Kemajuan Teknologi Cina dalam Fusi Nuklir dan Ilmu Material

Perusahaan teknologi bersih asal Cina, Envision Energy, berhasil menciptakan prototipe turbin angin dua bilah yang menjalani lebih dari 500 hari operasi stabil dengan tingkat ketersediaan sebesar 99,3 persen. Ini menjadi terobosan penting karena sebelumnya turbin dua bilah dianggap kurang stabil dan efisien dibandingkan turbin tiga bilah. Prototipe tersebut berhasil mencapai rata-rata waktu antara kegagalan (MTBF) hingga 2.444 jam dan mampu menghasilkan energi setara 3.048 jam beban penuh per tahun, menyamai performa turbin tiga bilah di lokasi yang sama. Ini mengindikasikan turbin dua bilah sebagai alternatif yang layak untuk memproduksi energi angin. Desain turbin ini didasarkan pada platform Model X milik Envision Energy, yang menggunakan teknologi generator induksi berkecepatan tinggi dan struktur modular ringan. Riset dan pengembangan dilakukan selama lebih dari 10 tahun, termasuk dengan pengujian keras pada pusat verifikasi di Denmark serta penggunaan rig simulasi kondisi operasional yang kompleks. Keuntungan praktis dari turbin dua bilah ini adalah berat yang lebih rendah, sedikit komponen, serta kemudahan dalam transportasi dan pemasangan. Hal ini membuka peluang bagi penggunaan turbin di daerah-daerah terpencil atau negara berkembang yang memiliki keterbatasan infrastruktur, dimana turbin tiga bilah sulit dioperasikan. Pengakuan atas terobosan ini menunjukkan komitmen Envision Energy untuk memimpin inovasi energi bersih dan mempercepat transisi menuju net zero. Dengan keberhasilan ini, turbin angin dua bilah berpotensi mendapatkan adopsi luas dan mengubah lanskap energi terbarukan global.

Selama bertahun-tahun, proyek fusi seperti ITER mengandalkan baja tahan karat 316LN yang memiliki kekuatan terbatas pada suhu sangat rendah dan mulai melemah setelah banyak siklus pemanasan dan pendinginan. Hal ini membatasi medan magnet yang dihasilkan ITER dan memaksa desain mesin menjadi sangat besar dan mahal. China menghadapi tantangan membangun tokamak yang lebih kecil dan kuat, sehingga mereka menciptakan baja khusus bernama CHSN01. Baja ini mampu menahan medan magnet hingga 20 tesla dan stres elektromagnetik yang jauh lebih tinggi tanpa retak, sambil tetap lentur bahkan setelah 60.000 siklus. CHSN01 dikembangkan dengan menyempurnakan bahan dasar Nitronic-50, mengurangi karbon menjadi sangat rendah agar tidak membentuk karbida rapuh, meningkatkan kadar nitrogen dan nikel untuk mempertahankan fase austenit yang tangguh pada suhu rendah, serta menambahkan vanadium untuk meningkatkan kekuatan tanpa mengurangi ketangguhan. Kekuatan baja CHSN01 memungkinkan desain selongsong magnet yang lebih tipis dan ringan, sehingga menghemat biaya dan waktu dalam produksi serta memungkinkan pembuatan magnet dengan medan yang lebih tinggi. Hal ini merupakan terobosan penting untuk pengembangan tokamak kecil dan efisien. Inovasi bahan ini tidak hanya berdampak pada fusi, tapi juga berpotensi mengubah teknologi di bidang lain yang membutuhkan magnet kriogenik, seperti MRI, akselerator partikel, kereta maglev, dan komputer kuantum, menjadikannya loncatan penting dalam teknologi material kriogenik.

Para ilmuwan menghadapi tantangan besar mengembangkan material yang kuat dan tahan suhu sangat dingin untuk reaktor fusi nuklir. Baja khusus harus mampu menahan medan magnet sangat kuat dan tekanan besar tanpa kehilangan kekuatan dan ketahanan materialnya. China mengembangkan baja bernama CHSN01 yang berhasil memenuhi standar ketat kekuatan dan ketahanan pada suhu rendah, melebihi material yang digunakan pada proyek ITER yang ada di Prancis. Baja ini dibuat dengan memodifikasi komposisi elemen seperti vanadium, karbon, dan nitrogen. Partisipasi ahli fisika terkemuka Zhao Zhongxian sangat berperan dalam mempercepat kemajuan proyek sejak 2020. Dengan dukungan penelitian nasional dan kolaborasi berbagai institusi, China berhasil menciptakan baja yang mampu digunakan dalam reaktor fusion yang sedang dibangun. CHSN01 digunakan dalam konstruksi reaktor fusi bernama BEST di China yang mulai dirakit pada tahun 2023 dengan tujuan selesai pada 2027. Baja ini digunakan untuk sekitar 500 ton bagian konduktor, menjadikannya bahan kunci dalam sistem magnet superkonduktor untuk reaktor tersebut. Keberhasilan ini menandai terobosan penting dalam teknologi fusi nuklir dan rekayasa material, serta menunjukkan bahwa China berambisi besar melampaui proyek ITER dalam mengembangkan energi fusi yang dapat menghasilkan listrik secara komersial.

Reaktor fusi nuklir memerlukan magnet superkonduktor yang sangat kuat dan bekerja dalam suhu sangat rendah yang mendekati nol mutlak. Kondisi ini mengharuskan material struktural yang digunakan harus tahan terhadap medan magnet kuat dan suhu dingin ekstrem, menimbulkan tantangan besar bagi para ilmuwan selama bertahun-tahun. China mengembangkan baja baru bernama CHSN01 khusus untuk memenuhi kebutuhan ini. Baja ini merupakan hasil rekayasa yang mempertimbangkan komposisi kimia dan proses produksi supaya kuat, tangguh, dan tahan terhadap medan magnet hingga 20 Tesla serta stres tinggi pada suhu cryogenic. Pada tahun 2023, CHSN01 digunakan dalam pembangunan reaktor fusi nuklir bernama BEST yang sedang dirakit dan diperkirakan selesai tahun 2027. Ini menjadikan China memimpin dalam penggunaan material fusi yang lebih maju dibandingkan proyek internasional ITER di Prancis. Peran figur terkemuka seperti Zhao Zhongxian sangat krusial dalam kesuksesan pengembangan baja ini. Selain itu, kolaborasi di tingkat nasional yang melibatkan berbagai institusi, perusahaan, dan spesialis pengelasan membantu mempercepat kemajuan riset material ini. Dengan CHSN01, China tidak hanya memperkuat proyek fusi mereka tetapi juga membuka peluang untuk aplikasi material cryogenic di bidang lain. Ini menandakan potensi besar bagi negara tersebut dalam teknologi energi bersih masa depan.

Para ilmuwan dari Zhejiang University di China mengembangkan teknologi kaca yang bisa membersihkan diri sendiri dari debu dan partikel lainnya menggunakan medan listrik tanpa perlu air atau bahan kimia. Debu yang menempel biasanya menjadi masalah besar pada jendela, gedung tinggi, dan panel surya, sehingga solusi ini sangat membantu. Mereka menemukan bahwa partikel yang bermuatan tidak hanya bergerak ke samping di bawah medan listrik bolak-balik, tapi bisa berubah arah atau bahkan terangkat dan terlepas dari permukaan kaca. Hal ini memungkinkan pembersihan partikel secara efektif dan cepat, bahkan hingga 98 persen bersih dalam beberapa detik. Selain membersihkan debu yang sudah ada, kaca ini juga dapat mencegah debu baru menempel. Efek ini, yang dinamakan particle shielding effect, bekerja dengan mengalihkan partikel bermuatan dari udara saat medan listrik diaktifkan, yang mengurangi akumulasi debu hingga 90 persen selama kondisi berdebu. Kaca ini tetap transparan dengan hanya sedikit mengurangi cahaya yang tampak, sehingga cocok digunakan pada panel surya dan jendela mobil atau gedung tinggi. Proses pembuatannya sederhana dan bisa dilakukan secara massal dengan peralatan dan bahan yang sudah ada di industri kaca. Penemuan ini sangat menjanjikan untuk pengurangan biaya perawatan dan penggunaan air di banyak industri, serta bisa meningkatkan efisiensi energi dengan menjaga permukaan panel surya tetap bersih. Teknologi ini memberi solusi berkelanjutan yang ramah lingkungan untuk masalah debu dan polusi partikel.

Para ilmuwan di China barat laut telah menemukan kembali dan mengembangkan teknik pelapisan kromium kuno yang digunakan militer Cina sebelum tahun 200 SM. Teknologi ini awalnya ditemukan pada pedang-pedang perunggu yang ditemukan bersama Tentara Terracotta, yang tetap tajam dan bebas karat selama lebih dari 2.000 tahun. Analisis mikroskopis pada pedang-pedang tersebut menunjukkan adanya lapisan tipis garam kromium tebal sekitar 10 sampai 15 mikrometer yang terlindung oleh film oksida secara efektif mencegah korosi. Hal ini menunjukkan bahwa pengrajin logam kuno telah menguasai teknik perlindungan permukaan yang canggih. Ketika teknologi ini diperbarui, para peneliti berhasil menggandakan masa pakai laras artileri modern, sebuah masalah utama dalam bidang pertahanan. Laras senjata mengalami suhu yang sangat tinggi hingga lebih dari 3.000 derajat Celsius dan tekanan luar biasa saat digunakan, yang biasa menyebabkan kerusakan cepat. Erosi laras terjadi karena kombinasi dari korosi kimia akibat gas propelan, abrasi dari proyektil yang ditembakkan, dan guncangan termal dari penembakan berulang. Ini menyebabkan mikrokretakan dan keausan yang memperpendek umur senjata. Dengan menerapkan teknik pelapisan kromium yang diperbaharui berdasarkan metode kuno, para ahli berhasil mengurangi kerusakan ini sehingga memperpanjang umur laras dan meningkatkan efisiensi senjata, membuka jalan bagi teknologi pertahanan yang lebih andal di masa depan.