Pada film tahun 1990 The Hunt for Red October, seorang kapten angkatan laut Soviet yang diperankan oleh Sean Connery mengemudikan kapal selam yang didukung oleh “penggerak magnetohidrodinamik” yang tidak terdeteksi oleh sonar militer.
Sepertiga abad kemudian, start-up asal Inggris, Tokamak Energy, mendukung program Defense Advanced Research Projects Agency Amerika Serikat untuk membuat propulsi laut yang hening menjadi kenyataan.
Kolaborasi dengan Darpa adalah salah satu dari beberapa cara perusahaan fusi nuklir tersebut untuk memonetisasi sepuluh tahun kerja mereka pada magnet superkonduktor suhu tinggi, yang menurut mereka dapat mengubah sektor-sektor mulai dari transportasi publik hingga pemindaian medis.
“Apa yang ingin kami lakukan di sini adalah memperkenalkan era HTS,” kata Liam Brennan, direktur TE Magnetics, yang akan diluncurkan resmi oleh Tokamak Energy minggu depan. “Kami ingin membawa magnet-magnet tersebut keluar sana dan mengoperasikannya.”
Program ini bertujuan untuk membuat propulsi laut yang hening menjadi kenyataan, teknologi yang tersedia dalam film tahun 1990, The Hunt for Red October © Maximum Film/Alamy
Berspin-off dari Otoritas Energi Nuklir Inggris pada tahun 2009, bisnis utama Tokamak Energy adalah fusi nuklir, di mana perusahaan yang berbasis di Oxfordshire tersebut bersaing dengan sekitar 40 perusahaan lain di seluruh dunia untuk menjadi yang pertama mengembangkan pembangkit listrik fusi yang mampu menghasilkan energi bersih secara komersial dengan menyatukan isotop hidrogen.
Prospek untuk menciptakan reaksi yang menggerakkan matahari telah menarik para ilmuwan selama beberapa dekade. Reaksi bebas karbon ini tidak menghasilkan limbah radioaktif yang tahan lama, isotop dapat diperoleh dalam jumlah besar, dan segelas kecil bahan bakar memiliki potensi untuk memasok listrik ke rumah selama ratusan tahun.
Tetapi setelah 60 tahun eksperimen, belum ada kelompok yang berhasil menyempurnakan teknologi tersebut dan tidak ada jaminan bahwa impian pembangkit listrik fusi akan terwujud.
Pendekatan paling umum untuk fusi menggunakan magnet untuk menahan plasma dari dua isotop – biasanya deuterium dan tritium – dalam sebuah perangkat yang disebut tokamak. Isotop tersebut kemudian dipanaskan pada suhu ekstrim 10 kali lebih panas dari pusat matahari sehingga inti-inti tersebut bersatu, menghasilkan helium dan energi.
Generasi pertama magnet yang digunakan dalam tokamak eksperimental seperti JET di Oxfordshire, yang mulai beroperasi pada tahun 1983, terbuat dari tembaga. Fasilitas yang lebih baru, seperti EAST di China, yang menghasilkan plasma pertamanya pada tahun 2006, menggunakan magnet superkonduktor suhu rendah yang disebut LTS.
Tokamak Energy akan menggunakan magnet HTS khusus yang dikepang dari pita terobosan yang dapat menghasilkan medan magnetik yang jauh lebih kuat, pada suhu yang lebih tinggi, dibandingkan dengan magnet LTS. Komponen penting dalam pita berlapis tembaga tersebut adalah lapisan – sekitar lebar rambut manusia – dari bahan superkonduktor oksida tembaga barium langka.
Sementara bahan LTS harus didinginkan menggunakan helium cair mahal hingga suhu mendekati nol mutlak (minus 273C), pita rebco menunjukkan sifat superkonduktif pada suhu sekitar minus 200C, membuat sistem berbasis HTS potensial lebih murah dan lebih kuat.
Tokamak Energy pada tahun 2019 membangun dan menguji magnet HTS tertinggi di dunia, mencapai medan rekord 24 tesla pada suhu minus 253C. Magnet dalam perangkat JET, yang dinonaktifkan tahun ini, hanya dapat menghasilkan medan magnetik hingga 4 tesla.
“Kami telah menunjukkan dengan magnet-magnet kami bahwa kami dapat membuatnya sangat andal, stabil, dan konsisten, dan itulah titik balik,” kata Brennan. “Ini tidak bisa dilakukan tujuh tahun yang lalu.”
Kemajuan Tokamak Energy dalam teknologi magnet sangat penting untuk rencana fusi mereka. Sedangkan kebanyakan tokamak yang ada berbentuk donat, perusahaan ini berencana membangun yang lebih kompak berbentuk bola, yang akan membutuhkan magnet mesin tersebut untuk berfungsi seefisien mungkin.
Perusahaan bertujuan untuk membangun pabrik percobaan yang mampu menghasilkan listrik ke dalam grid pada awal 2030-an. Perangkat fusi berikutnya pemerintah Inggris, STEP, akan menggunakan desain serupa.
Untuk menguji ilmu dan teknik dalam magnetnya, Tokamak Energy telah membangun perangkat demonstrasi di fasilitasnya di luar Oxford. Ketika selesai tahun ini, perangkat tersebut akan berdiri setinggi 3,2 meter dan mencakup 44 gulungan magnetik dari pita HTS yang disusun dalam formasi bola di sekitar inti pusat. Mesin ini akan mereplikasi gaya yang diperlukan dalam pembangkit listrik fusi, menghasilkan medan magnetik sebesar 18 tesla, hampir sejuta kali lebih kuat dari medan magnetik Bumi.
Namun, aplikasi potensial magnet HTS melampaui fusi. Kemampuan untuk beroperasi tanpa perlu pendinginan helium cair yang mahal dan toleransi yang tinggi terhadap getaran menjadikan magnet HTS ideal untuk digunakan dalam pemindai MRI di rumah sakit dan peralatan pemindaian ilmiah lainnya yang saat ini menggunakan bahan LTS, kata Brennan. Ia mengatakan aplikasi lain dari kualitas superkonduktif HTS juga dapat termasuk mengecilkan ukuran motor listrik untuk kereta api.
Program Darpa tentang propulsi maritim memerlukan magnet HTS, katanya, karena sedang berupaya membangun penggerak magnetohidrodinamik yang menghasilkan medan magnetik 20 tesla.
Satupun penggerak tersebut yang diuji hingga saat ini dikembangkan oleh Mitsubishi Jepang pada tahun 1990-an dan kemudian ditinggalkan. Penggerak tersebut menghasilkan medan magnetik sekitar 4 tesla, yang berhasil mendorong kapal selam dengan panjang 30 meter namun hanya pada kecepatan 6,6 knot (sekitar 12 km/jam).
Dengan menjual keahlian magnetnya kepada perusahaan fusi dan industri lain, Tokamak Energy mengatakan dapat meringankan kebutuhan pendanaan masa depannya.
Dengan menjual keahlian magnetnya kepada perusahaan fusi dan industri lain, Tokamak Energy mengatakan dapat meringankan kebutuhan pendanaan masa depannya. Perusahaan sektor swasta fusi telah mengumpulkan sekitar $7 miliar dalam investasi hingga saat ini namun penggalangan dana menantang selama pendapatan dari listrik fusi komersial tetap setidaknya sepuluh tahun lagi.
Tokamak Energy, yang memiliki sekitar 250 karyawan, tengah berada di tengah putaran pendanaan lain setelah sebelumnya mengumpulkan $250 juta dari investor swasta dan hibah pemerintah. Setidaknya $50 juta dari itu telah dihabiskan untuk pengembangan magnet.
“Ini adalah cerita investasi yang sangat sulit karena investor modal ventura tipikal mencari pengembalian dalam jangka waktu tertentu, dan bisnis magnet membantu kami di sana karena kami benar-benar bisa menunjukkan pengembalian,” kata Christian Lowis, penasihat umum perusahaan tersebut.
Perusahaan telah menandatangani kontrak terkait HTS dengan beberapa pelanggan dan memperkirakan TE Magnetics dapat menghasilkan pendapatan tahunan sebesar £8 juta tahun depan dan £300 juta per tahun pada akhir dekade ini.
“Kunci bagi model kami adalah memiliki desain magnet tersebut,” kata Lowis. “Baik kami memproduksi magnet-magnet tersebut, mengontrakkan pembuatan kepada orang lain, menyublisensi IP ke orang lain atau bahkan menyublisensikannya kepada perusahaan fusi lain untuk mereka produksi sendiri, semuanya adalah opsi potensial.”
Grafik oleh Ian Bott