De urgentie van de klimaatverandering zet wetenschappers ertoe aan nieuwe energie-oplossingen te vinden. Of om alternatieven die in het verleden bestudeerd zijn, te verfijnen. Dat laatste is het geval bij Zap Energy, een tech-start-up uit het Amerikaanse Seattle. De firma wil de energiebronnen in huishoudens vervangen door heuse kernfusiereactoren.

Hoewel de mensheid ze nog lang niet volledig onder de knie heeft, wordt fusietechnologie – de CO2-vrije energie van de zon en de sterren – door velen gezien als de ideale oplossing voor de energietransitie. Wetenschappers proberen echter nog steeds de technologie rendabel te maken.

Dat doen ze bijvoorbeeld in Zuid-Frankrijk, waar de grootste tokamak staat die ooit ontworpen is. Een tokamak is een speciaal type kernfusiereactor, die de fusiebrandstof – de “zware” waterstofatomen deuterium en tritium – verhit tot honderd(en) miljoenen graden Celsius. Dit vormt een plasma dat ongeveer tien keer heter kan zijn dan de zon – waardoor de reactor, gedurende de paar seconden dat hij draait, de heetste plek in ons zonnestelsel is.

Tokamak-fusiereactoren gebruiken magneten om een plasma in te sluiten en te isoleren, zodat het de hoge temperaturen kan bereiken waarbij fusie optreedt. Voor tokamaks zijn hoge magneetvelden nodig om de oververhitte brandstof in te sluiten, en hogere magneetvelden maken een kleinere tokamak mogelijk.

Andere, even veelbelovende aanpak

De vooruitgang van de Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor (ITER) inspireert vele start-ups, waaronder Zap Energy. Maar Zap overweegt een andere benadering van fusie. Het wil af van de dure koperen magneetspoelen die in tokamaks worden gebruikt. In plaats daarvan vertrouwt de firma op het elekromagnetische veld dat in het plasma zelf wordt opgewekt.

Dit is geen nieuwe aanpak. Onderzoekers experimenteren er al mee sinds de jaren 1950, maar de “z-pinch”-technologie is minder populair vanwege haar intrinsieke instabiliteit. Plasma heeft de neiging om zich te verdraaien en in te storten.

Toch is een team van wetenschappers van de Universiteit van Washington er in 2019 in geslaagd het probleem op te lossen door gebruik te maken van vloeistofmechanica. Via deze techniek wordt het plasma in feite voortdurend gladgestreken, zodat het niet vervormt en mogelijk nuttig kan zijn om voortdurend energie te produceren. In de techniek wordt het plasma vastgepind binnen een betrekkelijk korte kolom en “geknepen” totdat het heet en dicht genoeg wordt om kernfusie te laten plaatsvinden.

Fusiereactoren in garages

Een van de onderzoekers in de studie is niemand minder dan Zap Energy-oprichter Uri Shumlak. Drie jaar na het werk dat het mogelijk maakte fusie te stabiliseren via wat in de vloeistofdynamica bekendstaat als afschuiving van de axiale stroming, verzekert de onderzoeker ons dat de simulaties van zijn experimentele reactor, de FuZE-Q, perfect werken.

Zijn ambitie is om zijn reactor zo klein mogelijk te maken zodat hij in de garage van een huis geplaatst kan worden om een huishouden continu van groene energie te voorzien. Maar hij wil ook hele steden kunnen voeden met grotere modellen. Zijn doel is de massaproductie van FuZE-Q-reactoren.

Nog lange weg te gaan

Er is nog een lange weg te gaan voordat wij de eerste door kernfusie aangedreven woningen zullen zien. Maar Zap Energy gelooft in zijn project en het staat niet alleen. De start-up heeft veel investeerders weten te overtuigen en heeft onlangs 160 miljoen dollar opgehaald.

De volgende stap is het uitvoeren van echte tests met het prototype en het bereiken van resultaten die vergelijkbaar zijn met die van de simulaties. Daarna zullen de onderzoekers een manier moeten vinden om het energierendement van zijn reactor te verbeteren, want momenteel is het theoretische rendement nauwelijks voldoende om het verbruik te dekken.

(lb/ns)