaktor secara keseluruhan, dan masih tetap mengkungkung plasma dengan energi hanya 1% dari energi yang digunakan di ITER. Harga pembangkit ditawarkan untuk 1 GW (1000MW) ~ 2,7miliar USD (Rp.35,1 triliun, 1/3 PLTN Fissi) yang relatif lebih rendah daripada PLTU Batubara. Reaktornya lebih kecil daripada rancangan ITER, Perancis yang harganya 1/10-nya. 

Sistem reaktor Dynomak memiliki parameter berikut: Major radius: 3,75m; aspect ratio: 1,5; Toroidal Ip: 41,7 [MA]; Number density 1,5 [10E20m-3]; Wall-averaged  beta 16,6[%]; Peak Te: 20 [keV]; Neutron wall loading: 4,2 [MWm-2]; Tritium Breeding Ratio (TBR): 1,12; Current drive power 58,5 [MW]; Laju alir Blanket: 5,2 [m3s-1]; Daya termal: 2486 [MW]; Daya listrik: 1000 [MW]; Efisiensi Termal  > 45[%].

(8) Konsep MagLIF (Magnetized Liner Inertial Fusion):

MagLIF termasuk kategori sistem energi fusi inersia yang menggunakan gerakan ke dalam BB fusi (D+T) guna mencapai densitas dan suhu di mana reaksi fusi berlangsung. MagLIF menggunakan kombinasi laser untuk pemanasan dan medan magnit Z-pinch untuk menekan DT. Mesin Z adalah pembangkit gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi dan didesain untuk menguji material pada kondisi tekanan dan suhu yang ekstrim. Ia adalah generator pulsa elektrik yang mampu memproduksi arus puluhan juta Ampere. Ia dipakai  sebagai fasilitas riset terutama untuk ICF (Inertial Confinement Fusion) yang dioperasikan oleh SNL (Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico). Guna mendapat reaksi yang cukup, hidrogen harus bertabrakan dengan kecepatan hingga 1000km/detik. dan membutuhkan panas lebih dari 50juta oC. Di sisi lain, produksi netron harus ditingkatkan seribu kali agar mendapatkan brreakeven (impas).

Proyek fusi ini menerima pembiayaan memadai, tetapi belum memberikan target kapan proyek ini akan komersial.

disusun oleh: Fathurrachman Fagi; WA 0812-1088-1386; ffagi@yahoo.com

_____________________________________________________
Bagi anda yang meng-copy & paste tulisan ini di blog anda,
Cobalah ikhlas menyebutkan link sumbernya
http://energibarudanterbarukan.blogspot.co.id/2016/11/pltn-fusi-lebih-murah-dari-pltn-fissi.html