En studie varnar för att fusionskraft kanske aldrig kommer att kunna konkurrera prismässigt med förnybara energikällor

Fusionskraftverk är anläggningar där el skulle kunna genereras genom en process som kallas kärnfusion, vilket innebär att två atomkärnor smälter samman till en enda tyngre kärna.

Denna process är känd för att frigöra mycket stora mängder energi, såsom den energi som krävs för att få solen och andra stjärnor att lysa, men dess potential för elproduktion har ännu inte bevisats.

Fusionskraftverk nämns ofta i politiska och miljömässiga debatter, där vissa hävdar att de på sikt skulle kunna bidra till att minska utsläppen av växthusgaser inom energisektorn och sänka elkostnaderna. Att bygga dessa kraftverk kommer dock sannolikt att bli mycket dyrt, och i vilken utsträckning de skulle kunna användas för att producera el i stor skala är fortfarande oklart.

Forskare vid ETH Zürich genomförde nyligen en studie som syftade till att ytterligare undersöka kostnadseffektiviteten hos två etablerade fusionsmetoder, kallade magnetisk fusion och tröghetsfusion. Deras artikel, publicerad i Nature Energy, tyder på att kostnaderna för fusionstekniken mycket troligt kommer att minska långsammare än vad tidigare studier förutspått. Fusionskraftverk kan därför i slutändan misslyckas med att konkurrera med andra lösningar för förnybar energi.

” ”Jag följer den politiska debatten om fusion i Tyskland, och det var intressant att höra de extremt låga nivåkostnaderna för fusionskraftverk som vissa aktörer inom fusionsområdet lovade”, sa prof. Tobias Schmidt, huvudförfattare till artikeln, till Tech Xplore. ”Jag ville förstå detta bättre. Vår forskargrupp utvecklade och testade ett ramverk som kan användas för att förstå varför vissa tekniker lär sig med högre erfarenhetshastigheter än andra. I denna studie tillämpade vi det på fusion.”

Bild på ITER-anläggningen, som är 1 km x 400 m stor och kommer att hysa världens största fusionsreaktor. Källa: ITER-galleriet.

Modellering av kärnfusionsteknikens påverkan

Som en del av sin studie använde professor Schmidt och hans kollegor ett teoretiskt ramverk som de skapat för att jämföra två olika typer av fusionsenergitekniker med andra energilösningar. De fokuserade specifikt på magnetisk fusion och tröghetsfusion.

Magnetisk fusionsutrustning framkallar kärnfusion genom att innesluta het plasma med hjälp av kraftfulla magnetfält. Tröghetsfusionsreaktorer fungerar däremot genom att komprimera bränsle med hjälp av lasrar.

Forskarna undersökte hur teknikernas storlek, komplexitet och anpassning påverkade deras kostnadsminskningstakt över den kumulativa produktionen. Baserat på verkliga data uppskattade de erfarenhetsvärden för fusionssystem (dvs. procentuella kostnadsminskningar som skulle inträffa när den kumulativa användningen fördubblas).

”Det var ganska enkelt att ta fram de erfarenhetskurvor som för närvarande antas för fusionskraftverk”, förklarade Lingxi Tang, förstaförfattare till artikeln. ”I huvudsak genomfördes en litteraturgenomgång av studier som innehöll kostnadsprognoser för fusionskraft. De flesta studier anger sina antagna erfarenhetskurvor explicit, medan en studie antog kostnader för det tionde och det hundrade fusionskraftverket, vilket gjorde det möjligt att beräkna en implicit erfarenhetskurva.”

Prof. Schmidt, Tang och deras kollegor uppskattade att fusionskraftverk sannolikt kommer att ha lägre erfarenhetsnivåer än vad många tidigare studier antagit. Dessutom tyder deras analyser på att kostnaderna för infrastrukturen för fusionskraftverk kommer att minska i en långsammare takt än vad som förutses i befintliga prognoser.

Utmanande vanliga antaganden om fusionsenergi

Resultaten av denna studie tyder på att de nuvarande fusionsenergimodellerna som investerare och beslutsfattare förlitar sig på är alltför optimistiska. För att uppnå de prognostiserade fördelarna med fusionsenergi och maximera effekten av fusionskraftverk kan energitekniker behöva utveckla alternativa fusionsreaktorer som är mer kostnadseffektiva.

”Vår artikel är den första som tillhandahåller ett evidensbaserat intervall för erfarenhetskostnader för fusionskraftverk och har särskilt visat en stor skillnad mellan tidigare antaganden om erfarenhetskostnader och ett rimligt intervall för denna teknik”, sade Tang. ”Dessa resultat skulle säkert väcka tvivel om de nuvarande investeringsnivåerna i fusionsforskning, vilket potentiellt skulle minska den framtida finansieringen för denna teknik och istället omdirigera finansieringen till att möjliggöra utbyggnaden av befintliga tekniker för ren energi.”

Analyserna som utförts av prof. Schmidt, Tang och hans kollegor kan inspirera andra energiforskare att ytterligare undersöka den möjliga effekten och begränsningarna hos befintliga fusionsenergilösningar. Under tiden planerar forskarna att genomföra nya studier som undersöker potentialen hos andra lösningar för förnybar energi.

”Ärligt talat planerar vi inte att arbeta mer specifikt med fusionsenergi”, tillägger professor Schmidt. ”Vi är dock fortfarande intresserade av konkurrensen mellan tekniker för ren energi. I detta syfte förfinar och testar vi också ramverket och tillämpar det på andra nya tekniker, såsom elektrokemisk CO₂-avskiljning från omgivningsluften.”