Fusie is een schone, veilige en vrijwel onuitputtelijke energiebron – maar alleen zeer geavanceerde machines kunnen de zon nadoen. En natuurkundigen staan nu op het punt een reactor te vullen met echte fusiebrandstof.

Fusie lijkt op het aansteken van een vuur met kletsnat hout. De positief geladen waterstofkernen stoten elkaar af en doen wat ze maar kunnen om elk contact te vermijden. Extreme machines moeten dus de weerbarstige waterstofatomen met een enorme hitte of druk dwingen om samen te gaan. En als dat lukt, leveren de mateloze hoeveelheden energie die er vrijkomen bij fusie, ons schone en goedkope stroom op.

Al heel wat jaren proberen onderzoekers de energie uit fusie te gebruiken.

Nu hebben ze een flinke stap gezet op de weg naar de energiebron van de toekomst, want eind 2020 wordt de Europese reactor JET gevuld met zware en superzware waterstof.

De JET is de grootste proefreactor die er is en de enige die is gebouwd om fusiebrandstof te kunnen verwerken. De andere reactoren gebruiken alleen zware waterstof, wat voor een energiecentrale te weinig fusie oplevert.
Deze reactor is een voorproefje van de volgende generatie fusiereactoren – met de acht keer zo grote ITER, die in Frankrijk wordt gebouwd, als vlaggenschip.

De tests, die in 2025 beginnen, moeten leiden tot het eerste zelfdraaiende fusieproces ooit – dat natuurkundigen de ontsteking noemen – en gigantisch veel energie opwekken.

De perspectieven van fusie-energie zijn enorm. De grondstoffen zijn zware waterstof uit zeewater en superzware waterstof, die van lithium wordt gemaakt. Dat maakt fusie-energie tot een vrijwel onuitputtelijke energiebron.

Van zeewater zal er altijd wel genoeg zijn, en de bekende lithiumreserve gaat nog minstens 1000 jaar mee. Maar de technologische uitdagingen zijn enorm.


Het doel: een zelfdraaiend fusieproces
Op dit moment moet er voortdurend energie worden toegevoegd om de fusies aan de gang te houden. Het doel is echter dat het proces zelfvoorzienend wordt als het eenmaal is gestart.

De meeste fusie-installaties volgen een van de twee snelwegen naar fusie-energie. De ene is laserfusie, waarbij de VS het verst zijn. Hierbij bestoken energierijke laserstralen een waterstofpil van alle kanten en persen ze de waterstof zo hevig samen dat deze tot helium fuseert.

In 2014 wekte de gigantische laserinstallatie NIF anderhalf keer zo veel energie op uit een waterstofpilletje als de hoeveelheid energie die de laserstralen in de brandstof hadden gepompt. Maar het doel – de fusieprocessen op gang brengen en dan vanzelf te laten verlopen – was niet bereikt.

De tweede weg naar fusie-energie is de reactor, waarbij twee technologieën elkaar beconcurreren. Beide verhitten de waterstof tot plasma, waarin de kern en de elektronen worden gescheiden, en houden dit vast in een krachtig magnetisch veld, zodat het de reactorwand niet raakt – want dan zou het afkoelen.

Het ene type, de klassieke reactor als de JET en de ITER, noemen we tokamak. Deze reactor is het makkelijkst te bouwen. Maar een tokamak kan de fusiebrandstof per keer maar een uur in de magnetische kooi vasthouden – vervolgens moet de reactor worden geleegd en moet er nieuwe brandstof ingepompt worden. En dat moet razendsnel gebeuren, want de consument wil niet zonder stroom komen te zitten.

Het tweede type reactor is de stellarator, waarbij magneten sterk vervormd worden om juist een zeer gelijkmatige magnetische kooi te creëren die in principe jarenlang in stand kan blijven. Hierbij kan de reactor steeds worden bijgevuld, net zoals wanneer je kolen in een ketel gooit.

Maar door die vervormde magneten is het bouwen van de reactor ongelofelijk ingewikkeld, en in 2003 stonden de Duitsers die ’s werelds eerste grote stellarator, Wendelstein 7-X, bouwen, op het punt het bijltje erbij neer te gooien. Maar gelukkig gingen ze ermee door, want nu draait de reactor gesmeerd en heeft hij brandstof 100 seconden lang vastgehouden.

Er is nog wel een lange weg te gaan naar het wereldrecord van 6,5 minuut dat de kleine Franse tokamak WEST in 2003 vestigde, maar de Duitse natuurkundigen denken dat ze de brandstof wel een halfuur vast kunnen houden in de Wendelstein 7-X-reactor.