Supergeleidende magneten klaar voor kernfusie: ‘belangrijkste ontwikkeling in laatste 30 jaar’

In 2021 testten ingenieurs bij het Plasma Science and Fusion Center (PSFC) een magneet die krachtig genoeg moet zijn om een kernfusiecentrale te bouwen. Na bijna drie jaar onderzoek blijkt nu dat de ontwikkeling een succes was. Volgens Dennis Whyte, voormalig hoofd van het PSFC, is dat een van de belangrijkste ontwikkelingen in de race om kernfusie te ontwikkelen.

De magneet in kwestie was in staat om een veldsterkte van 20 tesla te bereiken. Dat is de hoeveelheid die volgens wetenschappers nodig is om een fusiecentrale te bouwen die meer energie produceert dan nodig is om de reactie op gang te krijgen. Sinds de eerste test is de magneet nog eens twee keer getest en hebben wetenschappers diepgaande analyses uitgevoerd over zijn prestaties. 

Zij publiceerden er maandag zes papers over, waarin in detail het succes van de experimenten wordt beschreven. Uit de papers blijkt dat de magneet geschikt is om een kernfusiecentrale te bouwen, maar ook resistent genoeg is tegen de enorme krachten die tijdens het fusieproces plaatsvinden. Volgens Whyte is de magneet de belangrijkste ontwikkeling in kernfusie ‘in de laatste 30 jaar’. Dat vertelde hij aan Phys.org. 

Waarom is dit belangrijk? 

In een kernfusiereactor wordt een magneet gebruikt om het plasma, een hete, geïoniseerde gaswolk waarin de fusiereactie plaatsvindt, te beheersen en vast te houden. Het doel van de magneet is om het plasma weg te houden van de wanden van de reactor, waar het anders zou afkoelen en de reactie zou stoppen.

Voor de ontwikkeling van de magneet van het PSC, bestonden er al magneten die magnetische velden in een reactor konden vasthouden. Echter was dat volgens Whyte enkel mogelijk bij afmetingen en kostprijzen die nooit economisch haalbaar zouden zijn. De magneet die nu ontwikkeld is, kan veel kleiner worden gemaakt, wat ‘van de ene op de andere dag de kosten per watt van een kernfusiereactor met bijna een factor 40 deed dalen’, aldus Whyte. 

Wat nu?

Nu de magneet zijn vuurdoop heeft doorstaan, zal een iets groter exemplaar gebruikt worden in SPARC, een experimentele fusiereactor die gebouwd wordt in de Amerikaanse staat Massachusetts. SPARC zal wellicht volgend jaar operationeel worden. Het doel is om reacties van 140 megawatt te produceren die 10 seconden duren. Er wordt verwacht dubbel zoveel energie te genereren als nodig is om de reactie op te starten.

SPARC blijft echter een experimentele reactor. Dat wil zeggen dat de opgewekte energie niet zal worden omgezet in elektriciteit. De reactor dient enkel om aan te tonen dat kernfusie levensvatbaar is en zal later gebruikt worden om commerciële reactoren te ontwerpen.

Waarom kernfusie?

Kernfusie wordt beschouwd als een veelbelovende en duurzame bron van energie om verschillende redenen. Ten eerste is kernfusiebrandstof overvloedig en gemakkelijk verkrijgbaar. De belangrijkste brandstoffen, de zware waterstofisotopen deuterium en tritium, kunnen uit water en lithium worden gewonnen. 

Daarnaast produceert kernfusie geen langlevend radioactief afval in vergelijking met kernsplijting, het proces dat momenteel wordt gebruikt in kerncentrales. Wel wordt kortlevend radioactief afval geproduceerd, in de vorm van tritium en andere kortlevende isotopen, maar deze hebben over het algemeen een veel kortere halveringstijd dan de langlevende isotopen geproduceerd door kernsplijting. Hierdoor wordt het radioactieve afval van kernfusie als minder problematisch beschouwd voor toekomstige generaties en het milieu. 

Tot slot zouden kernfusiecentrales inherent veilig zijn. In het geval van een ongeluk zou er geen kans zijn op een meltdown, zoals bij kernsplijtingsreactoren, omdat de fusiereactie vanzelf stopt bij onderbreking van de energieaanvoer.

Wanneer zien we commerciële reactoren?

Wetenschappers en ingenieurs hebben al meer dan zestig jaar gewerkt aan het overwinnen van technische uitdagingen, zoals het effectief vasthouden van het plasma en het ontwikkelen van materialen die bestand zijn tegen de extreme omstandigheden in de reactor. Ondanks aanzienlijke vooruitgang blijven er nog steeds technische obstakels te overwinnen voordat kernfusie op commerciële schaal levensvatbaar wordt.

Toch wordt er langzaam vooruitgang geboekt. De afgelopen twee jaar slaagden wetenschappers bij het Amerikaanse onderzoekslaboratorium Lawrence Livermore National Laboratory er meermaals in om een reactie op te wekken die netto energie opleverde. Die reacties duurden echter slechts een fractie van een seconde. 

De komende jaren zullen nog meer experimentele reactoren, zoals SPARC en ITER, operationeel worden en grenzen verleggen. De ontwikkeling van kernfusie is zelfs een strategisch doel van zowel de VS als China. Daarnaast werken tientallen bedrijven wereldwijd aan hun eigen reactoren. 

De meningen over wanneer iemand erin zal slagen om zo’n reactor aan te sluiten op het net variëren. Sommige bedrijven voorspellen volgend decennium al een commercieel rendabele reactor te ontwikkelen. Andere experts denken dat het pas in de jaren 2040 of 2050 zal gebeuren. 

Lees meer over energie en mis niks met onze app voor Android en voor iPhone.