Wanneer komt er fusie-energie uit het stopcontact?

Dr Francesco Romanelli

“Europa kan alleen in de race blijven als we onze inspanningen bundelen en fusie-energie pragmatisch aanpakken” – Dr. Francesco Romanelli, leider van het Europese fusiesamenwerkingsverband EFDA.

Wanneer komt er fusie-energie uit het stopcontact? Fusieonderzoekers willen de motor van de zon en de sterren nabootsen als schone, duurzame energiebron op aarde. Een Europese roadmap beschrijft de kennis en technologie die nodig zijn om in 2050 elektricititeit op te kunnen wekken uit kernfusie.

Het Europese samenwerkingsverband van fusie-instituten EFDA (European Fusion Development Agreement) heeft een roadmap gepubliceerd die beschrijft hoe we in 2050 fusie-energie aan het elektriciteitsnet kunnen leveren. De roadmap breekt de route naar fusie-energie op in acht missies, en beschrijft per missie de huidige stand van het onderzoek, identificeert open vragen, stelt een R&D-programma voor om het doel te bereiken en geeft een schatting van de benodigde middelen. De roadmap benadrukt het belang van industriële deelname aan het fusieprogramma. Ook moeten alle mogelijkheden om met fusiepartners buiten Europa samen te werken worden benut.

Het doel van fusie-onderzoek is de energiebron van de sterren beschikbaar te maken als duurzame energiebron op aarde door hitte op te wekken uit het samensmelten van waterstofisotopen. Fusie-energie is bijna onuitputtelijk omdat de brandstoffen deuterium en lithium zeer ruim voorradig zijn. Fusie produceert geen broeikasgassen of langlevende radioactieve stoffen en kent geen kettingreacties; het proces is daarom intrinsiek veilig.

Fusie-onderzoekers zijn er al geslaagd om energie op te wekken uit kernfusie, maar in die experimenten werd nog meer energie gebruikt dan opgewekt. In het internationale fusie-experiment ITER, dat in 2020 van start gaat, wordt voor het eerst een netto overschot van fusie-energie geproduceerd. ITER is ontworpen om 500 MW vermogen te leveren en heeft zelf maar 50 MW nodig om de reactor te laten werken.

Europa heeft een leidende rol in het wereldwijde fusieonderzoek en is de gastheer van het ITER-project. Dat ook zes andere landen bijdragen en meewerken aan ITER laat het wereldwijde vertrouwen in fusie zien. Zo is China een voortvarend programma gestart om ruim voor 2050 elektriciteit uit een fusie-centrale aan het net te leveren. “Europa kan alleen in de race blijven als we onze inspanningen bundelen en fusie-energie pragmatisch aanpakken”, zegt Dr. Francesco Romanelli, de leider van het Europese fusiesamenwerkingsverband EFDA.

De roadmap die EFDA publiceert laat zien dat het onderzoek en de technologieontwikkeling die nodig zijn voor fusie binnen een realistisch budget passen. De voorgestelde middelen zijn van hetzelfde niveau als het huidige fusiebudget in het zevende Europese Kaderprogramma. De Europese investeringen in ITER maakten daar geen deel van uit. Prof. Tony Donné, leider van het Nederlandse fusie-onderzoek is verheugd: “Ons nationale fusie-onderzoek is reeds volledig opgelijnd met de prioriteiten in de Europese roadmap, en ik verwacht daarom dat we het komende decennium een belangrijke bijdrage kunnen geven aan het doel om over een aantal decades fusiestroom uit het stopcontact te krijgen.”

De route naar fusie-energie in 2050 valt in de roadmap uiteen in drie periodes: het aanstaande Europese kaderprogramma voor onderzoek Horizon 2020, de periode 2021-2030 en de periode 2030-2050. De centrale faciliteit in de roadmap is ITER, omdat die in staat is het grootste deel van de belangrijke fusiemijlpalen te halen. Daarom wordt het overgrote deel van de voorgestelde fondsen in Horizon 2020 ingezet voor ITER en een beperkt aantal ondersteunende experimenten. De tweede periode is gericht op optimale exploitatie van ITER en op de voorbereidingen voor de demonstratie-energiecentrale DEMO, die als eerste fusiereactor ter wereld energie aan het hoogspanningsnet zal leveren. De bouw en het bedrijf van DEMO vormen de laatste fase van de fusie-roadmap.

Gaande het programma in de roadmap zal fusie verschuiven van fundamenteel onderzoek in een laboratoriumsetting naar een industrieel en technologie-gedreven project. De bouw van ITER genereert al een omzet van 6,6 miljard Euro. Tijdens het ontwerp, de bouw en het bedrijf van DEMO is intensieve deelname van het bedrijfsleven dan ook noodzakelijk om te zorgen dat de industrie -als DEMO zichzelf bewijst- de ontwikkeling voor commerciële fusie-energie op zich kan nemen.

EFDA en FOM-instituut DIFFER

EFDA is het samenwerkingsverband tussen de Europese Commissie en fusie-onderzoeksinstituten uit 28 Europese landen. Het grootste fusie-experiment onder de EFDA-paraplu is de reactor JET. Die wordt beheerd en gebruikt door de onderzoekers uit de EFDA-instituten. EFDA is sterk betrokken bij de voorbereidingen voor ITER en bij de technologieontwikkeling aan de basis van een fusie-energiecentrale. Voor jonge onderzoekers met interesse in fusie heeft EFDA uitgebreide trainings- en fellowshipprogramma’s.

Stichting FOM met zijn instituut DIFFER is een van de leden van het samenwerkingsverband EFDA. Het FOM-instituut DIFFER is het Nederlandse instituut voor funderend energieonderzoek en zijn fusieprogramma’s zijn gericht op belangrijke onderzoeksvragen in het ITER-programma. De unieke hoge flux plasmagenerator Magnum-PSI maakt onderzoek mogelijk naar de wisselwerking tussen het plasma en reactorwand bij de plasmacondities van toekomstige fusiereactoren. Het onderzoek naar controle van brandende plasma’s, in het bijzonder van magnetohydrodynamische modes, is gericht op de ontwikkeling van relevante fysica, diagnostieken en technologische oplossingen voor ITER.