Grote doorbraak voor kernfusie: record energie opgewekt door Europese onderzoekers
Europese wetenschappers zijn erin geslaagd een recordhoeveelheid energie op te wekken via kernfusie. In de JET-reactor nabij Oxford toonde een experiment met deuterium en tritium het grote potentieel en de technische haalbaarheid aan van fusie als industriële energiebron.
In totaal werkten 4.800 wetenschappers, ingenieurs, technici en studenten uit heel Europa hiervoor samen. Voor ons land werkte onder meer het laboratorium voor plasmafysica van de Koninklijke Militaire School mee. Fusie-energie houdt de belofte in van een veilige, koolstofarme en bijna onuitputtelijke energievoorziening voor de toekomst.
5 seconden en 59 megajoule
De Joint European Torus (JET), nabij Oxford in het Verenigd Koninkrijk, is de grootste kernfusiemachine ter wereld. Onderzoekers wekten er eind december een recordhoeveelheid energie op: 59 megajoule (59 miljoen joule). De energie bleef gedurende vijf seconden stabiel.
"Nu we een continue productie van fusie-energie gedurende vijf seconden hebben aangetoond, opent dit de weg naar vijf minuten en later naar vijf uur continu productie", meldt Tony Donné, de topman van Eurofusion.
"Het is een belangrijke stap", verduidelijkt kernfysicus Jef Ongena van de Koninklijke Militaire School, die deelnam aan het experiment. “Die 5 seconden zijn wat technisch maximaal mogelijk is met deze machine. Om het nog langer te doen is een grotere fusiemachine nodig. 59 megajoule is ook niet zo veel energie (ongeveer het verbruik van een gemiddeld Belgisch gezin gedurende anderhalve dag). Het belang van het experiment was vooral om aan te tonen dat het fusieproces niet alleen een fractie van een seconde werkt, maar continu kan werken en dan ook energie blijft leveren", legt de kernfysicus uit. Het ging dus niet zozeer om de exacte hoeveelheid energie, maar vooral om de haalbaarheid van de techniek te bewijzen.
"Nu we een continue productie van fusie-energie gedurende vijf seconden hebben aangetoond, opent dit de weg naar vijf minuten en later naar vijf uur continu productie"
Tony Donné, topman van Eurofusion
De grootste fusiereactor ter wereld
De Joint European Torus (JET) is momenteel de grootste fusiemachine ter wereld. Het project is in de loop van de voorbije 4 decennia uitgegroeid tot een breed internationaal consortium (onder de naam Eurofusion) met naast 25 EU-lidstaten ook onderzoekscentra uit het Verenigd Koninkrijk, Oekraïne en Zwitserland. De JET is een zogenoemde tokamak, een donutvormig apparaat waarin het plasma met sterke magnetische velden op z’n plaats wordt gehouden.
De volgende stap van het onderzoek zal plaatsvinden in het zuiden van Frankrijk. Daar is al sinds 2013 de International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) in aanbouw, een grote experimentele fusiereactor. ITER wordt de grotere en meer geavanceerde versie van JET. Zeven grote wereldnaties werken hieraan samen: China, de Europese Unie, India, Japan, Zuid-Korea, Rusland en de Verenigde Staten. De ambities voor het megaproject, met een prijskaartje van 20 miljard euro, zijn hoog: ITER moet de eerste fusiereactor worden die netto meer energie produceert dan hij verbruikt.
Ook elders proberen jonge bedrijven commercieel interessante kernfusiereactoren te bouwen. De Vlaamse investeringsmaatschappij Gimv investeerde in 2020 nog in de Canadese start-up General Fusion.
Kernfusie, de heilige graal in energie
Kernfusie wordt al langer beschouwd als dé energieoplossing voor de toekomst. De voordelen van fusie tegenover kernsplijting zijn zeer groot. Klassiek radioactief kernafval zoals bij kernsplijting is er niet. Door de fusiereactie wordt de reactor zelf wel een beetje radioactief, maar het materiaal kan al binnen honderd jaar weer veilig hergebruikt worden. Hoogactief afval bij kernsplijting kan honderdduizenden jaren radioactief blijven. Het restproduct bij kernfusie is helium, dat niet radioactief is, niet chemisch reageert in de atmosfeer en geen broeikasgas is, waardoor het niet bijdraagt aan de klimaatverandering. Het is ook veiliger. Een ongeval zoals Tsjernobyl is onmogelijk, omdat de techniek niet gebaseerd is op een kettingreactie die uit controle kan raken.
De enige functionerende kernfusiereactoren die we momenteel kennen, zijn de sterren met als dichtste voorbeeld natuurlijk de zon. Daarin worden atoomkernen bij zeer hoge temperaturen versmolten. Wanneer lichtere elementen versmelten tot een zwaarder element, komt daar enorm veel energie bij vrij. Dat is de warmte en het licht dat de zon (of een andere ster) dus uitstraalt. Wetenschappers proberen al langer dat procedé hier op aarde na te maken. Alleen is het onmogelijk om dezelfde druk te creëren als op de zon. Ter compensatie wordt de temperatuur fors opgedreven. Een paar gram waterstof wordt zo verhit tot 150 miljoen graden Celsius, dat is tien keer heter dan het centrum van de zon. Onder die extreme temperaturen verandert de brandstof in een plasma en vinden er fusiereacties plaats.
Conclusie
Dit record is een belangrijke stap naar de praktische realisatie van fusie-energie als energiebron. Langzaam maar zeker komt een techniek tot stand die geheel of gedeeltelijk een oplossing moet bieden voor het dreigende energieprobleem en de daarmee verbonden ernstige milieuproblematiek. Als ITER alle verwachtingen inlost, schatten wetenschappers dat vanaf 2050 kernfusiereactoren gebouwd kunnen worden die een rol kunnen spelen in onze energiebevoorrading, en zicht geven op een stabiele bron van veilige, milieuvriendelijke en bijna onuitputtelijke energie.
Meer weten: Eurofusion en ITER