Så gick det efter genombrottet för fusion

Alla energislag kan tyckas bättre än att bränna olja och gas som nu hettar upp vår planet. Men det finns ett energislag som beskrivits som något av en helig graal: att på jorden replikera hur stjärnorna alstrar energi. I deras inre slås väte samman under extrem hetta och tryck, vilket frigör energi – i stora mängder. Till skillnad från kärnkraftverk, där atomkärnor klyvs (fission) för att alstra energi, skulle ett kraftverk som bygger på fusion inte kräva radioaktivt uran eller plutonium som bränsle, utan mestadels väte som återfinns i havsvatten. Förvisso skapas en del kortlivat radioaktivt avfall, men i fast form och i betydligt mindre mängder än i fission.  Går processen fel stänger den också ned sig själv utan risk för allvarliga olyckor. Så när den första vätebomben sprängdes 1952 – en okontrollerad fusion – väcktes stora förhoppningar om att det kunde bli en energikälla av rang. 

– När det sker kommer världens energiproblem verkligen att vara lösta för alltid, sa den indiska forskaren Homi J Bhabha 1955 i samband med en FN-konferens i Genéve för hur atom-energin skulle kunna användas för fredliga syften.

Han gav det två årtionden till, sedan skulle vi behärska solens krafter. Men så blev det inte. Det som visade sig vara det största problemet var inte att återskapa den värme eller det tryck som finns på solen, utan att trycka ihop kapseln med väteisotoperna symmetriskt, berättar den svenska forskaren Maria Gatu Johnson, prisbelönt fysiker vid MIT-universitetet i Massachusetts, USA.

– Tänk dig att ta en ballong i händerna och försök trycka ihop den till storleken av en ärta. Den vill bara ut mellan fingrarna. Det är jättesvårt, så det har varit en av de stora utmaningarna. Men vi har gjort jättestora framsteg och det är det som vi har fått att fungera tillräckligt bra för att nå de här resultaten.

”Ett existensbevis”

Maria Gatu Johnsons forskargrupp lyckades den 5 december 2022 få ut mer energi än vad som tillfördes i ett experiment vid National ignition facility (NIF) i Kalifornien. Starka laserskott tryckte ihop en kapsel med bränsle och hettade upp den, likt i solens kärna. Energin levererades i några nano-sekunder. Men när USA:s dåvarande energiminister Jennifer Granholm presenterade nyheten höll hon inte tillbaka, utan beskrev det som ”en av de mest imponerande vetenskapliga bedrifterna under det tjugoförsta århundradet”. Maria Gatu Johnson jämför det med när Kitty Hawk, världens första flygplan, lyfte från marken 1903. Det som tidigare inte varit genomförbart, var plötsligt det. 

– Man kan se det som ett existensbevis, nu har vi bevisat att det går att göra det här, något som forskare i 60 år försökt få till, sa hon i en intervju med Syre strax efter genombrottet och beskrev det som ”en fantastisk känsla”, ”svår att beskriva”.

Upprepats nio gånger

Hur gick det sedan? När Syre når Maria Gatu Johnson igen har nästan tre år förflutit sedan det banbrytande experimentet. Nio gånger har forskarna lyckats återupprepa bedriften med att få ut mer energi från bränslet än vad som tillförs med lasern, berättar Maria Gatu Johnson. 

– Det finns ett speciellt skott som har gjort allra bäst ifrån sig. Då fick vi ut 4,1 gånger mer energi än vi stoppade in.

Men nettovinsten rör endast mängden energi som tillförs i laserskottet i förhållande till hur mycket energi som kommer ur bränslet – och skulle bara räcka till att koka några grytor vatten. Det vill säga en bråkdel av vad som krävs för att driva hela anläggningen. För att få lönsamhet vid ett kraftverk räknar Maria Gatu Johnson med att det skulle krävas runt hundra gånger mer energi ur bränslet än vad som tillförs via lasern och att det upprepas tio gånger per sekund. Men National ignition facility (NIF) är designat på 1990-talet och inte specifikt konstruerat för att genomföra fusionsexperiment, påpekar Maria Gatu Johnson. 

– Det har hänt jättemycket på de 30 år som gått sedan dess.

Vad som kanske är mer intressant, fortsätter hon, är alla de privata initiativ som genombrottet gett ”energi” till, och som när de förvandlats till pilotanläggningar kommer att ha betydligt större kapacitet än NIF.

– De privata investeringarna har exploderat de senaste tre åren.

Två inriktningar

Satsningarna kan sägas följa två huvudspår. Den ena sysslar likt Maria Gatu Johnson med tröghetsinnesluten fusion där små kapslar med deuterium och tritium upphettas och komprimeras med hjälp av laserskott. Den andra huvudfåran använder istället starka magneter arrangerade i form av en munk – kallad tokamak – för att återskapa förhållandena i solens kärna. I den sistnämnda tekniken har forskarna ännu inte lyckats få ut mer energi än vad som tillförs. Men i Frankrike byggs en stor anläggning för att bevisa att det är möjligt till slutet av 2030-talet. Samtidigt byggs en pilot-anläggning i en förort till Boston, där företaget Commonwealth fusion systems (CFS) hoppas kunna göra det redan till 2027. Vad som kommer att visa sig kommersiellt gångbart först, fusion med hjälp av magneter eller tröghetsinnesluten fusion, står ännu skrivet i stjärnorna.

– Man kan se olika fördelar med båda spåren, säger hon.

Vad skulle du säga är den största utmaningen som kvarstår?

–  För mig som forskar om tröghetsinnesluten fusion är en av de stora utmaningarna det här med upprepning, att man måste se till att kunna göra det tio gånger i sekunden, vilket leder till en del problem, som att man måste göra kapslarna billigare än i dag. 

Hur känns det egentligen att arbeta med att efterlikna förhållanden på solen?

– Det är ögonblick när det känns mäktigt, framför allt när vi har uppnått de här stora resultaten, då har det känts helt fantastiskt. Men annars är det mer vardagliga och praktiska problem att lösa, så man tänker inte så mycket på det.

Slutet på början?

Sjuttio år har gått sedan Homi J Bhabha förutspådde att fusionsenergi skulle lösa världens energiproblem inom två årtionden vid konferensen i Genéve. Förhoppningarna har ännu inte infriats. Så kommer de göra det den här gången? Maria Gatu Johnson drar sig till minnes vad en kollega sa i samband med genombrottet: Att det kommer att visa sig bli slutet på början på jakten efter fusionsenergin.

– Det där var någonting som vi hade jobbat mot sedan 1950-talet, så när vi nådde dit var alla jätteglada. Men när man tänker efter är det jättemånga steg kvar att ta. Även om själva energikällan kan funka som man vill är det många ingenjörsutmaningar med de kringliggande systemen som behöver lösas. Så det känns som hela fältet har skiftat mer mot att försöka lösa de frågorna nu när vi har sett ”slutet på början”.

Världen ska helst ha nått fossilfrihet redan 2050. Tror du att fusion kommer hinna att ha en roll i energimixen till dess?

– Jag tror att det är på den tidsskalan som det verkligen kommer börja kunna bidra. Men det är i alla fall tio år innan det kan börja. Sedan kommer det krävas en uppskalning från det, och fram till 2050 tror jag att det skulle kunna ha en betydande inverkan.

Är det din drivkraft, att bidra till att det blir möjligt?

– Absolut. Från början till slut. Sedan är det inte nödvändigtvis det som håller mig motiverad på daglig basis. Man hittar någon fråga som man är nyfiken på och drar i några trådar och löser pussel varje dag.

Ser du någon risk för att för-hoppningarna kommer på skam?

– Absolut, det är klart att det finns en risk för det. Men jag själv känner mig positiv, jag tror det kommer att fungera.