Eind 2021 wekte de grootste kernfusiereactor ter wereld een recordhoeveelheid energie op. In vijf seconden produceerde het Europese fusie-experiment Joint European Torus (JET) 59 megajoule aan warmte-energie, vergelijkbaar met het elektriciteitsverbruik van een tweepersoonshuishouden in twee dagen. Het was een mijlpaal van EUROfusion, het Europese onderzoeksprogramma naar kernfusie voor energieopwekking.
EUROfusion is in 2014 opgericht om het Europese kernfusieonderzoek samen te brengen. Het doel: elektriciteit produceren met kernfusie, de energiebron van de zon. Fusiereactoren kunnen duurzame en stabiele energiebronnen zijn die bovendien veiliger zijn dan de huidige kernsplijtingsreactoren. Hoewel experimenten zoals JET hebben aangetoond dat gecontroleerde fusie mogelijk is, is het nog nooit gelukt om hiermee meer energie op te wekken dan erin ging om de reactie op gang te brengen. Dit moet wel gaan lukken met ITER, een nog grotere experimentele kernfusiereactor die momenteel gebouwd wordt in Zuid-Frankrijk, waarbij EUROfusion ook betrokken is.
Hoewel ITER nog niet draait, sluit JET eind dit jaar na veertig jaar trouwe dienst. Gelijktijdig stopt Tony Donné als programmamanager van EUROfusion, een functie die hij sinds de oprichting vervulde. „Die timing is puur toeval.” In gesprek bij energie-instituut Differ in Eindhoven blikken Donné en zijn opvolger Ambrogio Fasoli terug en vooruit.
Van kernfusie als energiebron wordt vaak gezegd dat het nog veertig jaar weg is en dat altijd zal blijven. Blijft een fusie-energiecentrale altijd een toekomstdroom?
Donné: „Mijn mening is dat we fusie als energiebron voor elkaar kunnen krijgen als we het aanpakken zoals het Manhattanproject [waarbinnen de VS tijdens de Tweede Wereldoorlog de atoombom ontwikkelden]. Met een centraal team, voldoende budget en op de juiste manier opgezet. Ik was vorige week in China en daar is iets dergelijks gaande. Ze zijn een experimentele fusiereactor aan het bouwen die vergelijkbaar is met ITER, alleen iets kleiner. Ik ben ervan overtuigd dat die over vier of vijf jaar werkt. Wij kunnen dat in Europa ook. We zijn nu nog voorloper.”
Fasoli: „Het is op dit moment niet de vraag óf het mogelijk is, maar wanneer. Als alle Europese partners de handen ineenslaan, ook met de industrie, dan kan het in twintig jaar.”
Wat zijn grootste uitdagingen om een fusie-energiecentrale te bouwen?
Donné: „We hebben nog geen materialen voor de reactorwanden die bestand zijn tegen de straling die vrijkomt bij de fusiereacties. De huidige materialen verbrokkelen daardoor en moeten daarom vaak vervangen worden. Het ontwikkelen en testen van betere materialen zal nog zeker tien tot vijftien jaar duren. Daarnaast moeten we tritium kweken. Tritium is onderdeel van de fusiebrandstof. Omdat tritium snel vervalt is het nauwelijks aanwezig in de natuur. Er bestaan verschillende technieken voor het kweken ervan die in het lab werken, maar we moeten dit nog ontwikkelen tot een methode die op grote schaal werkt.”
Fasoli: „Een andere uitdaging is het samenbrengen van alle onderdelen die we nu vooral individueel begrijpen. Ik vergelijk het met een tienkamp. De beste tienkamper kan niet ook de beste verspringer, hoogspringer, sprinter, enzovoorts zijn. Dat geldt ook voor het ontwerpen van een fusiereactor. Je moet het gehele ontwerp optimaliseren. Dat is een grote uitdaging, omdat fusiereactoren complexe apparaten zijn.”
Waarom is Europese samenwerking daarvoor belangrijk?
Donné: „Tot 2014 had elk land totale autonomie binnen het Europese kernfusieonderzoek. Daardoor was het onderzoek erg versplinterd en deed iedereen dat wat de meeste prestigieuze wetenschappelijke publicaties opleverde. Dat leidde tot duplicaties en belangrijk onderzoek dat niet werd gedaan omdat het niet zo sexy was. Daarom werd besloten tot de oprichting van EUROfusion, met een gemeenschappelijke roadmap.”
Fasoli: „Een voorbeeld is het onderzoek naar verstoringen in het hete brandstofplasma die ervoor kunnen zorgen dat we de controle kwijtraken en het plasma de wanden beschadigt. We moeten die verstoringen voorkomen of temmen. Maar niemand wilde dat onderzoeken. Dankzij EUROfusion is er nu een team met de juiste kennis en toegang tot de juiste faciliteiten om dit te onderzoeken waardoor we er steeds meer over weten. Daarnaast houdt EUROfusion zich bezig met het opleiden van de volgende generatie onderzoekers en technici.”
De laatste jaren zijn er bedrijven die claimen over vijf of tien jaar een werkende fusiereactor te hebben.
Fasoli: „Ze zorgen nu voor extra interesse in fusieonderzoek. Dat is goed. Maar het baart me wel zorgen dat ze grote beloftes doen. Als over een paar jaar blijkt dat ze die niet kunnen waarmaken, dan is dat niet goed voor het imago van kernfusie. Verder concurreren ze met ons om personeel. Met de mooie beloftes en de hoge lonen trekken ze een deel van de jonge fusieonderzoekers bij ons weg.”
Donné: „Ik vind dat sommige bedrijven vliegende tapijten verkopen. Ze weten dat ze niet in vijf of tien jaar een werkende fusiereactor kunnen bouwen. Ze doen die beloftes enkel voor hun investeerders.”
Wat zijn de doelen van EUROfusion voor de komende jaren?
Fasoli: „ITER is prioriteit nummer één. Tegelijkertijd werken we toe naar DEMO – de eerste Europese fusiereactor die elektriciteit gaat leveren aan het net. We zijn bezig met de voorbereidingen voor het ontwerp en de locatie. Daarvoor hebben we nu al lessen geleerd van ITER, waar fouten zijn gemaakt bij de productie van de onderdelen. Daarvan hebben we geleerd dat we de industrie moeten betrekken bij de plannen en ontwerpen.”
Donné: „Daarnaast denk ik dat de grootste uitdaging waar Ambrogio voor staat is om politici ervan te overtuigen dat we op kernfusieonderzoek moeten inzetten.”
Leeslijst