De heilige graal voor het klimaatprobleem

In Frankrijk bouwen de nucleaire grootmachten samen de grootste kernfusiereactor ooit. De kostprijs van het ITER-experiment loopt al boven 20 miljard euro. ©REUTERS

Met een investering in een Canadees kernfusieproject neemt de Vlaamse investeringsmaatschappij Gimv een grote gok. Als het ooit lukt de zon op aarde na te bouwen, lijkt het klimaatprobleem opgelost. Maar kan dat wel? ‘Alles is aanwezig om de mens voor miljoenen jaren van energie te voorzien.’

‘Het zal nog vijftig jaar duren voor er een commercieel interessante kernfusiereactor gebouwd wordt.’ Met die uitspraak zou Albert Einstein voor zijn dood in 1955 de basis hebben gelegd voor het beeld van een technologie die wel eens voor eeuwig een verre toekomstbelofte kan blijven. Na decennia experimenteren luidt het vandaag nog altijd dat het 50 jaar zal duren voor de eerste kernfusiecentrale stroom op het net zet.

Toch ziet Gimv toekomst in de nucleaire spitstechnologie. De Vlaamse investeringsmaatschappij stapte mee in een consortium van internationale investeerders, maakte De Tijd gisteren bekend.

Met onder anderen Amazon-topman Jeff Bezos investeren ze samen 100 miljoen dollar in het Canadese bedrijf General Fusion. Die start-up uit Vancouver wil een kernfusiecentrale bouwen die een vrijwel onuitputtelijke bron van duurzame energie zou kunnen opleveren.

De uitdagers werken kleiner en met lagere kosten. Een van hun labo’s kan wel eens voor een verrassing zorgen.
Nathal Severijns
kernfysicus KU Leuven

Maar kernfusie is een extreem moeilijke opgave. De bedoeling is energie op te wekken door atoomkernen samen te smelten, volgens hetzelfde proces dat ook de zon doet branden. Omdat daarbij geen broeikasgas vrijkomt of langlevend nucleair afval, staat de technologie al decennialang bekend als de heilige graal van de energiewereld.

Sinds de dood van Einstein is er heel wat gebeurd in het fusielandschap. Het reactorontwerp van General Fusion bijvoorbeeld borduurt voort op technologie waar de Amerikaanse marine al in 1972 aan werkte.

Los daarvan startte een jaar later in het Engelse Culham, nabij Oxford, het tekenwerk voor de Joint European Torus (JET), een onderzoeksproject dat er in 1997 gedurende een seconde in slaagde om kernfusie te doen plaatsvinden. Het gebruikte meer dan 700 megawatt elektriciteit om in de reactor 16 megawatt aan fusie-energie op te wekken. Uiteindelijk is het de bedoeling dat fusiereactoren meer stroom genereren dan ze verbruiken.

‘Er is aangetoond dat het kan’, zegt Nathal Severijns, kernfysicus aan de KU Leuven. ‘Maar er is nog veel werk te doen. Vooral in de ontwikkeling van hitte- en stralingsbestendige materialen zijn nog grote stappen te zetten. Als je een fusiereactor bouwt, wil je dat die zeker 40 tot 60 jaar kan meegaan.’

Immense hitte

De moeilijkheid is de immense hitte in een fusiereactor te beheersen. Omdat de druk lager is, moet de temperatuur tien keer zo hoog liggen als die in het binnenste van de zon. Onderzoekers gebruiken daarvoor elektrische magneetvelden die plasma van waterstofisotopen met enorme snelheden laten rondzweven in een soort vacuümdonut. Als de atoomkernen tot 150 miljoen °C opwarmen en botsen, smelten ze samen.

Daarbij komen neutronen vrij die hun warmte afgeven aan een omhulsel van vloeibaar metaal zoals lood of lithium. Die warmte dient op haar beurt om stoom te genereren en elektriciteit op te wekken via een stoomturbine.

De fusietechnologie is het tegenovergestelde van traditionele kerncentrales, die atomen splijten in plaats van ze samen te voegen. ‘Er is geen explosiegevaar zoals bij gewone kerncentrales waarbij radioactiviteit in de atmosfeer kan belanden’, zegt Severijns.

‘Als de magneten uitvallen, stopt het hete plasma met zweven en zal het in het ergste geval de wand van de fusiereactor raken en erdoorheen smelten tot het afkoelt in de mantel van vloeibaar metaal. De installatie is dan zwaar beschadigd, maar er is geen gevaar voor de omgeving.’

De installatie van een fusiereactor raakt wel radioactief besmet, maar de straling verdwijnt vanzelf na 120 jaar.

Kernfusie heeft nog andere belangrijke voordelen. De installatie wordt weliswaar radioactief besmet, maar die straling verdwijnt vanzelf na 120 jaar. Het nucleair afval van fusie is in niets te vergelijken met de splijtingselementen van een traditionele kerncentrale, die tienduizenden jaren lang schadelijk kunnen blijven.

In theorie kan fusie een onuitputtelijke energiebron worden. Slechts een deel van de opgewekte stroom wordt dan gebruikt om de reactie in stand te houden terwijl de rest van de elektriciteit op het net gaat.

Ook de brandstof is op aarde overvloedig aanwezig. De helft van de waterstofisotopen kan uit de oceanen gefilterd worden, terwijl de andere helft zichzelf steeds opnieuw aanmaakt binnen in de reactor. ‘Voeg die twee samen en alles is aanwezig om de mensheid miljoenen jaren lang van energie te voorzien’, zegt Severijns.

Ruwweg bestaan er twee wegen om van fusie een succes te maken. Een handvol jonge bedrijven, waaronder General Fusion of het door Microsoft-miljardair Bill Gates gesteunde CFS, proberen de code te kraken vanuit een klein reactorconcept. Ze gebruiken compressoren of hoogvermogenlasers om de nodige hitte te creëren. Zodra dat werkt, hopen ze op te kunnen schalen tot echte energiecentrales.

Daarnaast is er het internationale samenwerkingsverband ITER, dat in Cadarache in het zuiden van Frankrijk de grootste onderzoeksreactor ooit bouwt. De EU-lidstaten, de VS, Rusland, Japan, Zuid-Korea, China en India nemen deel aan het project dat door diplomatieke twisten en managementproblemen al jaren vertraging heeft opgelopen.

Het kostenplaatje is intussen verviervoudigd tot 20 miljard euro en er circuleren zelfs al kostenramingen van ruim het dubbele. De bedoeling van de enorme installatie is in 2025 de eerste tests met heet plasma te realiseren en tien jaar later op vol vermogen een fusiereactie tot stand te brengen.

Tot die tijd zal geen megawatt elektriciteit geproduceerd worden. Pas in de volgende fase, binnen zo’n 30 jaar, is het de bedoeling een demoreactor te bouwen die daadwerkelijk stroom produceert.

Volgens Severijns staat ITER het verst in de ambitie. Toch sluit hij niet uit dat een van de private uitdagers eerder met een doorbraak komt. ‘Voor de fusiereactor van ITER heb je veel ruimte nodig’, zegt de kernfysicus van de KU Leuven. ‘Door het gebruik van lasers of compressoren hebben de uitdagers het voordeel dat ze kleiner kunnen werken en met minder kosten. Het valt niet uit te sluiten dat uit een van die labo’s een verrassing komt.’

Enorme gok

Voor investeerders blijft het een enorme gok. Wie biotech al als een risico-investering beschouwt, gaat met kernfusie nog een stap verder. De kans dat het lukt is minimaal, maar als het ooit tot een commerciële kernfusiereactor komt, hebben de investeerders goud in handen.

Met een onuitputtelijke duurzame energiebron krijgt het klimaatvraagstuk plots een radicale wending. ‘De uitdaging waar ingenieurs en fysici voor staan, is vergelijkbaar met het Manhattanproject om tijdens WO II een atoombom te bouwen’, zegt Severijns. ‘Het is van hetzelfde kaliber als de bouw van de deeltjesversneller CERN in Zwitserland. Het zijn de meest complexe machines die ooit gebouwd zijn. Maar het kan.’

Lees verder

Advertentie
Advertentie

Tijd Connect