Wetenschappers lijken de komende decennia cruciale vooruitgang te hebben geboekt in de richting van een schoon, koolstofvrij, niet-radioactief energiesysteem.
Dinsdagochtend is er een persconferentie van het Department of Energy gepland om een ”grote wetenschappelijke doorbraak” aan te kondigen. De betrokken wetenschappers zeiden maandag nog geen commentaar te kunnen geven.
In verhalen die zondagavond zijn gepubliceerd, zeiden de Financial Times en Washington Post dat het bureau zal aankondigen dat wetenschappers van het federale Lawrence Livermore National Laboratory voor het eerst een kernfusiereactie hebben gecreëerd die meer energie produceert dan nodig is.
Fusie wordt beschouwd als de heilige graal van de energieproductie en is het tegenovergestelde van het splijtingsproces dat kerncentrales aandrijft. Fusie creëert kracht door twee atomen samen te smelten, splijtingskracht komt door ze te splitsen.
Lawrence Livermore-woordvoerster Breanna Bishop weigerde details over de aankondiging vrij te geven.
“Onze analyse is nog gaande, dus we kunnen op dit moment geen details of bevestiging geven”, vertelde hij USA TODAY in een e-mail. “We hopen dinsdag meer te kunnen delen zodra dat proces is voltooid.”
Wetenschappers over de hele wereld werken al bijna een eeuw aan deze pure en onbeperkte krachtbron.
Als wetenschappers eindelijk hun doel bereiken om meer stroom op te wekken dan ze gebruiken, zal commerciële energieopwekking nog jaren duren, maar het zou een opmerkelijke prestatie zijn. Fusieonderzoek begon in de jaren dertig en het idee van energie van kernfusie tot de jaren vijftig komt aan bod.
Wat is fusie-energie?
Fusie is het proces dat de zon aandrijft. In de intense zwaartekracht en hitte van de kern van 27 miljoen graden botsen en smelten atomen samen, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen.
Op aarde is het proces ongelooflijk moeilijk, duur en energie-intensief. De atomen, meestal deuterium en tritium, moeten worden verhit tot 150 miljoen graden Celsius. Het resulterende plasma wordt vastgehouden door massieve magneten in wat bekend staat als een “magnetische fles”.
Fusie produceert vier keer meer energie per kilogram dan kernsplijting, die wordt gebruikt om kerncentrales aan te drijven, en bijna vier miljoen keer meer energie dan het verbranden van olie of steenkool, volgens de International Atomic Energy Agency.
Hoeveel energie kan er uit kernfusie komen?
In theorie zou een paar kilo materie genoeg zijn om hele landen jarenlang van stroom te voorzien.
Onderzoekers zijn in staat om fusiereacties te creëren, maar tot nu toe hebben ze altijd meer energie gekost om ze te creëren dan er vrijkomt door atomen te fuseren, waardoor ze een netto verspilling van energie zijn in plaats van de potentiële bron van onbeperkte energie waar wetenschappers van dromen.
De experimenten van Lawrence Livermore vorig jaar richtten laserlicht ter grootte van drie voetbalvelden op een doelwit ter grootte van een BB. Dit creëerde een hotspot met de diameter van een mensenhaar en produceerde meer dan 10 biljoen watt aan fusiekracht op 100 miljardste van een seconde.
Waarom gebeurt het nu?
Wetenschappers kennen de principes achter fusie al tientallen jaren, maar wat theoretisch mogelijk was op papier, was erg moeilijk om voor elkaar te krijgen, zei Dennis Whyte, die het MIT Plasma Science & Fusion Center leidt.
Fusion beleefde een moment in de vroege jaren zeventig, tijdens het Arabische olie-embargo, toen olie werd gezien als een belangrijke strategische kwestie voor de VS en andere westerse landen. Er was toen enige vooruitgang, maar het onderzoek liep vast, zei Whyte.
In de afgelopen twee of drie jaar is er een hernieuwde drang naar fusie om de klimaatverandering tegen te gaan en de energiezekerheid te bevorderen. Russische agressie in Oekraïne en bedreigingen om oliepijpleidingen naar Europa af te sluiten zijn urgenter, zei hij.
Sommige vorderingen, met behulp van lasers en magneten, hebben de technologie verbeterd, zei hij.
De volgende grote stap zal zijn om aan te tonen dat fusie meer energie kan produceren dan het verbruikt.
De wetenschap achter de financiering van fusies gaat vooruit
Naast belangrijke activiteit in academische kringen, zei Whyte dat er momenteel minstens twee dozijn startups geïnteresseerd zijn in het commercialiseren van fusie-energie, waaronder MIT’s medewerker, Commonwealth Fusion Systems.
“Er was een golf van particulier kapitaal”, zei hij. “Dat heeft een trigger-effect waarvan ik denk dat het het spel echt heeft veranderd.”
In maart kondigde de regering-Biden financiering en steun aan voor fusie-energie.
“Toen gebeurde Oekraïne,” zei Whyte. “Dat maakte het nog urgenter. Het gaat niet alleen om klimaatverandering. Het gaat ook om energiezekerheid.”
Wat kan fusie-energie voor de planeet betekenen?
Whyte beschreef fusie-energie als “de meest ontwrichtende energiebron die we ooit hebben gemaakt”, omdat het afhankelijk is van direct beschikbare hulpbronnen, zoals water, in plaats van de moeilijk te vinden oliereserves of uranium voor kernenergie.
“Brandstof is onuitputtelijk”, zei hij. “Het is dezelfde reden waarom de zon 10 miljard jaar meegaat. Het gebruikt de meest voorkomende elementen in het universum.”
Wil fusie schone energie maken, dan moet het warm blijven. Het vereist een gecentraliseerde voeding van hoge intensiteit om te werken en vervolgens de isolatie op een voldoende hoge temperatuur te houden. Dat betekent dat het alleen haalbaar is om op grote schaal te gebruiken, zei Whyte. “De minimale grootte hiervan is dat het een kleine stad zou voeden.”
Fusie-energiecentrales zouden elektriciteit produceren, wat betekent dat de wereldwijde inspanningen om transport en industrie te elektrificeren alle vruchten zouden moeten blijven plukken.
Hoe lang duurt het voordat fusie-energie arriveert?
De aankondiging van dinsdag zal een grote stap zijn om energie uit fusie te halen, maar het is nog een lange weg te gaan voor goedkope, veilige planten verspreid over het platteland.
Wetenschappers zijn er eindelijk in geslaagd om meer energie uit het proces te halen dan ze erin stoppen, maar het opschalen naar iets dat steden van stroom kan voorzien en tegelijkertijd de kosten redelijk kan houden, zal jaren, zo niet decennia, werk vergen.
De sleutel tot het nuttig maken van fusie-energie is om het op een temperatuur te brengen die hoog genoeg is om fusiereacties te ondersteunen, zei Whyte.
De fusie is aantrekkelijk, zei Whyte, omdat het gebaseerd is op kennis in plaats van op middelen.
Op papier zou fusie “alle op koolstof gebaseerde energiebronnen kunnen vervangen, omdat het schaalbaar is, wat betekent dat het de beschaving echt kan voortstuwen”, zei Whyte. In theorie kan de mensheid op een dag stoppen met het verbranden van fossiele brandstoffen.
“Dat is de droom,” zei hij. “We zijn er nog niet.”