Amerikaanse wetenschappers zijn er voor het eerst in geslaagd met kernfusie meer energie op te wekken dan nodig was om deze reactie op gang te brengen. Dat betekent niet dat daarmee een nieuwe energiebron nabij is. “Ik zie in dit concept bij lange na niet iets waar een energiecentrale van is te maken.”
Natuurlijk volgde Roger Jaspers het nieuws over het geslaagde experiment met kernfusie in de Verenigde Staten op de voet. Jaspers is zelfverklaard ‘fusion aficionado’ en associate professor op het gebied van kernfusie aan de TU Eindhoven en de universiteit van Gent. “Wat ze bereikt hebben is een wetenschappelijke mijlpaal”, zegt Jaspers. “We werken al 50 jaar aan het idee dat kernfusie ons van energie kan voorzien. Dan is het heel fijn als iemand als eerste laat zien dat er meer energie uit kernfusie komt dan we erin stoppen. Maar ik zie in dit concept bij lange na niet iets waar een energiecentrale van is te maken.”
Wat is het probleem?
“Wat de onderzoekers bij het National Ignition Facility (NIF) hebben gedaan is op een klein bolletje van 2mm een stralingsveld van lasers schieten waardoor er een kernfusie ontstaat. Ze doen die proef ongeveer 20 keer per jaar, niet meer dan dat. Daar komt dus in enkele microseconden 3,15 MJ uit. Dat is een nog geen 1 kWh, daar betalen we hier 50 eurocent voor. Om daar een echte energiecentrale van te maken, zou je dat wel 10 keer per seconde moeten doen.”
Is dat niet mogelijk?
“Bij deze techniek, inertial confinement fusion (traagheidsopsluiting), is het allerbelangrijkste dat het bolletje perfect symmetrisch is en de lasers perfect afgesteld zijn. Daar bij is tritium, dat in het bolletje zit, een duur materiaal, en is het lastig om de verhouding van de materialen hierin, goed te krijgen. Al met al kost een bolletje, of pellet, 10.000 dollar – en daar krijg je dan voor een paar cent energie uit. Er zijn nog veel stappen te maken voordat de pellet kostenefficiënt is te produceren.
Ook heb ik nog vraagtekens bij de laserefficiëntie. Om de lasers 2,05 MJ te laten produceren, heb je 100 keer zoveel vermogen nodig uit het net. Eigenlijk gebruiken ze dus 200 MJ om 3,15 MJ te produceren.”
Wat zijn de alternatieven?
“Kernfusie kun je op meerdere manieren doen. In principe krijg je kernfusie als het product van de dichtheid, temperatuur en de energy confinement time of de energie-opsluittijd boven een bepaalde waarde komt. Van die drie moet de temperatuur altijd boven de 150 miljoen graden zijn, dus blijven de dichtheid en energie-opsluittijd over om aan te sleutelen.
De onderzoekers in het NIF hebben gewerkt met een grote dichtheid en een kleine energie-opsluittijd. Bij de in aanbouw zijnde kernfusiereactor ITER werkt men met magnetic confinement fusion (magnetische opsluiting), dus met een kleine dichtheid van plasma maar een veel grotere energie-opsluittijd. En alles daartussen zou op papier ook kunnen werken. Het voordeel van magnetische opsluiting is wel dat dat concept direct als energiereactor toepasbaar is.”
ITER is een groots internationaal project dat moet aantonen dat kernfusie een haalbare energiebron is. Hoe weten we zeker dat ITER gaat werken?
“Er is geen discussie over of het werkt of niet: het werkt. ITER bouwt voort op 50 jaar onderzoek. Het concept van tokamak (een torusvormig apparaat waarin magneetvelden plasma beheersen) is al in de jaren ’50 op kleine schaal uitgevoerd. In 1997 heeft men in Engeland met de Joint European Torus (JET) al laten zien dat je daarmee veel fusievermogen kunt maken. Het is daarmee gelukt om 16MW op te wekken, al moest er 25MW worden gebruikt om het plasma te verwarmen.
De stap van netto positieve energie opwekken is echter alleen maar een kwestie van groter maken. De hoeveelheid vermogen die je erin moet stoppen om te verwarmen wordt groter met het oppervlak, terwijl de energie die eruit komt afhankelijk is van het volume. Het is daarom voor mij geen vraag of het gaat lukken, wel krijg je weer heel andere technische vragen. Hoe krijgen we het vermogen eruit? Hoe stabiel is het?”
Fotografie: Vincent van den Hoogen
In Eindhoven wordt door Differ en de TU/e veel onderzoek gedaan naar kernfusie. Heeft de doorbraak in de VS daar nog invloed op?
“Bij ons onderzoek richten we ons, in samenwerking met Differ, op hoe we de enorme warmestroom uit de reactor krijgen, zonder daarbij de wand te beschadigen. We houden ons bezig met magnetische opsluiting en een ander veel belovend concept: de stellarator. En we richten ons op de controlestrategie, ofwel hoe zorgen we in realtime dat bijvoorbeeld de temperatuur hoog blijft en het plasma op zijn plek blijft zitten. Er zijn overeenkomsten in de fysica bij dit fusieproces van NIF en daar kijken we wel naar, maar vooralsnog heb ik daarin geen zaken gezien die we nog niet wisten.”
Wanneer kunnen we energie uit kernfusie gebruiken?
“Daarvoor moet je je wel realiseren dat één werkend reactor voor de energievraag niet belangrijk is. We moeten er een paar duizend hebben. De vraag is dus wanneer de eerste werkende reactor komt en hoe snel er een volgende generatie is. DEMO, de opvolger van ITER die elektriciteit aan het net koppelt, zal, verwacht ik, in 2050 in werking zijn. Daarnaast zijn er sinds enkele jaren veel privé initiatieven waar veel geld naartoe gaat; misschien kunnen die hun werking 10 jaar naar voren halen. Maar voordat er dan duizend van zijn, ben je echt wel nog weer 30 tot 40 jaar verder.”
