Fusion, abstrakt illustration

Nettovinst av energi från fusion – ”Det här är det stora genombrottet”

Fusionskraft har länge varit det hägrande framtidslöftet för energiforskare. Efter två lyckade experiment som nyligen genomförts vid Lawrence Livermore National Laboratory i Kalifornien, finns det nu för första gången goda skäl att tro att storskalig fusionskraft kan bli verklighet.

Den 5 december förra året inträffade en historisk händelse. Forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory lyckades genomföra en process som gäckat andra forskare i årtionden. För första gången kunde man åstadkomma en kärnfusion som producerade mer energi än den mängd som krävdes för att upprätthålla processen.

Forskarlaget vid Lawrence Livermore lyckades återskapa resultaten från experimentet i december i ett andra försök som genomfördes den 30 juli i år.

Constantin Häfner, chef för expertkommittén och Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT Aachen, har arbetat med fusionsteknik i många år och beskriver resultaten från experimenten vid Lawrence Livermore som ”banbrytande”.

– Teamet har för första gången kunnat presentera konkreta vetenskapliga bevis för fusionsenergin. Det här har aldrig tidigare gjorts i ett laboratorium. Det visar att de modeller och förutsägelser som fysikerna har utvecklat är korrekta. Det här är det stora genombrottet.

Nettovinst av energi är målet

Jämfört med fission – som innebär klyvning av tunga atomkärnor av uran eller plutonium och som är grunden för dagens kärnkraft – har forskare under många år kämpat för att skapa en fungerande fusionsprocess.

Den utmaning som forskarna vid Lawrence Livermore till slut lyckades lösa var denna: att producera nettotillskott av energi. Tekniken och processen för fusion har funnits länge. Om man låter man lätta atomkärnor, till exempel väte, smälta samman (fusionera) frigörs enorma mängder energi.

Låter det lätt? Det är det inte. Enkelt uttryckt bygger fusion på samma process som sker inne i solen och andra stjärnor. Det krävs alltså extrem värme och högt tryck. För att återskapa en sådan miljö har man bland annat använt kraftfulla lasrar som kräver stora mängder energi – fram tills nu mer energi än vad som frigjorts vid fusionen. I experimenten vid Lawrence Livermore lyckades forskarna till slut producera en nettovinst av energi: 3,15 megajoule frigjordes vid fusionen medan lasern krävde 2,0 megajoule. 

Prenumerera på nyhetsbrevet THE EDIT

THE EDIT är Vattenfalls månatliga nyhetsbrev. Varje nummer lyfter fram ett tema inom hållbar energi och fossilfrihet.

Billigare med lättare atomkärnor

 En av fördelarna med fusion jämfört med fission är att de atomer som används är lättare och mer lättillgängliga – det är definitivt lättare att arbeta med väte än med uran. Även om kärnfusion kräver förhållanden som är svåra att åstadkomma, kan det vara billigare än fission när det gäller kostnaderna för säkerhet.

– Det är färre risker med fusion, vilket innebär att kostnaderna blir lägre, säger Häfner. Det krävs förmodligen mindre statlig reglering också. I vissa länder, som till exempel USA, har man redan ändrat regelverken. Där har man tagit hänsyn till att fusionsprocessen inte medför lika stora risker som vid fission och därför valt att hantera den annorlunda. Jag tror att detta kan göra att det bli mer attraktivt för branschen att investera i fusionsteknik och fusionskraftverk. Men det är fortfarande långt kvar. Ta mitt svar mer som en vision för framtiden än som vedertagen kunskap. Allt beror på hur vi utformar ramverken för reglering och tillståndsgivning. 

Storskalig drift kan vara möjlig inom 25 år

Om allt faller på plats – finansiering, lagar och regler, teknik och ingenjörskonst – finns oerhört mycket att vinna. Fusionskraft skulle snabbt kunna göra hela energisystemet fossilfritt. Dessutom menar Häfner att det skulle vara fullt möjligt att skala upp produktionen och skapa fungerande fusionskraftverk. Dock skulle det kräva betydande ansträngningar.  

– Det finns tre viktiga steg när det handlar om att utvinna el och energi från fusionsanläggningar. Det första är det vetenskapliga: att man måste skapa ett plasma som genererar mer energi än vad som krävs för att ta fram det. Sedan har vi det tekniska: att man ska ta hänsyn till förluster i andra delar av processen, som till exempel energiomvandling. Till sist har vi det ekonomiska: att man måste kunna sälja energin på marknaden till ett konkurrenskraftigt pris jämfört med andra energikällor. 

Det har varit en lång och krokig väg mot det ”break-even” i energimängd som uppnåddes i början av december förra året och nu ännu en gång i juli. Trots de många bakslagen är Häfner nu än mer positiv till de framtida möjligheterna för storskalig fusionskraft. Han menar att det skulle kunna bli verklighet redan om 25-30 år, i bästa fall.

– Det handlar om investeringar och tillgång till kompetens. Jag tror att det som krävs är ett innovationssystem för fusionsenergi. Om regeringarna satsar på det – tillhandahåller det regelverk som behövs, främjar ny teknik och säkrar långsiktig finansiering – då kan vi nå dit relativt snabbt. Vi behöver kanske ytterligare 10 till 15 år av teknisk utveckling och ungefär lika lång tid för att bygga upp och testa en prototypanläggning.

Fission och fusion

Grunden för dagens kärnkraft är fission, där man under stor energiutveckling och under kontrollerade förhållanden klyver atomkärnor med hjälp av neutroner. Ända sedan världens första kärnkraftverk togs i drift på 1950-talet har fission varit den dominerande metoden för att utvinna energi från atomkärnor.

Motsatsen till fission – fusion – har däremot visat sig vara betydligt svårare att bemästra.

Fusion bygger på att återskapa den process som sker inne i solens (och andra stjärnors) kärna, där atomer smälter samman och frigör enorma mängder energi.

En stor skillnad mellan fission och fusion är att fission kräver tyngre atomkärnor (som uran och plutonium), medan fusion klarar sig med lättare och mer lättillgängliga atomkärnor, som till exempel väte. Det krävs dock mycket speciella omständigheter för att få atomkärnorna att slås samman: både extrema temperaturer och högt tryck – två faktorer som i sig kräver stora mängder energi att åstadkomma. Detta har bidragit till att projekten inom fusion hittills endast gett negativa resultat, det vill säga att själva processen har krävt mer energi än den mängd energi som producerats genom fusionen.

Se även

Rivningsrobot sågar metall i trångt utrymme. Foto: Nicklas Tjernlund

Nytt verktyg river många kilometer rör i Ringhals 1 och 2

En rivningsrobot med ett splitternytt specialverktyg som har utvecklats i Ågesta kommer till undsättning när Ringhals 1 och 2 ska rivas.

Läs hela artikeln
Vattenfall Logo

Marknaden tvekar om elektrobränsle till flygindustrin

Vattenfall arbetar för att möjliggöra ett fossilfritt liv, bland annat genom partnerskap för att utreda möjligheterna för att kunna producera elektrobränsl...

Läs hela artikeln
HYBRITs pilotanläggning i Luleå. Foto: Helena Sundberg

HYBRIT: Sex års forskning banar väg för framgångsrik fossilfri järn- och ståltillverkning i industriell skala

HYBRIT-initiativet presenterar nu resultatet av sex års forskning i en slutrapport till Energimyndigheten. Rapporten visar att direktreducerat järn framställt med HYBRIT-processen har fördel...

Läs hela artikeln