Analyse Kernfusie

Kernfusie: Energiebron van de toekomst of interessante illusie?

Kernfusie is een veelbelovende bron van energie. Schoon en oneindig. Klinkt goed, maar verwacht geen wonderen, zeggen critici én insiders. Plus vijf beloftes en hoe het echt zit.

Beeld ITER Organization

De inschrijving voor het evenement in Cadarache, Zuid-Frankrijk, is al weken gesloten. Maar wie een kernfusiereactor in aanbouw wil zien hoeft deze zaterdag 26 mei eigenlijk niet eens in levende lijve naar de Provence. Dat kan ook thuis. Op de achtergrond van de aanmeldwebsite van kernfusiereactor Iter geeft een doorlopend dronefilmpje al wekenlang inzicht in de schaal en complexiteit van het project.

Die zijn beide immens en niet alleen door de fish-eye lens op de camera. Iter is letterlijk duizelingwekkend.

We vliegen over reusachtige spiegelende hangars op een onafzienbaar industrieterrein vol staketsels en betonijzer, muren en betonnen vloeren, met torenhoge rood-witte hijskranen en hoogwerkers, en vrachtwagens die, ver beneden, ogen als speelgoed in een zandbak.

Met middenin het hart van de hele operatie: een cirkel in de grond waar volgens de plannen over tien jaar in een donutvormig vat met het gewicht van drie Eifeltorens een kunstmatige zon zal worden ontstoken, in bedwang gehouden door supergeleidende magneetspoelen en aangevuurd door deeltjesversnellers en radiogolfzender. Telkens maar een oogwenk lang worden in een ziedend plasma van miljoenen graden waterstofatomen versmolten tot helium, een proces waarbij ongeveer tienmaal zoveel energie vrijkomt als erin wordt gepompt.

Unlimited energy?

Alles in het kader van wetenschappelijk onderzoek, de Zuid-Franse proefreactor is niet gebouwd om energie te produceren. Dat komt later pas, als de principes van Iter worden toegepast in een prototype van een echte fusiereactor, Demo geheten. Verschillende partners in het internationale project werken al aan eigen versies daarvan. Als die rond 2050 draaien kan de opmars van kernfusie beginnen. Mits er een industrie is die er tegen die tijd voldoende brood in ziet.

Iter, afgelopen december officieel halverwege de bouw, waarvan de kosten geraamd worden op 20 miljard dollar, is dus een begin. Maar Iter zou wel definitief moeten aantonen dat de mensheid atomen kan samensmelten als basis voor een eindeloze en schone energiebron. Unlimited energy, luidt de slogan op de website. Amazing machine, 35 countries, 35 years, massive construction.

Eindelijk, is wat insiders daarbij ook denken. Kernfusie geldt al tientallen jaren als de energiebron van de toekomst, maar echt vlotten wil het niet. Terwijl het wel tijd wordt dat die toekomst realiteit wordt. Bijvoorbeeld omdat kolen en olie binnenkort echt niet meer kunnen omwille van het klimaat.

Of is kernfusie toch de oplossing niet?

Het laatste jaar rommelt het ook rond de kernfusiewereld, vooral buiten Europa. Deels om politieke redenen, met sommige Amerikanen bijvoorbeeld die toch meer geloven in hun eigen technologie, ondanks de gestegen deelname van de Verenigde Staten in Iter.

Koelwater

Maar er zijn ook diepere bedenkingen, misschien wel het scherpst verwoord door het immer kritische Bulletin of the Atomic Scientists. Iter wordt een uitstalkast van de nadelen van kernfusie, voorspelt het blad al een jaar lang op gezag van bijvoorbeeld de gepensioneerde fusie-expert Daniel Jassby, voorheen verbonden aan het plasmalab in Princeton. De energie is, zegt hij nuchter, niet eindeloos, niet schoon, vereist bijvoorbeeld onfatsoenlijk veel koelwater. En vergt mogelijk zelfs reguliere kolen- of kerncentrales om alle installaties aan de praat te houden. ‘Fusie is verre van perfect, en soms zelfs ronduit het tegendeel van perfect’, concludeert hij.

De Britse krant The Guardian sloot zich dit voorjaar alvast aan bij sceptici als Jassby: ‘Iter wordt hoe dan ook het moment van de waarheid voor kernfusie. Als Iter niet levert, hadden de tientallen miljarden vermoedelijk beter in technologie gestoken kunnen worden om energie te winnen van de fusiereactor op 150 miljoen kilometer afstand, die we de zon noemen.’

En zelfs de Eindhovense fusie-expert professor Marco de Baar van energieinstituut Differ waarschuwde eerder in de Nederlandse New Scientist voor te hooggespannen verwachtingen over fusie. Iter gaat voor het eerst een paar cruciale technieken op ware schaal uittesten, van de besturing van de ziedende plasma’s tot geschikte wandmaterialen, allemaal zaken die een serieus afbreukrisico betekenen. En die tijd kosten om het goed te doen. ‘Kernfusie komt hoe dan ook te laat voor de energietransitie tot aan 2050’, zegt De Baar onomwonden. ‘Het is de techniek voor de échte toekomst, als aan het eind van de eeuw de energievraag verdrievoudigd zal zijn. De moeite waard om aan te werken, maar verwacht geen snel wonder.’

Vijf beloftes en feiten over kernfusie

BELOFTE: We brengen de zon naar de aarde 
FEIT: Fusie op aarde is een ander proces dan in de zon

In de zon en andere sterren is waterstof de fusiebrandstof, via een ingewikkelde keten van gebeurtenissen. Waterstof is er op aarde in overvloed, in water. Maar er is een probleem. De druk nodig om in een ster de versmelting van waterstof naar helium tot stand te brengen is in een vat technisch ondenkbaar. Daarom moeten voor fusie zwaardere isotopen van waterstof worden gebruikt: mengsels van deuterium en tritium. Deuterium (het zogeheten zwaar waterstof) is te winnen uit water en dus ruim voorhanden. Maar het radioactieve gas tritium moet worden gemaakt, bijvoorbeeld door de wanden van de fusiereactor te bekleden met lithium. Als lithium een neutron vangt wordt het tritium. Of de reactor met zijn tritiumverbruik quitte speelt, is sterk de vraag, omdat het bruikbare wandoppervlak beperkt is, en omdat maar een fractie van het tritium aan de fusiereactie deelneemt. Recycling van de rest kan, maar is ingewikkeld. 

Fusie is de enige energiebron die zijn eigen brandstof moet maken en of dat lukt is onzeker. Het is daarom niet denkbeeldig dat het toch moet worden gewonnen in reguliere kerncentrales, waar het een bijproduct is. Dat betekent meer radioactief afval, veiligheidsproblemen en het risico dat plutonium voor kernwapens wordt gebruikt, allemaal zaken waarmee kernfusie nou net niet geassocieerd wilde worden. Iter zal overigens in 2025 zijn testprogramma beginnen met plasma’s van waterstof en helium, en dus geen losse neutronen geven; deuterium en tritium komen pas in de loop van de jaren 2030 aan de orde.

BELOFTE: Er wordt een bron van onbeperkte energie aangeboord 
FEIT: Fusiereactoren vreten energie, ook als ze uit staan

De energiebalans van een fusiereactor is een ingewikkelde kwestie. Iter is zo ontworpen dat het plasma tienmaal zoveel fusie-energie vrijgeeft als er aan energie in het plasma moet worden gebracht om de reacties aan de praat te krijgen. Maar dat wil niet zeggen dat de reactor als geheel energie oplevert. Naast de reactor verrijst momenteel al een hoogspanningsstation dat een stadje als Aix-en-Provence (een kleine 150 duizend inwoners) zou kunnen bedienen. Iter gaat dat verbruiken, niet leveren. Het hoge elektriciteitsverbruik ontstaat doordat de installaties, van de koelingen voor de elektromagneten tot water- en vacuümpompen en de tritiumrecycling, altijd moeten doordraaien, zelfs als er geen fusiereacties zijn. Daarnaast zijn er deeltjesbundels en grote elektromagneten nodig om het plasma voldoende te stabiliseren en bedwingen. Als centrale zou Iter met zijn pakweg 500 megawatt vermogen netto weinig of niets opleveren, nog een reden dat aan de testreactor geen generatoren worden gekoppeld zoals in een echte centrale zou gebeuren. Alleen op megaformaat heeft kernfusie werkelijk zin. Demo, de beoogde eerste echte centrale die rond 2050 gebouwd zou kunnen zijn, produceert op papier honderdmaal meer fusie-energie dan erin gaat. Hoeveel elektriciteit dat oplevert staat nog niet vast. Meer dan Iter, dat in feite een natuurkundig experiment is, geen reactor.

BELOFTE: Kernfusie is veilig 
FEIT: Fusie geeft stralingsrisico en radioactief afval

Bij de fusiereacties van deuterium en tritium in reactoren als Iter en later Demo komen massaal neutronen vrij. Die geven de fusie-energie af in de reactorwanden, waar de hitte met koelmiddelen kan worden afgevoerd, bijvoorbeeld met stromend vloeibaar natrium. Maar het intense neutronenbad geeft ook een stralingsrisico (neutronen, gamma- en röntgenstraling) binnen de fusiecentrale, waartegen metersdikke betonnen wanden extra afscherming moeten bieden. Onderhoud en reparatie zal alleen op afstand of met robots kunnen worden uitgevoerd. Het neutronenbad maakt de wandmaterialen bovendien gaandeweg bros en zwakker, waardoor onderdelen geregeld vernieuwd zullen moeten worden. Alles in de reactor wordt radioactief. Er ontstaat dus een stroom van radioactief afval uit de centrale. Niet zo gevaarlijk als het kernafval van een gewone kerncentrale. Maar het gaat wel om veel meer kubieke meters materiaal, die allemaal voor lange tijd weggeborgen zullen moeten blijven.

BELOFTE: Kernfusie is milieuvriendelijk
FEIT: Fusie doet een aanslag op de omgeving

Vaak vergeten, maar een echte kwestie is de enorme koelwaterbehoefte van kernfusiereactoren. Het reactorvat, de verhittingssystemen voor plasma’s, de elektromagneten, de installaties voor vloeibaar helium, alles moet worden gekoeld, allemaal met water. De watervraag is daardoor veel hoger dan die van kolen- of kerncentrales. Iter gaat zijn koelwater betrekken vanuit het Canal de Provence, de meeste hitte zal vervolgens worden afgevoerd via enorme koeltorens. Als de reactor in bedrijf is, kan het waterverbruik oplopen tot 12 kubieke meters per seconde. Dat is eenderde van het water dat door het kanaal wordt aangevoerd, en zou een stad met een miljoen inwoners van water kunnen voorzien. Voor een testreactor op een waterrijke plaats is dat misschien tot daar aan toe, maar dat geldt niet overal in de wereld. Fusie vraagt veel van zijn omgeving.

BELOFTE: Kernfusie ligt binnen handbereik 
FEIT: Fusie kan geen rol spelen bij de energietransitie

Het staat ook in de officiële Fusion Road Map die Europa hanteert bij de fusieresearch: pas rond 2050 zal er een echte fusiereactor in bedrijf zijn, toepasselijk Demo genaamd. Dan is de energiesector aan zet, en moet de industrie er echt in springen. Voordat commerciële reactoren significant gaan bijdragen aan de energievoorziening duurt dan nog zeker decennia, dus dat wordt 2080 tot 2100. De meeste klimaatscenario’s maken duidelijk dat tegen die tijd de omslag van koolstofhoudende brandstoffen naar duurzaam allang gemaakt moet zijn om de opwarming te beperken. Of fusie dan nog steeds interessant genoeg is om een deel van de energiemix te leveren is de vraag. Goedkoop zal het nooit zijn, vermoeden critici. Hooguit kunnen duurzame bronnen als zon en wind te diffuus en wispelturig zijn om bijvoorbeeld de megasteden van de volgende eeuw te bedienen. Mogelijk zijn middelgrote kernreactoren met thorium daar dan toch een alternatief.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.