Waarom fusie-energie er zo verdomd lang over doet om er eindelijk te zijn

De droom van ongelimiteerde fusie-energie is afgelopen maandag weer uitgesteld, toen bekend werd gemaakt dat het minimaal nog een decennium en 4 miljard euro gaat kosten voordat een internationale coalitie hun experimentele reactor aan de praat krijgt.

Dit betekent dat er bij de International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) in Frankrijk pas in 2025 de eerste tests uitgevoerd zullen worden, en volle fusiereacties pas in 2035. Dit werd duidelijk uit documenten die gelekt zijn naar de Franse krant Les Echos.

ITER is een gezamenlijk project van Europa, China, Zuid-Korea, India, Japan, Rusland en de VS. De organisatie bevestigde aan Motherboard dat 2025 en 2035 "de meest waarschijnlijke data zijn, gebaseerd op de huidige discussie," hoewel ze nog niet officieel vaststaan. Een woordvoerder van ITER vertelde dat een officiële aankondiging over de planning in juni zal volgen.

Eerdere schattingen, die ITER-baas Bernard Bigot "totaal onrealistisch" noemde, mikten op "first plasma" experimenten in 2020 en volledige fusie tegen 2023.

Het komt niet als verrassing dat het project voorlopig nog niet klaar zal zijn. Fusie is niet makkelijk te bereiken – tenminste, op een manier die efficiënt genoeg is om fossiele brandstoffen te kunnen vervangen. De kern van ITER zou volgens ITER 150 miljoen graden Celsius kunnen bereiken, wat tien keer heter dan de kern van de zon is. Door de hitte fuseren waterstofatomen tot helium, waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt die door een krachtig magnetisch veld op zijn plek gehouden wordt.

Als het gecommercialiseerd kan worden, zullen de voordelen enorm zijn: voldoende energie zonder uitstoot of kernafval, aangedreven door deuterium en tritium, wat in water en lithium gevonden wordt.

De lang-lopende grap in het veld is dat fusie "er altijd over dertig jaar zal zijn." Maar laten we aannemen dat de nieuwe data realistisch zijn. Als alles volgens plan gaat, en de eerste experimenten in 2025 uitgevoerd worden en ITER in 2035 bewijst dat de technologie werkt, wat dan? Wat gebeurt er daarna?

Dennis Whyte, directeur van MIT's Plasma Science and Fusion Center, wijst op de aanzienlijke tijd tussen een succesvolle test en een werkende fusiecentrale.

"Fusie is zo gecompliceerd," zei Whyte. "We kennen het grootste deel van de wetenschap, maar begrijpen wat we moeten doen om commercieel aantrekkelijke stroom te maken is moeilijk te extrapoleren."

Als ITER eenmaal klaar is, zal de reactor ongeveer 10 keer de energie produceren dan nodig om de hitte en plasma te produceren. Maar fusiecentrales zullen minimaal vijf keer krachtiger moeten zijn, zei hij.

Het huidige plan is om een demonstratie-apparaat te bouwen die nog groter is dan de ITER, zo'n 15 jaar nadat ITER fusie bereikt. Dat zou dus in 2050 zijn. Daarna zou er een prototype gebouwd moeten worden, die als model kan dienen voor organisaties die hun eigen fusiereactors willen bouwen.

Dat betekent dat er minimaal tot halverwege deze eeuw geen fusiecentrale zal zijn die stroom aan het net kan leveren – en dat is als alles volgens plan loopt.

Het bouwen van een efficiënte fusiereactor is niet genoeg. We moeten ook bepalen hoe we fusiestroom kunnen integreren in de globale economie zonder energiemarkten te destabiliseren, zegt Whyte. En als die centrales te duur blijken, dan zouden armere landen achter kunnen blijven.

"Als je een energiebron verzint die alleen ontwikkelde landen kunnen gebruiken, heb je het probleem niet opgelost," zei hij.

Dit zijn complexe politieke en economische vragen zonder makkelijke antwoorden. Er zijn ook een hoop technische uitdagingen om fusie-energie te integreren. Vliegtuigen, schepen en auto's lopen nu op benzine. Aangezien Mr. Fusion uit de Back to the Future-films niet bestaat, zouden we voertuigen moeten ombouwen om op elektriciteit te lopen, of die fusiereactors moeten inzetten om waterstofbrandstof te produceren.

Whyte zegt dat hij er zeker van is dat fusie-energie er tegen het einde van eeuw zal zijn. Maar met de dreiging van klimaatverandering is dat simpelweg niet snel genoeg, zegt hij. Hij denkt dat fusie-energie nog voor 2050 gehaald zou kunnen worden als de wereld achter een agressievere aanpak gaat staan – bijvoorbeeld door meerdere fusieprojecten te financieren in plaats van gokken op eentje.

"ITER is een wetenschappelijk experiment van onschatbare waarde," zei hij. "Maar we hebben parallelle programma's nodig om tegelijkertijd verschillende technologie te ontwikkelen."

Daarmee doelt hij onder andere op zijn eigen ARC-reactor, die ontworpen is om half zo groot te zijn als ITER, maar evenveel energie kan produceren dankzij nieuwe supergeleiders die een sterker magnetisch veld kunnen produceren. Zowel Amazon-CEO Jeff Bezos en Microsoft mede-oprichter Paul Allen hebben geïnvesteerd in fusie-onderzoek via bedrijven als General Fusion en Tri Alpha.

Nieuwe materialen en technologie, zoals 3D-printers, hebben Whyte overtuigd dat commercieel rendabele fusie-energie realiteit zal worden. Hij wil nu alleen dat gedurfdere overheden en bedrijven er harder achteraan gaan.

"Ik denk dat we meer risico moeten nemen," zei hij, "in plaats van wachten op de perfecte oplossing over 50 jaar."