Deze reactor moet bewijzen dat kernfusie zinvol is (en kost 20 miljard)
Vandaag start de belangrijkste fase van ITER, het megaproject van ruim 20 miljard euro dat moet bewijzen dat ‘schone’ kernfusie in de toekomst een zinvolle bijdrage kan leveren aan onze energieproductie.
Het is een 3D-puzzel van het allerhoogste niveau die fysici en ingenieurs vanaf vandaag in de Franse Provence in elkaar gaan schuiven. De afgelopen maanden zijn van over de hele wereld reusachtige onderdelen gearriveerd, sommige ruim vijftien meter groot en zo zwaar als een vliegtuig in de categorie Boeing 747 of Airbus 380. “En die moeten vervolgens op minder dan een millimeter nauwkeurig op elkaar worden aangesloten – op precies de juiste plek én onder precies de juiste hoek”, zegt fysicus Marco de Baar van het Nederlandse onderzoeksinstituut DIFFER, dat samenwerkt met ITER.
Bij succesvolle montage vormen al die onderdelen het binnenste van een reusachtige reactor die definitief moet aantonen dat fusie een zinvolle bijdrage kan leveren aan onze energieproductie. Waar huidige kerncentrales zware atomen uit elkaar pulken, smelt een kernfusiereactor lichte atomen juist samen. Dat proces levert straks naar verwachting grofweg tienmaal zoveel vermogen op als je erin stopt, terwijl het bijna geen afval produceert en als spreekwoordelijke brandstof atomen gebruikt die je kunt winnen uit water. De technologie is al decennialang in ontwikkeling. ITER – volgens planning klaar in 2035 – dient als ultieme test, en moet de grootste en meest geavanceerde kernfusiereactor tot nog toe worden.
Bijdrage in natura
Vanochtend kondigt de Franse president Emmanuel Macron, samen met leiders uit de Europese Unie, China, India, Japan, Korea, Rusland en de Verenigde Staten, de officiële start aan van de bouw van de zogeheten tokamak van ITER, het reactoronderdeel waarin de daadwerkelijke fusie moet plaatsvinden. Al die landen nemen deel aan het project, waarvan de totale kosten geraamd worden op ruim 20 miljard euro. Veel landen leveren hun bijdrage niet in de vorm van een cheque, maar in natura – bijvoorbeeld door de onderdelen te leveren die nu in Frankrijk in elkaar gezet zullen worden.
Nog niet alle onderdelen zijn bij de start al af. “Logistiek is dit ook een flinke uitdaging: het bouwen van de onderdelen, het vervoer ervan naar Frankrijk en de assemblage ter plekke, alle stappen moeten perfect op elkaar aansluiten”, zegt De Baar. Het is mede daarom denkbaar dat ITER – in het verleden vaker geplaagd door vertragingen – zijn deadlines opnieuw niet gaat halen. Volgens planning zou de tokamak in 2025 klaar moeten zijn, zodat de hele centrale in 2035 af is. “Het zou een enorme prestatie zijn als men zich aan het schema houdt”, zegt De Baar.
Technologie voor de toekomst
Als alles volgens planning loopt, zweeft rond 2025 het eerste zogeheten plasma door het binnenste van de tokamak, gloeiend hete materie die dient als thuishaven voor kernfusie. Als fysici straks kunnen aantonen dat de nieuwe tokamak plasma kan produceren én vasthouden – het 200 miljoen graden hete spul wordt in het binnenste van de reactor gevangengehouden in magneetvelden – volgt de fase waarin men de belangrijkste openstaande wetenschappelijke en technische vragen over kernfusie wil beantwoorden.
Wanneer ITER naar behoren werkt, wordt hij opgevolgd door een nog te bouwen demonstratiereactor (DEMO, verwacht rond 2050). Die reactor zal in tegenstelling tot ITER, die als testmodel geldt, ook daadwerkelijk dienst doen als energiecentrale. Op z’n vroegst kan kernfusie rond 2060 significant gaan bijdragen aan onze energieproductie, schat De Baar.
Gegeven die tijdlijn, zal fusie dus geen bijdrage leveren aan de huidige energietransitie, zegt hij. “Sommige politici zeggen weleens dat we geen investeringen nodig hebben in bijvoorbeeld zonne- en windenergie omdat kernfusie al in onze energiebehoefte gaat voorzien. Dat is echt onzin: voor de huidige energietransitie komt deze technologie zelfs in het meest optimistische scenario veel te laat.”
Drie vragen over kernfusie die testreactor ITER moet beantwoorden
De belangrijkste open vraag over kernfusie is een simpele: is het mogelijk om er netto energie mee op te wekken? Hoewel dat op papier – en op basis van eerdere experimenten – het geval lijkt, weten fysici nog altijd niet hoe het finaal bij een centrale als ITER zal uitpakken. Een reactor kóst namelijk ook veel energie, van de magneetvelden die het loeihete plasma in bedwang houden, tot de pompen die koelwater door het apparaat leiden. Om te weten of kernfusie praktisch haalbaar is, zoekt men bij ITER het antwoord op verschillende vragen. Dit zijn drie van de belangrijkste:
1. Hoeveel energie kost het om instabiel plasma in bedwang te houden?
Wanneer de druk in het plasma in de reactor oploopt, ontstaan instabiliteiten – wervelingen of klonten – die je moet gladstrijken om schade aan de reactor te voorkomen. “Het is nog een open vraag bij welke druk die instabiliteiten optreden en of het goed lukt ze te onderdrukken”, zegt fysicus Marco de Baar.
2. Hoe efficiënt verloopt de verhitting van plasma?
Hoogenergetische heliumdeeltjes die in het plasma ontstaan worden gebruikt om het plasma verder te verwarmen naar de miljoenen graden die uiteindelijk in de reactor nodig zijn. “Maar we weten nog niet precies hoe efficiënt die verhitting verloopt en hoe goed we die deeltjes kunnen opsluiten in het plasma.”
3. Lukt het om het onderhoud van de kernfusiereactor door robots te laten doen?
Het binnenste van een kernfusiereactor wordt al snel radioactief. Onderhoud en reparatie van ITER zal daarom door robots moeten gebeuren. “We hebben daar wel wat ervaring mee, vanuit testreactor JET”, zegt De Baar, verwijzend naar een kleinere experimentele reactor in het Verenigd Koninkrijk. “Maar daar had je nog de back-upoptie om mensen naar binnen te sturen. Bij ITER hebben we voor het eerst een omgeving waar geen mens meer bij kan.”