Kärnfusion i byggbranschen

Tekniken för kärnfusion är på gång – och med den följer nya byggjobb

Forskarna vid MIT är bara en bit ifrån att skapa en framtid med ren energi genom kärnfusion. Övergången kommer att kräva stora investeringar i byggande och ge tusentals nya jobb
Dela på facebook
Dela på linkedin
Dela på twitter
Dela på email

Reaktorer som drivs av miniatyrstjärnor som har hämtats till jorden, rymdskepp som rusar mot interstellära mål drivna av en outtömlig energikälla.

Det här kanske låter som science fiction, men forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) säger sig vara mycket nära det första steget mot en radikalt annorlunda energiframtid där man utnyttjar kärnfusionens enorma kraft.

Genom ett samarbete mellan MIT och uppstartsföretaget Commonwealth Fusion Systems i Massachusetts ska man i sommar börja bygga fusionstestreaktorn SPARC.

Om allt går som det ska skulle enligt forskarna ett fullskaligt, kraftproducerande fusionskraftverk, som härmar solens sätt att generera energi samtidigt som koldioxidutsläppen minskas till noll, kunna vara kopplat till elnätet om bara ett drygt årtionde.

Ändå kan den här sci-fi-liknande berättelsen få mycket jordnära konsekvenser för bygg- och ingenjörsbranschen i hela USA och övriga världen. Den skulle leda till ökad efterfrågan på en rad entreprenörer och kunniga hantverkare, från elektriker till snickare och rörläggare.

”Fusion kan producera mycket mer energi än vi behöver”, säger Ranganathan Gopalakrishnan, professor i maskinteknik vid University of Memphis i Tennessee.

”Den skulle kunna bli vår främsta energikälla. Du har fångat en sol – då har du all energi du behöver”, tillägger Ranganathan, som arbetar med ett eget forskningsprojekt om användningen av kärnfusion för kraftgenerering.

Närmare verkligheten

Även om forskningen om kärnfusion har pågått i årtionden, kan den senaste utvecklingen vid MIT signalera ett efterlängtat genombrott.

Kärnfusion replikerar den process som pågår inuti solen och andra stjärnor där två atomkärnor smälter samman och då utsöndrar enormt mycket energi.

Till skillnad från klyvning, som innebär att man delar atomen, genererar en fusionsreaktion relativt lite avfall, då väteisotoperna smälter samman och bildar helium.

I en kärnfusionsreaktor skulle man använda elektromagnetiska vågor eller andra metoder för att framkalla en fusionsreaktion och värma upp en massa av brinnande plasma inuti anläggningens kärna till temperaturer på så mycket som 100 miljoner grader.

Forskarna vid MIT har utvecklat en ny typ av supraledande högtemperatur- och högfältsmagnet som de tror skulle kunna lösa ett långvarig tekniskt problem med att bygga en fusionsreaktor: hur man håller den överhettade plasman på plats och borta från reaktorns väggar.

De supraledande magneterna skulle i sin tur kunna bana väg för betydligt mindre och billigare reaktorer än vad man hade väntat sig.

Den planerade testreaktorn SPARC kommer sannolikt att kosta en bråkdel av ITER-projektets 22 miljarder dollar (cirka 188 miljarder kronor). ITER är en internationellt finansierad testreaktor för kärnfusion som just nu byggs i Frankrike och som när den är klar kommer att vara lika stor som en hockeystadion.

Vetenskapen bakom det MIT-ledda projektet beskrevs i sin helhet i september 2020 i form av sju forskningsdokument som publicerades i ett specialnummer av Journal of Plasma Physics.

Fyrtiosju forskare vid ett dussin olika institutioner redogjorde för ”det nya fusionssystemets teoretiska och empiriska grund i fysiken”, enligt en artikel publicerad av MIT News Office.

”Det här arbetet kan bli helt omvälvande för det internationella fusionsprogrammet”, skriver Chris Hegna, professor i teknisk fysik vid University of Wisconsin i Madison, i artikeln.

En energirevolution

MIT-forskarna och det nystartade fusionsföretaget CFS är nu på jakt efter dussintals tunnland där de kan bygga sin testreaktor SPARC. Sökningen är främst inriktad på nordöstra USA.

Commonwealth Fusion har skaffat finansiering på 200 miljoner dollar (cirka 1,7 miljarder kronor) och även om man ännu inte har meddelat någon plats planerar man preliminärt att börja bygga i juni 2021.

Om man lyckas med SPARC kan 2030-talet bli en vattendelare i världshistorien genom utvecklingen av en ny, ren energikälla som verkligen kan sätta stopp för fossilbränslets utdragna, klimatförändrande epok.

Medan förnybara energikällor som sol och vind förväntas spela en viktig roll under övergången kan kärnfusionen innebära ännu ett stort tekniskt framsteg som dramatiskt ökar mängden tillgänglig energi på ett hållbart sätt.

”Vi har många klimatutmaningar”, säger Leo Holland, chef och rådgivare på General Atomics. ”Om hundra år kan vi behöva mycket mer energi än vad vi genererar idag. Om det behövs tre eller fyra gånger mer energi per capita än vad vi producerar nu, var ska vi få allt det ifrån? Kärnfusion kan bli den källa vi behöver. ”

Det här skulle kunna öppna upp för nya möjligheter inom allt från koldioxidfri elproduktion till utforskning av rymden.

Med finansiering från NASA och andra organ undersöker Princeton Satellite Systems Direct Fusion Drive-raketer som är mycket snabbare än till och med dagens mest avancerade framdrivningssystem. En resa till Saturnus skulle förkortas till två år, jämfört med de sju år som den tog NASA:s rymdfarkost Cassini tidigt på 2000-talet.

En fungerande fusionsreaktor kan i sin tur leda till att man bygger elgenererande fusionskraftverk över hela landet och världen när städerna går över till den nya kraftkällan.

Maskinerna inuti reaktorerna skulle kräva specialiserade tillverkningstekniker, och enligt experterna skulle det medföra stor efterfrågan på såväl el- och betongentreprenörer som ingenjörsföretag.

”Nästan alla större städer i landet och i världen skulle vilja ha ett”, säger Ranganathan Gopalakrishnan från University of Memphis.

Det finns inga uppskattningar av hur många byggjobb som skulle behövas för att bygga fusionsreaktorerna, men de traditionella klyvningsreaktorerna kan tjäna som en grov mall.

När byggandet är som mest intensivt kräver varje klyvningsanläggning upp till 3 500 byggjobb, däribland snickare, elektriker, plåtarbetare, murare, operatörer av tung utrustning och rörläggare enligt branschförespråkaren Nuclear Energy Institute.

Medan energikällan skulle vara revolutionerande skulle sättet att konstruera reaktorerna inte skilja sig dramatiskt från dagens kraftverk.

”Det sätt som de är konstruerade på är inte unikt”, säger Brandon Sorbom, CSO på Commonwealth Fusion Systems. Han noterar att fusion skulle utgöra värmekällan ”för en arbetsvätska som driver en turbin”.

”Det innebär att vi kan dra nytta av befintlig infrastruktur, arbetskraft och byggföretag som har erfarenhet av att bygga traditionella kraftverk och som enkelt kan gå över till att bygga framtidens fusionskraftverk”, säger Brandon.

Med det sagt skulle entreprenörer med erfarenhet av att arbeta med kärnkraftverk i USA och globalt enligt Ranganathan Gopalakrishnan vara särskilt efterfrågade.

Enligt honom kan avancerade byggmetoder också behövas, till exempel att bädda in betong eller andra material i reaktorns skal med mycket sofistikerade monitorer som både kan överföra data och vara självreparerande.

Entreprenörer som för närvarande arbetar med att bygga kärnkraftverk – vilka blir allt färre i USA på grund av det minskade byggandet av traditionella klyvningsanläggningar – skulle säkerligen ha överförbara färdigheter som kan ge dem ett försprång.

”De har redan stor erfarenhet av att arbeta med många känsliga system som ger mycket mindre felmarginal”, säger Ranganathan.

Vägen framåt

Det kan förstås komma att ta ännu längre tid innan kärnfusionsrevolutionen är här – MIT arbetar enligt en mer aggressiv tidsplan än andra forskare.

Fusionsexperimenten i det stora ITER-projektet, som USA och dussintals andra länder hjälper till att finansiera, ska inte börja förrän 2035 – om allt går bra.

Leo Holland på General Atomics tror att kärnfusionen kommer att vara igång någon gång mellan 2040- och 2060-talet. Om det ska ske tidigare behövs det mycket större forskningsbidrag från den amerikanska regeringen – utöver de avsevärda belopp som redan har utlovats.

”Det handlar om lång tid”, säger Leo. ”Om vi kan jobba lite snabbare skulle vi kunna flytta byggplanerna ett eller två decennier åt vänster.”

Men när forskningen om kärnfusion tar fart i USA och runt om i världen kommer det sannolikt att leda till en ökad efterfrågan på byggtjänster långt innan den första testreaktorn är igång.

Bara testreaktorn SPARC förväntas kosta 500 miljoner dollar (cirka 4,3 miljarder kronor) att bygga. När man väl har hittat en plats kommer det också att finnas behov av olika lokaler för forskning och högkvarter.

Och om Commonwealth Fusion Systems, det MIT-stödda uppstartsföretaget, får som de vill så kanske väntetiden inte blir tillnärmelsevis så lång som vissa i branschen förutspår.

”CFS föreställer sig tusentals fusionskraftverk som levererar el till hela världen”, säger företagets talesperson Kristen Cullen. ”Vårt mål är att ha det första fusionskraftverket anslutet till elnätet i början av 2030-talet.”

Trender inom byggteknik

Ta en titt på tio tekniktrender som kommer att skapa disruption i byggbranschen.