‘Om af te kicken van de verslaving aan fossiele brandstoffen moeten we op meerdere paarden wedden’

‘Het kleinst voorkomende chemische element, waterstof, is tot grootse dingen in staat’, schrijf nucleair expert Wouter Schroeyers (UHasselt) naar aanleiding van zijn college voor de Universiteit Van Vlaanderen. Daarin staat hij stil bij de mogelijkheden van kernfusie.

Waar halen wij op lange termijn onze energie vandaan? Hoe verzekeren we onze energieproductie bij weinig zon en wind? Is er een energiebron mogelijk die geëngageerde groene burgers kan verzoenen met nucleaire technologie? Kan kernfusie deze rol op zich nemen of toch niet? Hoe werkt kernfusie? Wat zijn de uitdagingen om dit te realiseren en hoe ver staan we? Op die vragen ga ik dieper in in een college voor de Universiteit van Vlaanderen.

Kernfusie: het kleinste element waterstof is tot grootse dingen in staat

Waterstof is het kleinst voorkomende chemische element en overal aanwezig in het universum. In het hart van onze zon en andere sterren kunnen waterstofkernen fuseren (samensmelten) tot grotere kernen onder invloed van (immense) zwaartekracht en hierbij komen enorme hoeveelheden energie en warmte vrij. Kernfusie (het samensmelten van atoomkernen) in de zon is dus -onrechtstreeks via zonnepanelen- reeds de energiebron van het heden.

De productie van zonne- en windenergie op aarde is echter variabel in de tijd en er is nood aan een stabiele basis om onze energieproductie te verzekeren bij weinig zon of wind. En ook de winning en verwerking van primaire en secundaire grondstoffen voor onze hoogtechnologische industrie – denk maar aan de productie van batterijen, zonnepanelen en windmolens- kan afhankelijk van de gekozen materialen de nodige energie vereisen.

Energie halen uit splijten én samenvoegen van atoomkernen

In onze race tegen de tijd om de klimaatverandering aan te pakken en af te kicken van onze verslaving van fossiele brandstoffen moeten we op meerdere paarden wedden. Dit betekent dat we binnen dat onderzoek ook denken op lange termijn en inzetten op de ontwikkeling van innovatieve energiedragers (nieuwe batterijen, waterstof als energiedrager,…) én nieuwe typen van energiecentrales om de energietransitie mogelijk te maken.

Een klassieke kerncentrale werkt op basis van kernsplijting: hier wekken we energie op door zware atoomkernen te splijten. Dit is dus het omgekeerde van kernfusie waarbij kernen samensmelten. Zowel uit het samensmelten van kleine kernen als bij het splijten van grote kernen kunnen we energie opwekken. Kernsplijting heeft echter het nadeel dat hierbij langlevend radioactief afval geproduceerd wordt en het vraagt bijzondere maatregelen om de veilige stockage van dit afval te verzekeren. Daarnaast vragen klassieke kerncentrales bijzondere maatregelen om de operationele veiligheid te verzekeren.

De eerste kernfusiereactor op aarde?

Kernfusie heeft als energiebron tal van voordelen maar tegelijkertijd stelt de realisatie ons voor zeer grote technologische uitdagingen.

1. Kernfusie vertrekt van overvloedig beschikbare energiegrondstoffen. We gebruiken geen waterstof maar deuterium wat we halen uit water en tritium dat we halen uit het in de aardkorst rijkelijk aanwezige lithium.

2. Er is maar erg weinig brandstof nodig om bijzonder veel energie te produceren. Kernfusie is op dit gebied een ware kampioen.

3. Het is een bijzonder veilige energiebron: we hebben al moeite genoeg om het proces in stand te houden en de juiste condities voor kernfusie te creëren (en kunnen daarnaast ook de brandstoftoevoer afsluiten) zodat het proces ook niet op hol kan slaan en er geen ongevalscenario met groot impact buiten de site mogelijk is.

4. Kernfusiereactoren op aarde worden zo ontworpen dat er enkel kleine hoeveelheden kortlevend afval (met een halveringstijd van minder dan 30 jaar) geproduceerd worden.

Uitdagingen

Er zijn echter ook enorme uitdagingen die ervoor zorgen dat de ontwikkeling van kernfusie op aarde niet eenvoudig is en er zijn natuurlijk ook nadelen. Kernfusie vergt onder andere een erg grootschalige reactor (grote investeringen) en de inzet van een dergelijke reactor op het stroomnetwerk moet nog onderzocht worden.

Als u meer wenst te weten over het proces van kernfusie, de uitdagingen rond kernfusie en hoe dicht we zijn bij het realiseren van een eerste kernfusie reactor op aarde kan u best kijken naar m’n gastcollege ‘Is kernfusie de energiebron van de toekomst?’ voor de universiteit van Vlaanderen.

Spoiler alert: er bestaat reeds (minstens) één kernfusiereactor, namelijk de JET (Joint European Torus) reactor maar we steken er meer energie in dan dat we er uithalen. Maar daarnaast wordt momenteel ook werk gemaakt van de nieuwe ITER-onderzoeksreactor, die ons de weg wijst om kernfusie als energiebron op aarde te realiseren.