Voor het eerst levert kernfusie meer energie op dan erin gaat

Het is Amerikaanse wetenschappers gelukt om bij kernfusie meer energie op te wekken dan het opstarten van de reactie kost. Een wetenschappelijke doorbraak, maar op de route naar schone energie heeft het nog nauwelijks effect.

 

Wetenschappers van het Amerikaanse onderzoeksinstituut Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) zijn er als eersten in geslaagd om energie op te wekken uit kernfusie. Dat wil zeggen: om meer energie uit de fusie te winnen dan het kost om deze voor elkaar te krijgen.

Als dit op de schaal van een energiecentrale zou lukken, zou het een doorbraak zijn voor de energietransitie. Kernfusie is namelijk een energiebron die net als kernsplijting niet gepaard gaat met de uitstoot van CO₂, maar veiliger is omdat het niet via een kettingreactie uit de hand kan lopen. Een ander voordeel is dat kernfusie geen langdurig radioactief afval oplevert.

De praktische toepassing voor energieopwekking is met de in Amerika gebruikte techniek echter eigenlijk niet mogelijk, zeggen experts.

 

Kernfusie

Bij kernfusie wordt energie opgewekt door atoomkernen te laten samensmelten, net als in de zon. Het gaat daarbij om deuterium en tritiumkernen (twee verschijningsvormen van waterstof). Om de fusie te bewerkstelligen moeten de kernen dicht bij elkaar worden gebracht. Dat is lastig, want door hun positieve lading stoten ze elkaar af. Daarom kost het op gang brengen van een kernfusiereactie in eerste instantie veel energie.

 

Lasers

In het Amerikaanse experiment werd deze energie opgewekt met laserstralen. Aan een capsule met daarin deuterium en tritium werd 2,05 megajoule aan energie toegevoegd door deze met 192 laserstralen te belagen. De kernfusiereacties die hierdoor optraden, leverden vervolgens 3,15 megajoule op, dus ruim anderhalf keer meer.

‘Maar dat was alleen in de reactor zelf’, zegt Mark Herrman, programmadirecteur Weapon Physics and Design van het LLNL, op een persconferentie. 'We hebben in totaal 300 megajoule aan het elektriciteitsnet onttrokken om de laserstralen te kunnen afvuren. De laser was ook niet ontworpen om efficiënt te zijn, maar om krachtige stralen te produceren.’

Dankzij de laserstralen kunnen temperaturen en drukken worden bereikt die vergelijkbaar zijn met die in het binnenste van sterren of exploderende kernwapens, schrijft de LLNL in zijn persbericht.

 

Doorbraak

Wetenschappelijk gezien is deze stap een grote doorbraak, zegt Egbert Westerhof, leider van de afdeling fusie-energie van energieonderzoeksinstituut DIFFER. ‘De efficiëntie van fusie-experimenten drukken we uit als Q, dat is de verhouding tussen de energie die het experiment oplevert en de energie die er in gaat. Voor dit Amerikaanse experiment was Q dus 1,5. In experimenten waar de fusie wordt opgewekt door een deuterium-tritiummengsels in een afgesloten ruimte te verhitten met stroom, elektromagnetische straling, en beschietingen met atoombundels, zoals bij de experimenten van de Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) en de Joint European Torus (JET) , is men tot nu toe niet verder gekomen dan een Q van 0,6.’

Wel behaalde JET met 59 megajoule in vijf seconden de hoogste hoeveelheid energie uit kernfusie ooit.

 

Geen gamechanger

Een gamechanger voor de energievoorziening is deze techniek niet, zegt Westerhof. ‘De weg van deze experimenten naar een elektriciteit producerende fusiereactor is een lange. Dat is feitelijk ook niet de belangrijkste doelstelling van dit onderzoek geweest.’  

Wie de website van het LLNL er op naslaat, ziet inderdaad dat daar fundamenteel onderzoek wordt gedaan ‘om nucleaire wapens beter te begrijpen’ – al wordt ook de zoektocht naar schone energie genoemd.

 

ITER

In Europa is de zoektocht naar een goede manier om energie uit kernfusie te halen inmiddels nog in volle gang. Naast de JET is er het samenwerkingsproject ITER, waarin 35 landen samen aan een kernfusiereactor werken. ‘De doelstelling daar is een Q van 10 te bereiken’, zegt Westerhof. Dat betekent dat er tien keer meer energie uit de reactor moet komen dan er in gaat.

Ook dat project is voorlopig nog niet af, zoals De Ingenieur al schreef in het oktobernummer van het blad 

Maar wie weet lukt het kleinere initiatieven wel eerder, zoals we in januari schreven.

 

Openingsbeeld: Lawrence Livermore National Laboratory