‘Kunstige sole’ slår nye rekorder: Har vi nået fusionsenergiens gennembrud?

I årevis har forskere forsøgt at finde en hellig gral inden for grøn omstilling: Nemlig ved at fjerne de sidste hindringer i vejen for uhæmmet fusionsenergi.

I de seneste mere end syv årtier har kloge hoveder verden over arbejdet dedikeret på at høste den energi, der opstår ved fusionen af atomkerner i glohede reaktorer, der efterligner Solen og andre stjerners måder at lave energi på.

Processen i de såkaldte ’kunstige sole’ har nemlig potentialet til at blive til elektricitet, der kan levere strøm til elnettet og fremtidens kraftværker. En slags ultimativ grøn energikilde, der hverken udleder drivhusgasser eller producerer radioaktivt affald.

Med to nylige rekorder er nogle af verdens ‘kunstige sole’ måske rykket skridtet nærmere et egentligt fusionsgennembrud.

Først var det den kinesiske reaktor EAST, der i slutningen af januar formåede at holde plasma, som er brændslet i fusionsprocessen, kørende i 1.000 sekunder.

Godt 2 uger siden blev den bedrift overgået af den franske fusionsreaktor WEST med 1.337 sekunder.

»De 1.000 sekunder har ligesom været et skarpt hjørne at runde i fusionsforskningen, så det er jo noget af en milepæl,« lyder vurderingen fra Alexander Simon Thrysøe, ph.d. og forsker i plasmafysik og fusionsenergi ved Institut for Fysik, DTU.

»Men det var ikke overraskende, for vi har kunnet se, hvor det bar henad. Ikke desto mindre er det en fantastisk bedrift.«

Europa er med i ræset

Fusionsreaktorer efterligner den måde, Solen og andre stjerner genererer energi på, og det kan potentielt levere fossilfri og sikker energi i endeløse mængder.

Kort fortalt forsøger forskerne at tøjle og udnytte den energi, der frigives ved at ‘sammensmelte’ eller ‘fusionere’ to lette atomkerner til én tungere af slagsen. Det indebærer blandt andet opvarmning af plasma til en temperatur, der er over ti gange højere end den, Solens kerne har, altså over 150 millioner grader.

Ved så høje temperaturer befinder brændstoffet sig i en gaslignende tilstand, som kaldes plasma, hvor atomkerner og elektroner flyder rundt mellem hinanden. Udfordringen er at holde styr på plasmaet, og det gøres på forskellige måder i forskellige slags fusionsreaktorer.

En af de mest lovende reaktortyper hedder ‘tokamak’, hvor det ekstremt varme fusionsplasma holdes svævende i et donut-formet kraftigt magnetfelt. Det er den reaktortype, der har slået de to seneste rekorder.

Den ekstreme varme sætter store krav til fusionsreaktorens materialer og blandt andet de ledninger, som skal opretholde tokamakkens magnetfelt og plasmaets temperatur.

De kinesiske og franske rekordholdere benytter sig af såkaldte superledere, og sammen med en opgradering af den kinesiske reaktor var det ifølge Alexander Thrysøe derfor forventeligt, at nye rekorder var på trapperne.

»Hvis man vil slå en rekord og have plasma i lang tid, skal man bygge en tokamak med superledende magnetfeltspoler. Og dem har vi altså kun én af i EU. Så det er jo fedt, at vi nu også er med i ræset her med franske WEST,« siger han.

Ikke alle rekorder kan sammenlignes

Alexander Thrysøe og hans kollegaer på DTU var i 2023 selv en del af et samarbejde, der satte et vigtigt aftryk på fusionsforskningen. Det skete, da JET, en fælleseuropæisk tokamak i Storbritannien, producerede mere energi fra fusion i et enkelt eksperiment end nogensinde før.

Året før, i 2022, skete der også noget skelsættende i fusionsverdenen. Her lykkedes det nemlig forskere ved amerikanske National Ignition Facility kortvarigt at producere mere energi, end det kostede at holde fusionsplasmaet varmt.

»Men det skete med en helt anden type maskine, nemlig ved laserfusion, hvor man i stedet for at lave en stor magnetisk 'donut' tager næsten 200 højenergilasere og retter mod en lille peberkornsstor kugle af brændstof,« siger Alexander Thrysøe.

På den måde kan det være svært at skære alle rekorderne over én kam, fordi de lykkedes med forskellige ting. Nogle eksempelvis med at holde plasmaet kørende i lang tid, andre at generere et overskud af energi, men i et flygtigt øjeblik.

De seneste rekorder fra kinesiske EAST og franske WEST er derimod beslægtede, lyder det fra DTU-forskeren.

»Det er lidt ligesom atletik. Du kan lave rekorder i højdespring og maraton. Og de er allesammen imponerende hver for sig, men ikke sammenlignelige,« siger han.

»Men det, alle de her eksperimenter leder op til, er jo, at vi skal have færdigbygget ITER. Den superatlet, der skal være verdensmester i alle disciplinerne.«

Spændende tider inden for fusionsforskning

I Sydfrankrig er en ny fusionsreaktor nemlig ved at blive bygget. Efter adskillige forsinkelser forventes fusionsforskningens flagskib at stå klart i 2035. Kina, Europa, Indien, Japan, Sydkorea, Rusland og USA står bag projektet.

Hvor tokamakkerne i Kina og Frankrig nåede op på henholdsvis 70 og 50 millioner grader, er planen, at ITER skal op på hele 200 millioner grader. Den kommende reaktor kan bane vejen for, at fusionsenergi flyttes fra laboratoriet og ud i virkeligheden.

»Et af formålene med ITER er netop at vise, at fusionsenergi kan lave et overskud af energi i et system, som ligner et kraftværk så meget som muligt uden egentlig at være det,« siger han.

»Spørgsmålet er, om vi ser det, allerede inden ITER er færdig.«

For ifølge DTU-forskeren er det »spændende tider i fusionsforskning«. De seneste år er det poppet op med private virksomheder med ambitiøse mål og store nationale projekter.

»Noget af det hænger måske sammen med presset fra klimaforandringerne,« siger han og fortsætter:

»Men jeg tror også, at det afspejler, at fusionsenergi er ved at have den modenhed, der gør, at det begynder at give mening for investorer på globalt plan at investere i det. At nu er vi simpelthen så tæt på.«

En af indvendingerne mod at satse for stort på fusion har ellers været, at teknologien ikke ville være flyveklar, før den blev overhalet af nogle af de mange andre grønne teknologier, der er kommet på banen.

Sol og vind genererer eksempelvis allerede billig el og varme verden over.

»Men fusionsenergi kan noget, som ingen af de andre teknologier kan. Det er ikke, fordi jeg er fusionsmaksimalist. Men jeg tror på, at vi i fremtiden har brug for alle typer af alternativ energi, vi kan få fat på, hvis vi skal skaffe os af med de fossile brændstoffer.«

Til forskel for vindmøller og solceller kan reaktorer reguleres bedre end vinden og Solen, forklarer Alexander Thrysøe, og sammenlignet med eksempelvis atomkraft producerer det ikke langlivet radioaktivt affald.

Har vi fundet fusionens hellige gral?

Det lyder umiddelbart som et kapløb.

EAST mod WEST. Kineserne mod franskmændene, mod en række andre rekordsættende reaktorer i eksempelvis Japan, Sydkorea og hele Europa bare for at nævne nogle få.

Selv på DTU har de Skandinaviens eneste tokamak, NORTH, dog »ikke af den helt samme kaliber« som de ovenstående, lyder det ydmygt fra Alexander Thrysøe.

Men den bidrager med forskning i og viden blandt andet om, hvordan man kan løse nogle af problemerne med at drive strømmen i tokamakkens glohede fusionsplasma. Og så er det hurtigere og billigere at sætte den i sving end de store af slagsen, der har slået de nye rekorder.

»Der jo enormt meget samarbejde på tværs i fusionsforskning. Der er komponenter i maskinerne og forskere til at bygge dem fra hele verden. EAST og WEST skal man nærmere se som to søstermaskiner, der begge kan være med til at belyse den samme forskning og nå de samme mål.«

Har vi med de seneste højdespring fundet fusionsenergiens hellige gral?

»Bestemt ikke, for der er meget arbejde igen,« lyder det fra Alexander Thrysøe.

»Men rekorderne er helt sikkert et vigtigt skridt på vejen mod fusionsenergi.«

Forskerne formåede nemlig at opretholde plasmaet stabilt i længere tid uden at gøre skade på magnetsystemet, der skal holde det på plads, og de materialer, som er udsat for en ekstrem varmebelastning.

Kan man som forsker blive ved med at blive overrasket, når der med jævne mellemrum tikker nye rekorder ind?

»Jeg har nok vænnet mig lidt til det. Der er kommet mange de seneste fem år, og det er jo også bare et udtryk for den store udvikling, der sker for tiden,« siger Alexander Thrysøe.

»Men det er da klart, at når det sker, er det en ekstra god dag på kontoret.«