Californische wetenschappers hebben een grote doorbraak bereikt op het gebied van fusie-energie, een technologie die jarenlang schone, koolstofvrije energie kan leveren, zo maakte het ministerie van Energie dinsdag bekend.
De doorbraak vond plaats op 5 december om 01:00 uur bij de National Ignition Facility van Lawrence Livermore National Laboratory, 50 mijl ten oosten van San Francisco. Het werk maakt gebruik van gigantische lasers om de hitte en druk in de zon te creëren, genoeg om atomen samen te drijven, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen.
De doorbraak die dinsdag werd aangekondigd, was dat de onderzoekers meer energie konden opwekken dan ze in het proces stopten, ook wel “ontsteking” genoemd. Op een persconferentie beschreef de Amerikaanse minister van Energie, Jennifer Granholm, het als “een fusiedoorbraak” die “de geschiedenisboeken in zal gaan”.
“Dit is een wetenschappelijke mijlpaal”, zegt Arati Prabhakar, directeur van het Witte Huis Office of Science and Technology Policy. “Het is ook een ongelooflijk technisch wonder.”
De hoop is dat dit proces in de loop van de tijd kan worden opgeschaald en goedkoop genoeg kan worden gemaakt om koolstofvrije energie te produceren zonder radioactief afval te creëren, een uitdaging die wordt gevormd door het meer problematische broertje van fusie, kernsplijting.
“Het bereiken van ontsteking is een prestatie na meer dan 60 jaar wereldwijd onderzoek”, zegt Jill Hruby, secretaris van Nuclear Security en plaatsvervangend administrateur van de National Nuclear Security Administration.
De komst van commerciële fusiereactoren die steden van stroom kunnen voorzien, zal jaren vergen en het werk van zowel publieke als private onderzoekers, zei Kim Budil, directeur van het Lawrence Livermore National Laboratory.
“Ik wil je niet vertellen dat we de NIF (National Ignition Facility at Livermore) op het elektriciteitsnet zullen aansluiten. Maar dat is het basiselement van dat werk”, zei hij.
Hoe deden ze het?
Fusie bestaat uit het combineren van twee atomen, een proces waarbij enorm veel energie vrijkomt. Het is het tegenovergestelde van kernsplijting, aangezien atomen exploderen, waarbij ook energie vrijkomt.
In Livermore richtten onderzoekers maar liefst 192 lasers op een kleine metalen cilinder, niet groter dan een potloodgum, waarin zich een kleine bal brandstof bevond.
“De lasers breken de pellet van alle kanten uiteen, waardoor deze wordt samengedrukt tot het punt waarop je de dichtheid en temperatuur krijgt om fusie te veroorzaken, vergelijkbaar met wat je in de zon hebt”, zegt Eric Gimon, een deeltjesfysicus en senior fellow bij Energy innovaties. , een onpartijdig energie- en klimaatbeleidsbureau.
Voor het eerst konden de onderzoekers meer energie uit het proces halen dan ze erin stopten – een proof of concept dat dit uiteindelijk een energiebron zou kunnen zijn. “Ongeveer 2 megajoule komt uit op ongeveer 3 megajoule, een winst van 1,5”, zegt Marvin Adams, adjunct-beheerder voor defensieprogramma’s bij de National Nuclear Security Administration.
Wanneer de druk en warmte voldoende zijn, combineren de atomen zich, waarbij meer energie vrijkomt dan er in het proces is gestoken. Dat was de doorbraak: voorheen was er altijd meer energie nodig om het proces uit te voeren dan er vrijkwam. Nu is de calculus veranderd, waardoor energieproductie eindelijk mogelijk is.
“Dit is slechts de eerste stap,” zei Gimon. “Als je de Eiffeltoren zou beklimmen, zou dit pas de eerste landing zijn.”
Hoe zou een fusiereactor werken?
Na het overwinnen van vele wetenschappelijke en technische hindernissen, zou het doel zijn om een elektriciteitscentrale te creëren die fusie gebruikt om warmte en elektriciteit op te wekken.
Wanneer atomen breken en samenkomen, komen neutronen vrij. Deze verlaten de reactiekamer en kunnen worden gebruikt om een vloeistof, waarschijnlijk water, te verwarmen om stoom te creëren. Die stoom zou kunnen worden gebruikt om turbines aan te drijven die elektriciteit zouden produceren, zei Alain Brizard, een theoretische fusie-expert aan het Saint Michael’s College in Vermont, die geen deel uitmaakte van het project.
Het hele proces produceert minder radioactief materiaal dan een kerncentrale die atomen splitst door splijting, zei hij.
Het reactormateriaal zelf zou enigszins radioactief worden, maar het zou een zeer korte levensduur van dagen tot weken hebben, in tegenstelling tot de producten van kerncentrales, waarvan het soms duizenden jaren kan duren voordat ze veilig zijn, zegt hij. Nucleaire regelgevende commissie.
Fusiecentrales zouden ook niet de mogelijkheid kunnen hebben van catastrofale mislukkingen en meltdowns die onverwacht kunnen gebeuren in kerncentrales, zoals in Tsjernobyl of Fukushima.
Zodra de laser wordt uitgeschakeld met fusies, stopt het hele proces, zei Brizard.
De oorlog in Rusland hernieuwt de angst voor een nucleaire catastrofe: Wat u moet weten over straling
Reken niet snel op fusiekracht
Experts zeggen dat er nog een lange weg te gaan is tussen het kleine Livermore-experiment en de fusiecentrales. Het proces zal moeten worden herhaald, getest, opgeschaald en economisch levensvatbaar gemaakt, wat jaren, zo niet decennia zal duren.
“Ik zou zeggen dat we de komende 20 jaar een commerciële kernfusiereactor zullen hebben”, zei Brizard.
Dit worden grote centrales, ter grootte van de huidige energiecentrales.
“Het zal niet zijn zoals Mr. Fusion in ‘Back to the Future II’,” zei Bizard, verwijzend naar de fusiereactor ter grootte van een koffieblikje die de DeLorean aan het einde van de film aandreef.
Het werk is een uitstekend voorbeeld van de zware tijd die nodig is om wetenschappelijke doorbraken te bereiken. Er is tientallen jaren aan gewerkt en het is een goed voorbeeld van het potentieel voor serieus, diepgaand en langdurig wetenschappelijk onderzoek en ontwikkeling, van het soort dat alleen door de publieke sector kan worden gefinancierd.
“De wetenschappelijke en technologische uitdagingen op het pad naar fusie-energie zijn formidabel, maar maken wat onmogelijk lijkt, is mogelijk wanneer we op ons best zijn”, zei Budil. “Dit is hoe we grote en moeilijke dingen doen.”
Lees VANDAAG meer over hernieuwbare energie in de VS:
Wat dit betekent voor klimaatverandering en hernieuwbare energiebronnen
Vooruitgang is niet het antwoord op klimaatverandering en het betekent niet dat het werk aan de transitie naar koolstofneutrale energieproductie kan worden stopgezet.
“Er is geen kans om dit tegen 2030 te commercialiseren en we zullen de uitstoot van ons land tegen die tijd met 50% moeten verminderen tot het niveau van 2005 als we hopen de temperatuurstijging op een redelijk veilig niveau te houden”, zegt Michael O’Boyle, directeur elektriciteit beleid. Bij energie-innovatie.
De wereld zal zich moeten richten op het toevoegen van meer diversiteit aan de wereldwijde energiemix, zoals het inzetten van volwassen koolstofneutrale technologieën zoals wind, zon, waterkracht en kernenergie, en het blijven verkennen van opkomende technologieën zoals geothermische en mariene energie.
“Het goede nieuws is zeker dat we een andere optie hebben die op de lange termijn veelbelovend kan zijn, maar we zullen moeten afwachten hoe het verder gaat”, zei O’Boyle.
Bijdrager: Karen Weintraub