Kemajuan Teknologi Reaktor Nuklir untuk Energi Berkelanjutan dan Pengurangan Limbah

Sebuah tim peneliti dari Los Alamos National Laboratory yang bekerja sama dengan Lawrence Livermore National Laboratory berhasil mencapai ignisi fusi dalam sebuah eksperimen penting di National Ignition Facility, Amerika Serikat. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan platform diagnostik baru yang bernama THOR yang memungkinkan beberapa X-ray keluar dari reaktor untuk keperluan pengukuran. Ignisi fusi adalah kondisi di mana reaksi fusi menghasilkan energi lebih besar daripada energi yang dimasukkan, yang merupakan tonggak penting dalam pengembangan energi fusi. Eksperimen ini mengonfirmasi bahwa ignisi tetap dapat diraih meskipun ada modifikasi pada sistem hohlraum, yaitu tabung berlapis emas tempat terjadinya fusi, yang biasanya tertutup rapat. Sistem THOR yang mengubah hohlraum dengan memasang jendela khusus memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati dan meneliti bagaimana material merespons radiasi ekstrim dengan menggunakan X-ray keluar tersebut. Hal ini sangat penting untuk mempelajari sifat material yang akan dipaparkan pada kondisi plasma yang ekstrem. Meskipun modifikasi ini membuat sebagian energi X-ray keluar, tim peneliti berhasil mengatasi risiko penurunan kinerja implosi bahan bakar dengan bantuan simulasi komputer berketelitian tinggi. Hasilnya, energi fusi sebesar sekitar 2,4 megajoule berhasil dihasilkan, bersama dengan plasma pembakaran yang mandiri. Keberhasilan eksperimen ini menandai kemajuan besar dalam pengembangan teknologi fusi nuklir dan penggunaan platform ignisi untuk memperluas studi fisika plasma dan pemahaman tentang perilaku material di bawah kondisi ekstrem, membuka peluang riset yang lebih luas di masa depan.

Para ilmuwan dari Institute of Science Tokyo dan Hiroshima University telah menciptakan metode baru untuk membuat fotokatalis yang mampu meningkatkan produksi hidrogen dan bahan bakar dari CO2 secara signifikan. Mereka fokus pada material Pb2Ti2O5.4F1.2 yang bisa menyerap cahaya tampak dan tahan terhadap kondisi kimia yang keras. Metode baru ini menggunakan proses microwave dengan sumber titanium larut air yang menghasilkan partikel sangat kecil dan berpori dengan permukaan lebih luas, sehingga meningkatkan reaksi kimia untuk menghasilkan bahan bakar. Ukuran partikel yang kecil membuat muatan listrik yang dihasilkan oleh cahaya dapat bergerak lebih cepat ke permukaan partikel, meskipun mobilitasnya sedikit menurun, sehingga mengurangi kerugian dan meningkatkan efisiensi produksi bahan bakar. Fotokatalis ini berhasil menghasilkan efisiensi quantum yield sebesar 15% untuk produksi hidrogen dan 10% untuk mengubah CO2 menjadi asam format yang bisa digunakan sebagai bahan bakar cair. Selain itu, peneliti di China juga berhasil memecahkan rekor efisiensi fotokathoda dari material Cu2ZnSnS4, mencapai hampir 10% efisiensi konversi energi surya ke hidrogen, menunjukan kemajuan pesat dalam pengembangan energi terbarukan.

BWX Technologies mengembangkan Pele, sebuah mikroreaktor transportabel berkapasitas 1,5 megawatt yang diharapkan mulai beroperasi pada tahun 2028. Pele dirancang khusus untuk memenuhi kebutuhan listrik pangkalan militer di lokasi terpencil dan dapat bertahan hingga tiga tahun tanpa pengisian bahan bakar ulang. Mikroreaktor ini menggunakan bahan bakar nuklir TRISO dan HALEU yang tahan terhadap panas ekstrem serta lebih aman dan ramah lingkungan. Pele sangat compact dan dapat dibawa dengan mudah dalam empat kontainer pengiriman sehingga cocok untuk berbagai kebutuhan lapangan. BWXT bekerja sama dengan Rolls-Royce dan Northrop Grumman yang bertanggung jawab membangun modul daya dan modul kontrol reaktor. Kolaborasi ini memperkuat kemampuan teknis dan kesiapan operasional Pele sebagai sumber energi andal. Pengembangan Pele dimulai sejak 2016 sebagai respons atas kebutuhan Departemen Pertahanan AS akan sumber energi yang mudah dipindahkan dan dapat diandalkan untuk operasi militer. Selain militer, mikroreaktor juga diharapkan dapat membantu penanggulangan bencana dan pangkalan riset terpencil. Selain Pele, perusahaan lain seperti Radiant Nuclear yang didirikan oleh mantan insinyur SpaceX juga mengembangkan mikroreaktor berdasarkan teknologi yang pernah digunakan untuk misi ruang angkasa. Ini menunjukkan potensi microreaktor sebagai inovasi energi masa depan.

Perusahaan Kanada First Hydrogen Corp. memulai kolaborasi dengan University of Alberta untuk merancang reaktor modular kecil (SMR) guna menyediakan sumber energi nuklir rendah karbon bagi produksi hidrogen hijau yang lebih terjangkau dan stabil. Kolaborasi ini menggabungkan keahlian insinyur First Hydrogen dan profesor Muhammad Taha Manzoor dalam menyempurnakan bahan bakar, inti reaktor, dan tata letak pabrik agar cocok untuk konversi energi menjadi hidrogen. SMR dirancang untuk daya ratusan megawatt, mudah dibangun dan dipasang di lokasi industri atau terpencil, serta menawarkan keamanan dan efisiensi operasi yang lebih baik dibandingkan reaktor konvensional berukuran besar. Kanada dengan pengalaman 60 tahun di bidang nuklir dan dukungan pemerintah sebagai bagian dari strategi energi masa depan dijadikan basis peluncuran proyek ini, meskipun lokasi potensial di Eropa juga sedang dipertimbangkan. First Hydrogen mengintegrasikan teknologi nuklir ini dalam strategi mereka untuk mengurangi ketergantungan pada listrik berbasis fosil dan mendukung kendaraan hidrogen dengan memasok listrik yang stabil bagi produksi hidrogen.

Proyek reaktor mikro MARVEL di Idaho National Laboratory berhasil menyelesaikan pengujian sistem pendingin selama tiga bulan menggunakan fasilitas uji non-nuklir yang disebut PCAT. Sistem pendinginan ini unik karena memanfaatkan sirkulasi alami tanpa pompa untuk menjaga suhu reaktor tetap aman. Pengujian menggunakan PCAT memungkinkan para insinyur mensimulasikan kondisi reaktor nyata tanpa bahan nuklir, menggunakan listrik untuk menghasilkan panas sebagai pengganti bahan bakar. Hasil pengujian menunjukkan aliran sirkulasi alami yang stabil dan efektif dalam menghilangkan panas dari sistem. Selain menguji sistem pendingin, pengujian ini juga menjadi kesempatan untuk menguji perangkat lunak keselamatan RELAP5-3D yang digunakan untuk memprediksi kondisi operasi dan keadaan darurat reaktor. Data dari pengujian sangat cocok dengan prediksi perangkat lunak, meningkatkan kepercayaan terhadap analisis keselamatan. Pengujian juga mengungkapkan adanya kehilangan panas yang lebih besar dari perkiraan, yang menjadi pelajaran penting untuk meningkatkan desain akhir dari MARVEL agar efisiensi energi tetap optimal. Awalnya, sistem pendinginan menggunakan mesin Stirling, tapi kemudian diganti dengan sistem berbasis radiator karena masalah getaran dan kebisingan. Dengan hasil pengujian yang positif dan validasi desain, tim MARVEL siap melangkah ke tahap produksi, perakitan, dan pengoperasian reaktor mikro di fasilitas khusus pada tahun 2028, membuka jalan bagi teknologi reaktor kecil yang aman dan efisien.