Fusion: vem vill jobba med ett 40-årsperspektiv?

Våren var igen sällsynt varm (fram till vappen), så till den grad att folk iklädda baddräkt solbadade på en strand i Helsingfors i april – något jag nog aldrig sett under hela mitt 50-åriga liv. Den globala uppvärmningen är ett faktum. Trots att klimatförändringen i Finland faktiskt har vissa trevliga aspekter som varmare vårar och somrar så är det obestridligt att den kan leda till mycket stora globala problem, då tidigare bördiga områden omvandlas till öknar, havsvattennivåerna stiger och miljarder människor kanske behöver flytta långt bort från sina hemtrakter. Vi har alltså ett stort behov av att hitta koldioxidneutrala, hållbara former för energiproduktion.

[caption id=“attachment_9540” align=“alignright” width=“220”] Kai Nordlund är professor i beräkningsmaterialfysik vid Helsingfors universitet.[/caption]

Är fusion svaret? Ett sätt att – åtminstone i princip – framställa enorma mängder energi i miljoner år framåt är kärnfysikalisk fusion. I denna fogas lätta väteatomkärnor ihop till tyngre grundämnen i reaktioner som frigör massiva mängder energi – bokstavligen en miljon gånger mer än i en vanlig kemikalisk reaktion.

Den bäst kända energiproducerande fusionsreaktorn är solen. Att åstadkomma stabil fusion på jorden är inte lätt, men det verkar som om det vore möjligt i en munkformad plasmakammare som kallas för tokamak (ur en rysk akronym för ’ringformig magnetisk kammare’). I dessa hettas väteplasma upp till ungefär hundra miljoner grader, en för övrigt tio gånger högre temperatur än solens inre.

Om en tokamak är tillräckligt stor, borde man kunna åstadkomma en stabil fusionsbränna som både producerar gigawatt av värme och håller sig själv het.

Tekniken har testats i fem decennier och enorma framsteg har skett. Energiproduktionen från fusionsreaktionerna har ökat från 1 watt i de första reaktorerna till kring tio megawatt i dag. I Frankrike byggs nu en testreaktor, ITER, som är av kraftverksskala och borde producera 500 megawatt energi, men dock inte elektricitet än.

Gigantiska fördelar. Varför är experiment med fusion värt försöket? Fusionskraft har flera stora fördelar jämfört med nuvarande teknik för energiframställning. Fusion producerar absolut ingen koldioxid, heller inget långlivat radioaktivt avfall. Dessutom är tekniken inherent säker: alla störningar leder omedelbart till att reaktionen släcks. Biprodukten är helium, samma gas som används i vanliga första maj-ballonger, och energiproduktionen kan vara i gigawattskala. Bränslet är väteisotoper som fås från havsvatten och litium, samma grundämne som vi använder i våra mobiltelefonsbatterier.

Vad dröjer då? Trots alla fördelar och framsteg kan vi inte ännu köpa fusionel till våra hem och stugor. Under utvecklingen har det grovt sett funnits två problem att lösa. Det första är hur man ska hetta upp plasma till hundra miljoner grader och hålla det stabilt långa tider vid denna enorma temperatur.

Det verkar nu som om man nu efter decennier av plasmafysik har funnit lösningarna till detta, och ITER kommer att möjliggöra optimering av plasmats upphettnings- och kontrollprocesser för kraftverksskala.

Den andra problemklassen är hurdana material som kan tåla kontakt med den heta plasman och neutronerna som skapas i kärnreaktionen under långa tider. Min forskningsgrupp deltar i detta arbete, tillsammans med ett tusental andra materialfysiker och ingenjörer från olika håll i världen. Det verkar som om en kombination av vissa nya specialstål och wolfram borde fungera i kraftverksskala – men vi behöver ännu nya datormodeller, ITER, och en speciell materialtestanläggning för att säkerställa saken. Allt detta intensiva forskningsarbete kräver givetvis tid och pengar. På basen av nuvarande finansieringsnivåer är det internationella forskningssamfundets bästa uppskattning att ett prototypkraftverk som också producerar el via fusion kunde vara färdigt kring år 2055.

Bortom min livshorisont. Det handlar alltså för många av oss vetenskapare att jobba för något som inte blir färdigt under vår egen livstid. Den enormt långa tidsskalan i processen ställer också en arbetspsykologisk frågeställning – vem är redo att jobba kanske hela sitt liv för ett projekt som man antagligen inte hinner se frukterna av?

Ingen som nu jobbar med fusionsprojektet blir rik på det, det är inte ens garanterat att projektet lyckas. Att jobba för ett sådant mål kräver utan vidare en viss speciell idealistisk läggning, beredskap att osjälviskt jobba för något större än man själv. Jag har vant mig vid tanken att fusionselektricitet med allra högsta sannolikhet inte blir en globalt betydelsefull energiproduktionsform så länge jag lever. Men nog vill jag att mina barn och barnbarn – liksom alla andra i deras generation – ska ha tillgång till el och värme ännu den dag då de är gamla.