Kernfusie, de heilige graal van schone energie, lijkt weer een stap dichterbij gekomen. Onderzoekers hebben per toeval een veelbelovend en milieuvriendelijk proces ontdekt om lithium-6 te winnen.
Lithium-6 is een cruciale grondstof voor toekomstige fusiereactoren. Tot nu toe was het isoleren van dit zeldzame lithium-isotoop een vervuilend en kostbaar proces, maar een nieuwe ontdekking biedt een veelbelovende, milieuvriendelijke oplossing.
Waarom lithium-6 zo belangrijk is
De meest toegankelijke fusie-reactie combineert twee waterstofisotopen: deuterium en tritium. Dit levert helium, een neutron en een enorme hoeveelheid energie op. Het probleem? Tritium is uiterst schaars en lastig te produceren.
De oplossing ligt in zogeheten “breeder-reactoren”, die tritium kunnen maken door lithium met neutronen te bombarderen. Hierbij is lithium-6 veel efficiënter dan het veel voorkomende lithium-7.
Het grote probleem is echter de scheiding van deze isotopen. Van nature bestaat lithium slechts voor 7,5% uit lithium-6, en de enige grootschalige scheidingsmethode die we kenden, gebruikte giftig kwik. Sinds de jaren ‘60 is deze methode in westerse landen verboden, waardoor wetenschappers afhankelijk zijn van oude voorraden.
Toevallige ontdekking
Onderzoekers van ETH Zürich, onder leiding van Sarbajit Banerjee, deden een toevallige ontdekking toen ze werkten aan methoden om water te zuiveren van olievervuiling. Ze gebruikten cementmembranen met een speciaal laboratoriumgemaakt materiaal, zeta-vanadiumoxide. Tot hun verbazing verzamelde dit materiaal niet alleen grote hoeveelheden lithium, maar had het ook een voorkeur voor lithium-6.
Dit materiaal bevat tunnels die net de juiste grootte hebben om lithium-ionen vast te houden. Uit experimenten bleek dat lithium-6 sterker werd gebonden en beter werd vastgehouden dan lithium-7. Hoewel de precieze reden hiervoor nog niet volledig begrepen wordt, suggereren simulaties dat het te maken heeft met de interactie tussen de ionen en de atomen aan de randen van deze tunnels.
Van laboratorium naar industrie
Op dit moment heeft het team slechts enkele milligrammen lithium-6 geïsoleerd, maar ze hopen de methode op te schalen naar productie op kilogramschaal. Voor een commerciële fusiereactor is echter dagelijks meerdere tonnen lithium-6 nodig.
Banerjee erkent dat er nog flinke uitdagingen liggen op het gebied van opschaling, maar benadrukt dat deze kleiner zijn dan de grotere hindernissen bij het realiseren van werkende fusiereactoren.
Wat betekent dit voor kernfusie?
Kernfusie wordt vaak gepresenteerd als een technologie die ons onbeperkte, schone energie kan leveren, maar de praktische uitvoering blijft lastig. De ontwikkeling van lithium-6-productie is slechts één puzzelstuk in een veel groter geheel, waarin plasmafysica en geavanceerde reactorontwerpen de grootste uitdagingen blijven.
Toch is deze ontdekking goed nieuws. Een nieuwe, milieuvriendelijke methode voor lithium-6-productie zou een van de vele knelpunten op weg naar commerciële kernfusie kunnen wegnemen. Als deze techniek succesvol wordt opgeschaald, brengt dat ons een stap dichter bij een toekomst waarin onbeperkte energie uit fusie werkelijkheid wordt.
Lees ook: Nederland brengt kernfusie dichterbij met zelfherstellende metalen in ultiem testlabo
