Door Niek Lopes Cardozo Bron Tijdschrift Milieu (VVM)`Gaan wij het nogmeemaken?' Een vraagdie mij dikwijls wordtgesteld. `Het' is dan deinzet van kernfusie alsduurzame, want schone,intrinsiek veilige enonuitputtelijke energie-bron.Kernfusie,een schone belofteFotoFOMInstituutITER, de internationale fusiereactor die in Cadarache (Frankrijk) wordt gebouwd.32 Energie+ nr 1 jan 2007Vooropgesteld: kernfusie werkt. Het is de energiebron vanhet heelal, maar ook in laboratoria is het allang mogelijk kernfusie-reacties op te wekken. In het grote Europese experiment Joint Euro-pean Torus (JET) bij Oxford in Groot Brittanni? is 16 MW fusiever-mogen gerealiseerd. De vraag is of het mogelijk is een reactor temaken die zo effici?nt is dat er meer energie uitkomt dan er in gaat.Voor de 16 MW van JET was wel 25 MW aan inputvermogen nodig.Dat was g??n tegenvaller, in feite overtrof die prestatie de verwach-tingen. Want bij fusiereactoren is het zo dat het opgewekte vermo-gen evenredig is met het volume van de reactor, terwijl het vermo-gen dat nodig is om de reactor te bedrijven ongeveer evenredig ismet de diameter van het apparaat. Dus: hoe groter hoe effici?nter.JET is een slag te klein om netto vermogen op te wekken, maar heeftwel de wetenschappelijke basis voor fusiecentrales gelegd.Overeenkomst ITERDe voorstudies voor commerci?le fusiecentrales gaan uit van 1.500MW elektrisch vermogen (output). Dat is een grote, maar niet ex-treem grote centrale. Op 21 november 2006 hebben China, India,Zuid-Korea, Japan, de VS, de Russische Federatie en de EU in Parijsde ITER-overeenkomst getekend. ITER is de grote fusiereactor waar-mee tienmaal zoveel vermogen kan worden opgewekt dan nodig isvoor het bedrijven ervan. Het fusievermogen van ITER zal 500 MWzijn. Het is een wetenschappelijk project met een ongekend bredeinternationale participatie, waarin Europa de leidende rol heeft.Al die landen werken samen in ITER omdat kernfusie zo'n grotebelofte inhoudt. De brandstof ? water en lithium ? is overal vol-doende voorhanden, daar hoeft geen internationale spanning overte zijn. De voorraden zijn onuitputtelijk (met het huidige procesvoor bijna een miljoen jaar, met een iets geavanceerder proces tien-tallen miljarden jaren). Het fusieproces is intrinsiek veilig, het isgeen kettingreactie, er is maar weinig energie in de reactor. Er isgeen proliferatie-issue. De brandstof en het reactieproduct (helium)zijn niet radioactief. Wel wordt in de loop van jaren de binnenwandvan de reactor radioactief. Deze moet eens in de vijf jaar vervangenworden ? daar is de reactor op ontworpen. Het geactiveerde materi-aal verliest zijn radioactiviteit in 50-100 jaar en kan dan gerecycledworden. Alles bijeen heeft kernfusie een zeer aantrekkelijk profiel.Maar: kernfusie is moeilijk. En daarom hebben we het nog niet.AnticiperenTerug naar de vraag of wij het nog gaan meemaken. Eigenlijk is dateen vraag die er nauwelijks toe doet. Door in hoog tempo de fossielebrandstofvoorraden uit te putten, daarbij ons leefmilieu te degrade-ren en een gevaarlijke verandering van het klimaat te initi?ren, heb-ben wij ? onze generatie ? een enorm probleem gecre?erd voor toe-komstige generaties. En het is dus onze verantwoordelijkheid omoplossingen voor dat probleem te genereren. Een verantwoordelijk-heid waarvoor we niet weg mogen lopen. Niet alleen omdat dat nietnetjes, niet ethisch, niet welopgevoed is. Maar omdat je het energie-probleem niet pas op k?nt lossen op het moment dat het zich in zijnvolle omvang aandient. Dat kun je wel willen, maar de schaal vanhet probleem maakt dat keihard onmogelijk.Een duurzame energiebron die moet groeien - van `klein' naar zeg10 procent van de wereldvraag - heeft daar lang voor nodig. Bij eenjaarlijks groeipercentage van 15 procent typisch zo'n 50 jaar. En 15procent per jaar groei, volgehouden over 50 jaar, is in het verledennog niet vertoond ? percentages van 7 tot 10 procent zijn realisti-scher. We hebben het nog helemaal niet over technische beperkin-gen. Die periode van snelle groei is noodzakelijkerwijs een dureperiode. Reden te meer om de alternatieven voor fossiel te ontwik-kelen terwijl de olie nog stroomt. Om dit beeld wat realisme mee tegeven: China neemt momenteel elke week (!) een grote kolencen-trale in gebruik en denkt halverwege de eeuw nog minstens 50 pro-cent van zijn energie uit kolen te halen. Het is de VS dan al langgepasseerd als grootste energiegebruiker.Stabiliseren CO2-concentratieFiguur 1 toont hoe de uitstoot van CO2 zich moet ontwikkelen omde CO2-concentratie in de atmosfeer te laten stabiliseren op de ca-nonieke waarde 550 ppm. Het grijze gebied is waar we uitkomenzonder maatregelen. Kyoto houdt ons tot 2012 op de rode lijn. Maarde grote groei van het energiegebruik in China en India komt pasveel later. Duidelijk is: de echte uitdaging komt over 50 jaar, als deuitstoot daadwerkelijk omlaag moet bij een nog steeds stijgendeenergievraag. Om dat gat op te vullen zijn nieuwe technologie?nvoor grootschalige duurzame energieopwekking nodig, en daar zijner maar heel weinig van. Kernfusie is ??n daarvan.Werking kernfusieDe vraag die gesteld moet worden is dus: gaat kernfusie ? als duur-zame energiebron ? werken en komt het dan op tijd? Maar voor ikdie vraag beantwoord eerst een andere: hoe werkt kernfusie? Kern-fusie is het proces dat het heelal, de zon en de sterren, van energievoorziet. Hier versmelten lichte kernen, waterstof, tot zwaardere endaarbij komt zeer veel energie vrij. Het probleem is echter dat dekernen, die positief geladen zijn, elkaar afstoten. Om die afstoting teoverwinnen moeten de kernen met hoge snelheid op elkaar botsen.Dat gebeurt in sterren bij hoge temperatuur en druk. Op aarde wor-den deze extreme condities opgewekt in een fusiereactor. Daarinnr 1 jan 2007 Energie+ 33wordt de brandstof ? een gas van de waterstofisotopen deuteriumen tritium ? verhit tot 150 miljoen C. Het is dan een plasma, een gasvan losse kernen en elektronen. De druk is overigens niet bijzonderhoog: enkele atmosfeer. Wie iets tot zulke hoge temperaturen wilverhitten dient het goed te isoleren. In een fusiereactor gebeurt ditmet een sterk magneetveld. Daardoor wordt de warmtegeleidingvan het hete plasma ongeveer zo klein als die van piepschuim. Hetmagneetveld beperkt de warmteverliezen met een factor 1012 (tril-joen)! Hiermee is de basisvorm van de fusiereactor begrepen: eentorusvormig reactorvat binnen een set van grote elektromagneten(zie de afbeelding van ITER). Het maken van de hoge temperaturen(tot zelfs wel 400 miljoen graden C) is inmiddels routine, het ge-beurt in vele experimenten ter wereld.VooruitgangGaat kernfusie werken en is dat wel op tijd? De grafiek `Progress infusion is very rapid' laat zien hoe de `vermogensvermenigvuldiging'van fusiereactoren zich heeft ontwikkeld in de tijd. Dit is de factordie belangrijk is voor een reactor: een commerci?le centrale moet inieder geval veel meer energie leveren dan het bedrijf ervan kost. Dieontwikkeling is razendsnel gegaan, sneller dan de ontwikkeling vande rekenkracht van PC's! In ITER wordt de factor 10 gehaald. ITERkomt in 2016 in bedrijf. Over 30-35 jaar kan de volgende generatiedemonstratiecentrales, waarvan er waarschijnlijk meerdere wordengebouwd, elektriciteit aan het net gaan leveren. Tegen het middenvan de eeuw kan dan de eerste generatie van commerci?le centralesbeginnen bij te dragen aan de energievoorziening. Dat komt dus ophet moment dat de `gap' tussen vraag en aanbod van duurzameenergie snel begint te groeien. Het moment waarop de nieuwe ener-gietechnologie?n, zoals fusie, moeten worden ingezet.Voor commerci?le centrales zijn er natuurlijk nog andere vragen tebeantwoorden. Een veel gestelde is: wat gaat fusie-energie kosten?Daar zijn vrij gedetailleerde studies naar gedaan. Het resultaat daar-van is dat de verwachte prijs van elektriciteit voor de eerste generatiereactoren tussen de 5 en 9 eurocent/kWhr zal liggen. Dat is nietextreem goedkoop, duurder dan energie uit kolencentrales, maarook niet veel te duur. Het is vergelijkbaar met andere duurzameenergieopties. En nu we het toch over geld hebben wil ik meteen demythe ontzenuwen dat de ontwikkeling van fusie onevenredig veelgeld vraagt. Angela Merkel heeft aangekondigd 70 miljard euro uitte trekken om in zes jaar de energiepositie van Duitsland te verbete-ren. Ongeveer de helft daarvan voor ontwikkeling van duurzameenergiebronnen. ITER kost 4,7 miljard over tien jaar, voor de helewereld. Dat is wel veel geld, maar in het kostenplaatje van de transi-tie naar een duurzame energievoorziening peanuts.UitdagingGaan wij het nog meemaken? Waarschijnlijk niet. Maar als we wil-len dat onze kinderen de komst van een duurzame energievoorzie-ning meemaken, dan moeten we ons daar nu keihard voor inzetten.Want de verduurzaming van de energievoorziening is waarschijn-lijk de grootste uitdaging waar de mensheid deze eeuw voor staat,en de prijs van falen is zeer hoog. ?Niek Lopes Cardozo is hoofd fusie-onderzoek bij het FOM Instituut voorPlasmafysica Rijnhuizen en hoogleraar natuurkunde aan de TU Eindhoven. Meerinformatie: www.fusie-energie.nlFiguur 1. Om de CO2-concentratie in de atmosfeer op 550 ppm te latenstabiliseren (dit was heel lang 280 ppm en is inmiddels gestegen tot ca380 ppm) moet de mondiale uitstoot zich volgens de rode lijn ontwikke-len. De komende 30 jaar groeit die uitstoot onvermijdelijk ten gevolgevan de snelle welvaartsgroei in landen als China en India. China neemtelke week een nieuwe kolencentrale in gebruik. Het grote conflict tussenvraag en aanbod dient zich pas over 50 jaar aan.Het is al zo'n twintig jaar mogelijk om in fusiereactoren zoals JET (foto)een plasma magnetisch op te sluiten bij een temperatuur van honderdenmiljoenen graden Celsius.fotoEFDA-JET