Kernfusie, sneller realiteit dan verwacht?

Nog niet zo lang geleden werd kernfusie — al plagend — de eeuwige energiebron van de toekomst genoemd. Na jaren vol teleurstellende experimenten was er geen hoop op een snelle doorbraak. Maar nu lijkt die er tóch te komen. En dat is goed nieuws, want kernfusie is een onuitputtelijke én propere energiebron.
Kernfusie2

Het lijkt te mooi om waar te zijn: een vrijwel onbeperkte bron van energie die géén broeikasgassen produceert. Dát is wat kernfusie belooft. De zon doet al miljarden jaren aan kernfusie: ze laat haar waterstofkernen samensmelten tot helium en daarbij komt véél energie vrij.

De grootste ooit

Decennialang was het ook te mooi om waar te zijn: er waren té veel onoverkomelijke technische uitdagingen om zo’n zon-op-aarde te creëren. In december 2021 gebeurde het meest succesvolle kernfusie-experiment tot nu toe. Jammer genoeg kostte het méér energie dan het opleverde. Toch blijven heel wat wetenschappers en wetenschapsters overtuigd: als je het proces zou opschalen en verfijnen, kan er voldoende energie overblijven.

Die stap werd intussen gezet: in Zuid-Frankrijk verrijst de Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor (ITER). Als die reactor in 2025 wordt opgestart, zal het de grootste ooit zijn. En als hij dan ook nog eens werkt, zal kernfusie niet langer een droom, maar een realistische energiebron zijn.

Miljoenen graden

De zon nabootsen is — je verwacht het al — een onwaarschijnlijk moeilijke klus: de druk in het hart van de zon is 250 miljard bar en het is er 15 miljoen graden Celsius heet. Daarom zal ITER, anders dan de zon, geen waterstof maar de waterstof-isotopen deuterium (met 1 neutraal deeltje of ​‘neutron’ in de kern) en tritium (met 2 neutronen in de kern) laten fuseren. Iets wat onder lagere druk lukt. Al moet de temperatuur dan wel flink naar omhoog — naar 150 miljoen graden Celsius. Onder die intense hitte zullen de negatieve deeltjes of ​‘elektronen’ uit de atomen worden geforceerd, waarna er heet plasma ontstaat.

Supergeleidende magneten

Het gloeiend hete plasma vormde de allergrootste uitdaging voor de onderzoek(st)ers in ITER: ze moeten het insluiten in een magnetisch veld. Voor de creatie van dat magnetisch veld kozen ze bij ITER voor magneten die supergeleidend zijn bij hoge temperaturen. Deze zijn gemaakt van supergeleidende draad die geen elektrische weerstand heeft. Hoewel de theorie errond al langer bekend was, werd het pas recent praktisch mogelijk om een lang genoeg supergeleidende draad te produceren. Zo werd weer een belangrijke horde voor ITER genomen: straks zal één van z’n magneten een veld van 13 tesla opwekken. Dat is 280.000 keer het magnetische veld van de aarde.

Op zoek naar brandstof

Voor zijn fusiereactie heeft ITER ook nood aan de ​‘brandstoffen’ deuterium en tritium. Deuterium kan nog vrij gemakkelijk uit zeewater worden gehaald, maar tritium komt maar nauwelijks voor in de natuur. Daarom zal ITER ook testen of de fusiereactor zijn eigen tritium kan maken: een deel van de wanden is immers van lithium, een element dat — als het geraakt wordt door de hoog-energetische neutronen die vrijkomen uit de fusiereactie — uiteen valt in onder andere tritium.

Start in 2025

Als alles verder volgens plan gaat zal ITER in 2025 zijn eerste plasma produceren. In de tien daarop volgende jaren zal de reactor dan op volle kracht draaien en de haalbaarheid van kernfusie testen. Als het daarin slaagt staan we een ferme stap dichter bij een onuitputtelijke energiebron zonder schadelijke uitstoot. Een gedroomde vervanger voor de langzaam oprakende en vervuilende fossiele brandstoffen.