Robert Mumgaard: ‘Over 15 jaar is energie uit kernfusie een realiteit'

©Bryce Vickmark

Er wordt al tientallen jaren over gesproken, maar de lamp brandt nog altijd niet. Toch lijkt kernfusie op een keerpunt te staan. Robert Mumgaard, de CEO van Commonwealth Fusion Systems (een spin-off van het Massachusetts Institute of Technology, MIT), twijfelt er niet aan: tegen 2030 komt onze elektriciteit uit kernfusie.

Een onuitputtelijke energiebron die geen CO2 uitstoot, met een eindeloze voorraad brandstof en weinig afval dat perfect verwerkt kan worden… Als dat haalbaar is, waarom wordt het dan nog niet gebruikt?

New Insights

Tien werelddenkers blikken vooruit op de toekomst. In ons extra magazine 'Tien nieuwe inzichten' leest u de inzichten van onder meer ex-gouverneur van de Indiase Centrale Bank Raghuram Rajan, auteur Yuval Noah Harari en professor internationale politiek Ian Bremmer. Ontdek hier het dossier online.

Het antwoord is eenvoudig: voorlopig is kernfusie nog een droom. Een luchtkasteel. Kernfusie wordt graag de ‘energie van de toekomst’ genoemd, maar het grote publiek gelooft er al lang niet meer in. Het vergeet zelfs dat een deel van zijn belastinggeld dient om de zoektocht naar deze heilige graal te subsidiëren. Wat het publiek evenmin weet, is dat er een lichtpunt aan het einde van de tunnel is. ‘Er is een momentum ontstaan dat deze technologie een extra stimulans geeft’, zegt Robert Mumgaard.

Zijn bedrijf, Commonwealth Fusion Systems (CFS), werkt aan een kernfusieproject in samenwerking met onderzoekers van het MIT. In maart injecteerde de Italiaanse energiegroep Eni 50 miljoen dollar (42 miljoen euro) in CFS. Met dat bedrag worden de eerste fasen van een kernfusiereactor gebouwd. ‘We gaan ervan uit dat we over tien jaar in staat zijn elektriciteit te produceren’, voorspelt Mumgaard. ‘Toegegeven, misschien zal het niet meteen genoeg zijn om een grote stad van stroom te voorzien. Maar we zullen op zijn minst kunnen aantonen dat we de technologie beheersen, en dat het de moeite is ze te commercialiseren. Over vijftien jaar moet het zover zijn.’

Mumgaard is niet de enige die daarvan droomt. Jeff Bezos, de grote baas van Amazon, steunt de Canadese start-up General Fusion, die gelijkaardige ambities heeft als CFS. Paul Allen, de medeoprichter van Microsoft, investeert in het Californische Tri Alpha Energy. Dat heeft onlangs 500 miljoen dollar opgehaald. Het werkt samen met Google Research aan een programma om de complexiteit van het plasma te analyseren, dat vereist is om een kernfusie mogelijk te maken. In Europa is het Britse Tokamak Energy in de buurt van Oxford actief. En Duitsland huisvest de experimentele kernfusiereactor Wendelstein 7-X.

‘Met onze wetenschappelijke kennis kunnen we de benodigde omvang van de reactor drastisch verkleinen’, meent Mumgaard. ‘Een kleinere reactor maakt het mogelijk veel sneller te werken, ook binnen de context van een start-up. We hebben er geen grote multinational met massa’s geld voor nodig.’

E=mc2

Kernfusie is een proces dat op natuurlijke wijze in de sterren gebeurt, bij temperaturen van tientallen miljoenen graden Celsius. Twee atoomkernen waterstof botsen en smelten samen tot een heliumatoom. De hoeveelheid massa die verloren gaat, wordt omgezet in energie volgens de beroemde formule van Albert Einstein: E=mc2. (Ter opfrissing: ‘E’ is energie, ‘m’ is massa en ‘c’ is de snelheid van het licht.)

Robert Mumgaard
  • Studeerde fysica en mechanica aan de Universiteit van Lincoln in Nebraska (VS). Behaalde aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) een doctoraat in kernfusie.
  • In 2017 richtte hij samen met vijf andere wetenschappers Commonwealth Fusion Systems (CFS) op. Dat bedrijf poogt stroom op te wekken op basis van kernfusie.
  • Mumgaard is sinds 2018 CEO van CFS.

Op papier lijkt het misschien eenvoudig, maar de realiteit is een ander paar mouwen. Waterstof is niet meteen het probleem: de zeeën zitten er vol van. De grote uitdaging is de extreem hoge temperatuur die voor een kernfusie vereist is. Wetenschappers gebruiken onder andere heel krachtige magnetische velden om de hete plasma te creëren. In een ster, die per definitie heel groot is, wordt de plasma bijeengehouden door de zwaartekracht. Bij een nagebouwde fusiereactor is daarvoor een sterk magnetisch veld nodig.

Een andere uitdaging is de rendabiliteit. Om economisch haalbaar te zijn, moet meer energie worden opgewekt dan er wordt verbruikt. Dat is de voornaamste reden waarom kernfusie tot dusver onze vervuilende energiebronnen niet heeft kunnen vervangen. De energiekosten moeten naar omlaag.

Suprageleiders bieden mogelijk de oplossing. Een nieuw composiet op basis van yttrium, barium en koperoxide maakt het mogelijk ongekend krachtige magneten te bouwen. Die verkleinen tegelijkertijd de omvang van de reactor én drukken de vereiste energie om het plasma bijeen te houden.

‘Dergelijke magneten zijn erg moeilijk te bouwen. We zijn de eersten die daarin geslaagd zijn, op basis van de beschikbare kennis en de recente ontdekkingen’, zegt Mumgaard.

©Bob Mumgaard/Plasma Science and Fusion Center

800 miljoen graden Celsius

De reactor van CFS zal 65 keer kleiner zijn dan de International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Dat internationaal project van 18 miljard euro wordt gefinancierd door onder meer de Europese Unie (6,6 miljard), maar ook door China, Rusland, India, Japan, Zuid-Korea, de Verenigde Staten en Zwitserland.

De bouw van ITER begon in 2005 in Cadarache, in het zuiden van Frankrijk. Tegen 2025 zou ITER zijn eerste plasma moeten activeren. De eerste stroom is voor 2035. Pas in 2050 zou dat op commerciële basis kunnen gebeuren.

Er wordt veel geld gepompt in iets wat pas in de verre toekomst - misschien - zal renderen. De Verenigde Staten zijn aan het terugkrabbelen. Voor 2019 hebben ze nog 75 miljoen dollar beloofd, tegenover 213 miljoen in de voorbije jaren. De ironie wil dat Eni zijn investering in Commonwealth Fusion Systems bekendmaakte op de dag dat de topman van ITER in Washington was om president Donald Trump te overtuigen van het belang van ITER.

Mumgaard staat er helemaal achter. ‘Zonder ITER hadden we nooit zover gestaan. Mijn eigen team, en de wetenschappers van het MIT, waren betrokken bij het ontwerp, bij het onderzoek naar het plasma… Kortom, bij alles was nodig is. Het is zoals bij de luchtvaart: er zijn heel veel vliegtuigen ontworpen voor de mens wist hoe hij moest vliegen.’

ITER staat wat argwanend tegenover privé-initiatieven zoals dat van Mumgaard. ’Die zijn allemaal wel interessant’, geeft Christian Dierick toe, de coördinator van ITER in België. ‘Er zijn fusietechnieken bij die efficiënter en eenvoudiger zijn dan de onze. Maar we moeten voorzichtig zijn. Die technologieën hebben nog niets bewezen.’

Dierick verwijst onder meer naar de criteria van Lawson, die noodzakelijk zijn voor een kernfusie. Een voorbeeld: hoe kleiner de reactor, hoe hoger de temperatuur moet zijn.

‘Met 800 m3 plasma heeft ITER een temperatuur van 150 miljoen graden Celsius nodig. Voor een kleine reactor als die van CFS is dat 700 à 800 miljoen graden. Tot vandaag is niemand hoger geraakt dan 500 miljoen. We mogen bij ITER niet arrogant zijn, maar het is belangrijk dat we die andere initiatieven in het juiste perspectief plaatsen. De regeringen moeten weten dat ze ITER moeten blijven steunen. Er wachten ons nog veel uitdagingen.’

Autobatterijen

Mumgaard blijft zelfverzekerd. ‘Kernfusie is te belangrijk. Het is goed diverse pistes te bewandelen, maar we zijn ervan overtuigd dat die van ons de juiste is. Ons kernfusiesysteem zal ongeveer 200 megawatt (MW) energie produceren. Dat is voldoende om een kleine stad met zo’n 20.000 inwoners van elektriciteit te voorzien. Omdat onze reactors zo klein zijn, kunnen we ze overal installeren. Elektrische wagens, bijvoorbeeld, hebben veel energie nodig voor hun batterijen. Die elektriciteit moet ergens vandaan komen. Ik ben ervan overtuigd dat kernfusie de oplossing kan zijn en dat we de juiste technologie hebben om aan die behoefte te beantwoorden.’

Energie uit kernfusie: onuitputtelijk en schoon?

De verwachtingen zijn hooggespannen. Elektriciteitscentrales op steenkool en gas zijn vervuilend. Er zijn twijfels over de veiligheid van kerncentrales, en hun afval bedreigt de toekomstige generaties. De energieopbrengst van windmolens en zonnepanelen is te variabel. Kernfusie zou al deze nadelen niet hebben. De vraag is of dat klopt.

Een van de basisingrediënten voor kernfusie is tritium, een radioactief isotoop van waterstof die kerncentrales uitstoten. In kleine dosissen is tritium niet gevaarlijk voor de volksgezondheid. Naarmate de kernfusie-industrie groeit, kan daar verandering in komen. Als tritium zich opstapelt in de bodem en in de groenten die we eten, kan het wel schadelijk zijn. Al zijn daar op dit ogenblik maar heel weinig gegevens over bekend.

Absoluut nulpunt

Op het vlak van veiligheid stelt kernfusie minder problemen dan kerncentrales. ‘Het minste zuchtje wind in de reactorkamer volstaat om het plasma te doven. Dan wordt het een gas onder lage druk’, verduidelijkt Mumgaard. ‘Dat betekent dat we het systeem op elk ogenblik kunnen uitschakelen. We hebben bij wijze van spreken een aan-uitknop. Er is geen gevaar voor nucleaire kettingreacties of voor ontsnappende radioactiviteit. In die zin lijkt kernfusie veel meer op de klassieke verbrandingsmotor: als je geen brandstof meer toevoert, stopt hij met draaien.’

De zwakke plek ligt veeleer bij het omhulsel van de reactor. Dat wordt als gevolg van de kernfusie massaal gebombardeerd met neutronen. Daardoor takelt de wand snel af. Bovendien ontstaan zo ongewenste hoogradioactieve elementen. En de magneten die de elektriciteit opwekken moeten heel sterk gekoeld worden om te vermijden dat ze oververhitten. Om die honderden miljoenen graden Celsius af te koelen, is een temperatuur nodig die heel dicht bij het absolute nulpunt van -273,15 graden Celsius ligt.

Het is de vraag hoe dergelijke extreme temperaturen reageren als ze per ongeluk met elkaar in contact komen. Dat is maar een van de nog vele vragen rond kernfusie.

Lees verder

Advertentie
Advertentie

Tijd Connect