Kernfusie zou binnen enkele decennia kunnen uitgroeien tot een onuitputtelijke bron van schone energie. Maar de veelbelovendste projecten voor deze nieuwe manier van kernenergie opwekken lijken allemaal naar de Verenigde Staten te trekken.
De resultaten die het Amerikaanse Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) boekt met kernfusie hebben ook Europa opgeschrikt. De doorbraak in de VS houdt namelijk evengoed een boodschap in voor ons: we kunnen ons beter richten op experimenteren en participeren dan op verbieden en stopzetten. Zodat de ‘toekomst van energie’ ook made in EU zal zijn.
Het criterium is de dynamiek in de VS. Daar is kernfusie een zaak voor het allerhoogste niveau. President Joe Biden zette de technologie in maart van dit jaar centraal op een topbijeenkomst van onderzoekers, ondernemers, ambtenaren en politici in het Witte Huis. Zijn regering deelt de waarneming van veel wetenschappers en zakenlieden dat kernfusie na tientallen jaren weleens vlak voor een doorbraak zou kunnen staan.
‘Wanneer de geschiedenisboeken over de fusietechnologie eenmaal geschreven zijn, zullen de achter ons liggende twaalf maanden worden gezien als een keerpunt waarop duidelijk werd dat de fusietechnologie zich uit de laboratoria naar de markt gaat bewegen’, schrijft de Fusion Industry Association in haar in juli verschenen jaarverslag 2022.
Zonnevuur
Anders dan bij kernsplitsing draait het bij kernfusie om het samensmelten van atoomkernen van een stof tot de kern van een andere stof. Uit waterstof wordt helium gemaakt. Een proces dat in de natuur op deze wijze alleen in sterren zoals de zon voorkomt. Daarom wordt bij kernfusie ook wel van zonnevuur gesproken. Deze vorm van kernenergie geldt als schoon, klimaatneutraal en vrijwel onuitputtelijk.
‘Het publieke onderzoek heeft veel tijd en weinig geld, de industrie veel geld maar weinig tijd’
En dus hebben de VS grote plannen: binnen de komende tien jaar moeten in het hele land diverse fusiepilotcentrales met uiteenlopende grootte en technologie van de grond komen. De voortekenen zijn gunstig. Enerzijds maakt de wetenschap grote vorderingen en pompt de regering veel geld in onderzoek. Zo accordeerde het Congres onlangs een programma van 713 miljoen dollar voor onderzoek en bouw, waarvan 50 miljoen voor public-privatepartnership. De klimaatmaatregelen uit de Inflation Reduction Act voegen daar nog eens een geldstroom van honderden miljoenen voor fusieprojecten aan toe. Anderzijds zijn de VS ook het land van de vrije markt – en die zet er vaart achter. De Duitse hoogleraar natuurkunde, laseronderzoeker en oprichter van de Duits-Amerikaanse fusiestart-up Focused Energy Markus Roth zegt: ‘Het publieke onderzoek heeft veel tijd en weinig geld, de industrie veel geld maar weinig tijd.’ Bij het omzetten van de resultaten van fundamenteel onderzoek in praktische toepassingen staan de Amerikanen met hun pragmatische aanzet ook in het geval van kernfusie aan de top.
Van de drieëndertig bedrijven wereldwijd die werken aan de ontwikkeling van bruikbare kernfusietechnologieën zijn er eenentwintig gevestigd in de VS. Technologiemiljardairs met ook maar een beetje gevoel van eigenwaarde permitteren zich investeringen in een kernfusiestart-up. Of het nu om Jeff Bezos gaat, Bill Gates, Peter Thiel, John Doerr, George Soros, Dustin Moskovitz (Facebook) of Reid Hoffman (LinkedIn) – ze doen allemaal mee. Over de hele wereld hebben kernfusie-ondernemingen dit jaar 4,74 miljard dollar aan kapitaal van private investeerders aangetrokken. De grootste onder hen kunnen terugvallen op comfortabele kapitaalreserves. Commonwealth Fusion, dat in 2018 als spin-off van het Massachusetts Institute of Technology ontstond, wist dankzij Gates, Doerr en Salesforce-oprichter Marc Benioff ruim 2 miljard dollar binnen te halen. Het door Thiel en Moskovitz gesteunde Helion verzekerde zich van 2,2 miljard dollar.
Tegenvallers
In de zomer leverde behalve Google en Chevron ook het Japanse Sumitomo Corp een bijdrage aan de financiering van de Amerikaanse start-up TAE Technologies. Het wil op industriële schaal fusiereactoren fabriceren en die vanaf 2030 aansluiten op de elektriciteitsvoorziening. Google is al sinds 2014 bij het bedrijf betrokken en voorziet het van computertechnologie en kunstmatige-intelligentiesystemen.
En in Europa? Wie zijn oor te luisteren legt stuit allereerst op het mammoetproject ITER in Zuid-Frankrijk. De oorsprong ervan gaat terug tot de tijd van de Koude Oorlog. Een gigantisch project dat zich echter al lange tijd voortsleept. Nog altijd zijn Europeanen, Amerikanen, Russen en Chinezen betrokken bij de bouw van de testreactor. Anders dan het project aan het Lawrence Livermore werkt ITER niet op basis van laser- maar van magneettechnologie. Een tot 100 miljoen graden Celsius verhit plasma wordt door magneten vrij zwevend in de lucht gehouden om via een complex procedé waterstof samen te smelten tot helium. Bij ITER is telkens weer sprake van tegenvallers. Ook liepen de kosten geregeld uit de hand. De reactor is sinds 2007 in aanbouw en moet halverwege dit decennium klaar zijn, in het komende decennium een kernfusie tot stand brengen en vanaf 2050 in serie kunnen worden geproduceerd.
‘Revolutionair’ en ‘bemoedigend’ noemt ITER de resultaten uit de VS. Maar qua commerciële toepasbaarheid ziet men daar nog altijd meer in de eigen opzet. Andere projecten, ook in Europa, beloven sneller te leveren dan ITER. Naast de eveneens op magneettechnologie gebaseerde en met publiek geld gefinancierde projecten Jet in Engeland, Wendelstein 7-X en Asdex in Duitsland spelen met Marvel Fusion en Focused Energy ook twee Duitse start-ups een vooraanstaande rol op het wereldwijde fusietoneel.
Ook het Münchense Marvel Fusion sluit niet uit een geplande demonstrator in de VS te bouwen
Zij maken gebruik van de laseropzet en zitten met hun methodiek dicht bij wat de Amerikanen bij het LLNL doen. ‘Dat is een fantastisch resultaat,’ zegt Markus Roth, hoogleraar natuurkunde aan de TU Darmstadt en oprichter van Focused Energy. ‘Het laat zien dat we op de goede weg zijn.’ Roth werkte enkele jaren bij het Lawrence Livermore en trekt voor zijn start-up nu een hele reeks toponderzoekers aan, onder wie twee wetenschappers van het LLNL.
Zijn team werkt momenteel aan de ontwikkeling van een klein proef- en een wat groter teststation. De standplaats van het proefstation wordt Texas, terwijl het teststation mogelijk in Darmstadt komt. Wel heeft Washington al duidelijk zijn interesse in dit tweede station laten blijken en nodigde het deze zomer vertegenwoordigers van de start-up uit in het Witte Huis. Aan het eind van dit decennium wil het team van Roth beide stations operationeel hebben. De kosten daarvan kunnen al met al oplopen tot meer dan 2 miljard euro.
Ook het Münchense Marvel Fusion sluit niet uit een geplande demonstrator in de VS te bouwen. Sinds de oprichting hebben de Münchenaren tot nog toe 65 miljoen euro bijeengebracht – volledig privaat kapitaal, zoals directeur ir. Heike Freund benadrukt. Zij hoopt voor operationalisering nu ook op politieke rugwind uit Europa, waar de publieke investeringen zich tot nog toe vooral concentreerden op ITER, met bouwkosten die tot 45 procent worden betaald door de EU. De start-up werkt samen met concerns als Trumpf, Siemens Energy en Thalens. Om binnen een termijn van ongeveer tien jaar fusiereactoren in serie te kunnen fabriceren, moeten er nog heel wat stappen worden gedaan.
Verwijzend naar het Roemeense Magurele (waar momenteel een sterke laserinstallatie van de grond komt) en de gigantische behoefte aan schone en betrouwbare energie geloven ze zowel bij Marvel Fusion als bij Focused Energy in Europa’s potentieel. ‘Het zal er niet vandaag of morgen zijn, maar als wij nu niet investeren, zal het er over tien jaar ook niet zijn,’ aldus Freund.
Lees ook: