Op de zon gebeurt dit de hele tijd: atomen combineren zich, dat wil zeggen dat er een thermonucleaire fusiereactie optreedt, waardoor een onvoorstelbare hoeveelheid energie vrijkomt. Wetenschappers hebben lang gedroomd van dergelijke energie, en hier op aarde kan het worden verkregen door gecontroleerde thermonucleaire fusiereacties te creëren.
Maar tot nu toe was het niet mogelijk om het te krijgen.
Na het einde van de Tweede Wereldoorlog proberen wetenschappers over de hele wereld dit te bereiken.
Met behulp van experimentele reactoren in Rusland, de VS, Engeland, Japan en vele andere landen werden kortdurende thermonucleaire fusieprocessen verkregen, maar overal werd meer energie gebruikt om dit proces in stand te houden dan om zelf energie te verkrijgen, legt Søren Bang Korsholm uit, een senior onderzoeker aan de Technische Universiteit van Denemarken. (Søren Bang Korsholm).
In de verre toekomst
De Deense wetenschapper en zijn collega's van de afdeling Fysica van de Technische Universiteit nemen deel aan een wereldwijd wetenschappelijk project, dat in 2025 de implementatie van een efficiënt thermonucleair fusieproces mogelijk zal maken - d.w.z. er zal meer energie voor worden toegewezen dan er wordt uitgegeven. Desalniettemin wordt aangenomen dat we energiecentrales gedurende vele jaren niet zullen zien werken volgens de principes van thermonucleaire fusie.
“Pas in de jaren vijftig van deze eeuw kan de energie van kernfusiecentrales worden gebruikt in elektriciteitsnetten. Dit zijn in ieder geval de richtlijnen voor het Europese thermonucleaire fusieprogramma”, zegt hij.
Promotie video:
Ondanks de afgelegen vooruitzichten, werken veel wetenschappers, zoals Søren, serieus aan de kwesties van thermonucleaire fusie-energie. En daar zijn goede redenen voor. Voor een energiecentrale die werkt volgens de principes van thermonucleaire fusie, is een oneindig kleine hoeveelheid splijtstof nodig, bovendien hebben ze geen uitstoot van CO2 en andere schadelijke stoffen.
Goedkope groene energie
Wanneer u vandaag uw smartphone oplaadt, komt in dit geval 24% van de elektriciteit uit kolencentrales. Het is een zware en niet bijzonder milieuvriendelijke energieproductie.
“Om één gigawatt elektriciteit te produceren, moet een kolengestookte elektriciteitscentrale jaarlijks 2,7 miljoen ton steenkool verbranden. En fusiestations hebben slechts 250 kilogram splijtstof nodig om hetzelfde effect te bereiken. 25 gram nucleaire brandstof is genoeg voor zo'n energiecentrale om een Deen zijn hele leven van energie te voorzien”, zegt Søren Bang Korsholm.
In tegenstelling tot steenkool stoot kernfusie geen CO2 uit en heeft het dus geen invloed op het klimaat.
"Het enige 'directe' productieafval van kernfusie-energie is helium, en het kan voor een groot aantal toepassingen worden gebruikt. Dat is ongeveer 200 kilogram helium voor het hele jaar", legt hij uit.
Fusie-energie heeft echter een klein probleem. Hier kun je niet helemaal zonder radioactiviteit. "Het binnenoppervlak van de reactor wordt radioactief, maar dit is een vorm van radioactiviteit die na 100 jaar veilig wordt", zegt de wetenschapper. Dan kan dit materiaal weer gebruikt worden.
Bijna eindeloze nucleaire brandstof
In tegenstelling tot steenkool hoeft de brandstof voor een fusiecentrale niet uit de aarde te worden gegraven. Het kan worden verkregen door pompen uit de zee, omdat de energie van thermonucleaire fusie wordt verkregen met behulp van zware waterstof (deuterium), die wordt gewonnen uit zeewater.
“De zee levert nucleaire brandstof die genoeg zal zijn voor het energieverbruik over de hele wereld gedurende miljarden jaren. Daarom zullen we niet zonder energie komen te zitten als we leren de energie van thermonucleaire kernfusie te gebruiken”, legt Søren Bang Korsholm uit.
Naast zwaar waterstofdeuterium gebruiken wetenschappers superzware waterstoftritium in de fusiereactor. Het bestaat niet in de natuur, maar het is gemaakt van lithium, dezelfde stof die in batterijen wordt gebruikt.
In de reactor smelten zware en superzware waterstof samen nadat de temperatuur in de reactor 200 miljoen graden bereikt.
“De temperatuur in de reactor is onvoorstelbaar hoog. Ter vergelijking: de kerntemperatuur van de zon is slechts 15 miljoen graden. Zo creëren we een veel hogere temperatuur”, zegt hij.
De gigantische kernreactor van Frankrijk
Søren Bang Korsholm en veel van zijn collega's van de Technische Universiteit nemen deel aan een groot internationaal project ITER, waar de EU, de VS, China en vele andere landen samenwerken om 's werelds grootste fusiereactor te bouwen in het zuiden van Frankrijk. Het wordt de eerste reactor in zijn soort die meer energie levert dan hij verbruikt.
“ITER zal volgens het project 500 megawatt produceren, terwijl er 50 megawatt nodig is om het op te warmen. Het verbruikt iets meer dan 50 megawatt aan energie omdat we een deel van de energie gebruiken voor koeling en magneten, waar in dit geval geen rekening mee wordt gehouden, maar het geeft een mooi overschot aan energie in de reactor zelf”, legt hij uit.
Volgens de wetenschapper is de reactor binnenkort bedrijfsklaar.
"In 2025 zal de reactor klaar zijn voor de eerste test, daarna zullen we hem upgraden tot hij volledig klaar is in 2033", zegt Søren Bang Korsholm.
De energie van de toekomst laten zien
Maar men moet niet denken dat na de voltooiing van het ITER-project de elektriciteit, waardoor onze koelkast werkt, de energie van thermonucleaire fusie zal zijn. De reactor zal geen elektriciteit produceren.
“ITER is geen energiecentrale. De reactor wordt niet gebouwd om elektriciteit op te wekken, maar om de mogelijkheid aan te tonen om kernfusie als energiebron te gebruiken”, zegt hij.
De wetenschapper hoopt dat het project commerciële partners krijgt die aandacht zullen besteden aan de mogelijkheden van thermonucleaire fusie-energie.
“Misschien zullen grote energiebedrijven en oliemaatschappijen gaan investeren in fusie-energie als ze het potentieel ervan zien. En wie weet, misschien zullen er in de nabije toekomst dergelijke energiecentrales verschijnen”, zegt Søren Bang Korsholm.
De volgende stop is de maan
Als wetenschappers erin slagen om efficiënte energiecentrales te creëren op basis van thermonucleaire fusie, dan komen er meteen veel ideeën naar voren over hoe ze verbeterd kunnen worden. Een van de ideeën suggereert al om een ander type brandstof te gebruiken, wat echter niet zo veel op aarde is.
"Helium-3, dat overvloedig aanwezig is op de maan, heeft het voordeel dat fusieproducten uit plasma minder reageren met de reactorwanden, waardoor de wand minder radioactief wordt en een langere levensduur kan hebben", zegt Søren Bang Korsholm.
Tot dusverre is het extraheren van brandstof op de maan en het naar de aarde brengen kostbaar. Maar misschien zal de energie van thermonucleaire fusie zo efficiënt zijn dat deze kosten zich zullen terugbetalen.
"Als er gedachten zijn over het leveren van brandstof van de maan, dan kunnen fusiecentrales ongelooflijk efficiënt zijn", besluit de wetenschapper.
Jeppe Kyhne Knudsen, Jonas Petri, Lasse From
