De essentie: Binnen tien jaar moet de eerste commerciële kernfusiereactor operationeel zijn in het land (en de wereld). Dat zei de Amerikaanse minister van Energie Jennifer Granholm maandag tijdens een interview met The Associated Press. Volgens de politica zou de technologie een sleutelrol kunnen spelen bij de energietransitie. 

• “Het ligt niet buiten de mogelijkheden” dat het land Bidens “decadale visie van commerciële kernfusie” kan realiseren, klinkt het. Granholm verwijst onder andere naar het succes van de kernfusiereacties bij het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië, waarbij in december vorig jaar voor het eerst meer energie uit een reactie werd gehaald dan nodig was om die op te starten. Deze zomer werd die prestatie herhaald en binnenkort zullen er nog experimenten volgen.
• De regering-Biden ondersteunt ook een reeks private projecten. In mei dit jaar kondigde het Amerikaanse ministerie van Energie aan dat het 46 miljoen zal investeren in acht verschillende bedrijven die elk op hun eigen manier een kernfusiereactor ontwikkelen. De bedoeling is dat de gefinancierde bedrijven binnen tien jaar een demonstratiereactor kunnen aantonen.
• Ook privébedrijven tonen steeds meer interesse in de technologie. Microsoft werkt bijvoorbeeld samen met het Amerikaanse bedrijf Helion Energy (dat niet op de lijst van acht hierboven staat) om binnen vijf jaar een eerste commerciële reactor te bouwen. Google en Chevron investeerden vorig jaar in een ander fusiebedrijf dat geen overheidsfinanciering krijgt, TAE Technologies. Dat bedrijf wil tegen 2030 een eerste prototype operationeel krijgen.

Niet evident

Toch op te merken: Tot nu toe is het bijzonder moeilijk gebleken om een werkende kernfusiereactor te bouwen. 

• Hoewel de experimenten bij Lawrence Livermore veelbelovend waren, duurden die reacties slechts een fractie van een seconde en werd enkel de energie opgewekt in de lasers opgenomen in de berekeningen. De energie die uit het stroomnet werd gehaald om de lasers aan te drijven, werd er dus niet meegeteld. Om een commerciële reactor te bouwen, zijn reacties nodig die 30 tot 100 keer zoveel energie opwekken als de lasers.
• Ook andere projecten blijken ingewikkelder dan aanvankelijk gedacht. Het belangrijkste voorbeeld is ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), de grootste kernfusiereactor in de wereld die momenteel wordt gebouwd in Zuid-Frankrijk. De huidige tijdlijn voor het project voorziet een opstart in 2025, waarna de reactor een decennium later volledig operationeel moet zijn. Door technische uitdagingen en de na-effecten van de COVID-pandemie lijkt het er echter steeds meer op dat de tijdlijn zal opschuiven naar de toekomst.
• Bovendien zullen er mogelijk problemen zijn om genoeg brandstof te vinden om de reactoren aan te drijven. De meeste experimentele kernfusiereactoren werken immers door deuterium en tritium samen te smelten, twee zwaardere isotopen van waterstof. Maar de wereldwijde voorraad van bruikbaar tritium is beperkt, en het is nog niet duidelijk of het isotoop als bijproduct van fusiereacties geproduceerd kan worden in reactoren. Een andere oplossing zijn zogenaamde Canada Deuterium Uranium (CANDU)-reactoren. Daar bestaan er momenteel 19 van, die elk 0,5 kilogram tritium per jaar produceren. Maar tegen eind dit decennium zal de helft van de bestaande CANDU-reactoren worden uitgeschakeld en momenteel zijn er geen plannen om er nieuwe bij te bouwen.

Wat is kernfusie?

Reminder: Kernfusie werkt door atoomkernen samen te persen, tot die, zoals de naam het al zegt, fuseren of samensmelten.

• Wanneer dat met lichte atoomkernen, zoals bepaalde isotopen van waterstof of helium, gebeurt, komt een grote hoeveelheid energie vrij. De fusie van waterstof is immers wat onze zon aandrijft. De technologie is veelbelovend, omdat de brandstof zo goed als niet op kan raken, terwijl er bijna geen schadelijke stoffen of CO2 vrijkomen bij de energieproductie.
• Maar de enorm hoge druk binnen de kern van de zon, veroorzaakt door het zwaartekrachtveld van onze ster, is onmogelijk na te bootsen op aarde. Daarom moeten reactoren worden gebouwd die atoomkernen fuseren onder enorm hoge temperaturen, tot wel 100 miljoen graden Celsius.
• Het staat buiten kijf dat de ontwikkeling van een reactor die plasma van 100 miljoen graden kan controleren niet evident is. Wetenschappers werken al bijna een eeuw lang aan de technologie. Maar traag maar zeker worden hier en daar doorbraken bereikt en groeit het enthousiasme. Ook de hoeveelheid geld die in kernfusie wordt gepompt, groeit traag maar zeker. (cv)