Fusie-energie
Fusie-energieis een vorm van energieopwekking waarbij elektriciteit wordt geproduceerd door gebruik te maken van de warmte die vrijkomt bij kernfusiereacties. Bijkernfusieversmelten twee lichtereatoomkernentot een zwaardere kern. De warmte die daarbij vrijkomt, kan worden omgezet in elektricitieit door eenelektriciteitscentrale.Apparaten die zijn ontworpen om fusie-energie te benutten, staan bekend als fusiereactoren. In 2022 dachten experts dat het decennia zou duren voordat er commerciële kernfusie-energiecentrales zijn.[1][2][3]
Soorten reactoren
bewerkenDe grootste uitdaging bij fusiereactoren is zorgen dat het plasma waarin de fusiereactie plaatsvindt niet tegen de wand van de reactor komt. Er zijn verschillende manieren om hetplasma opgesloten te houden.De bekendste vorm is magnetische opsluiting. Daar wordt bijvoorbeeld onderzoek naar gedaan in eentokamakbijITERinFrankrijken in tokomaks bijJETin hetVerenigd KoninkrijkenJT-60inJapan.[4][5]Een variant van magnetische opsluiting wordt onderzocht in destellaratorvanWendelstein 7-XinDuitsland.Plasma-opsluiting kan ook plaatsvinden door het plasma met behulp van lasers zó snel te verhitten dat het door de eigen traagheid lang genoeg op voldoende dichtheid blijft om fusie te laten plaatsvinden. Deze manier wordt onder meer onderzocht bij deNational Ignition Facilityin deVerenigde Staten.Fusie-experts zijn kritisch over het commerciële nut van deze traagheidsopsluiting.[1][2][6]
Voordelen en nadelen
bewerkenKernfusie heeft een aantal voordelen ten opzichte vankernsplijting.Een eerste voordeel is dat er geenmeltdownkan plaatsvinden. Het tweede voordeel is dat er minder afval is en dat het afval minder langradioactiefis.[7]Kernsplijtingsreactoren produceren afval dat duizenden jaren radioactief blijft. Bij kernfusie is het grootste deel van het afval ongeveer vijftig jaar radioactief en een kleiner deel 150 jaar.[8]Het derde voordeel van kernfusie is dat er een bijna oneindige voorraad brandstof is. Alslithiumuit mijnen gebruikt wordt als brandstof, is er voor 3000 jaar voorraad. Lithium uit zeewater levert 60 miljoen jaar aan voorraad. En als de reactor opdeuteriumkan draaien, is er voor 150 miljard jaar genoeg.[9]
Ten opzichte vanfossiele brandstoffenheeft fusie-energie het voordeel dat er geenbroeikasgasvrijkomt. Ten opzichte vanhernieuwbare energievormenzoalswindenergieenzonne-energieheeft kernfusie het voordeel dat er op elk moment energie kan worden opgewekt.[10]
Het grote nadeel van kernfusie is dat de temperatuur bij kernfusie heel hoog moet zijn, zo'n 150 miljoen gradenCelsius.[11]Dat levert onder andere uitdagingen op voor het materiaal van de reactorwand. Verder is het duur om een reactor te bouwen. De geschatte kostprijs van ITER, een onderzoeksreactor die niet gekoppeld wordt aan het elektriciteitsnet, is 15 miljard euro.[11]
Financiering
bewerken
In de jaren tussen 1990 en 2010 werd vooral door overheden geïnvesteerd in kernfusieonderzoek aan universiteiten en onderzoeksinstellingen. In de jaren daarna kwamen ook private investeerders en commerciële bedrijven in beeld en verschoven de investeringen van onderzoek naar ontwikkeling.
Het jaarbudget voor kernfusieonderzoek en -ontwikkeling van de Amerikaanse overheid is ongeveer 1 miljard dollar.[13]Het jaarbudget van de Europese Unie is ongeveer 1 miljard euro.
De overheidsinvesteringen in kernfusie zijn klein in vergelijking met investeringen in zon en wind. Alleen al in Duitsland bijvoorbeeld, gaf de overheid in 2020 voor 31 miljard euro aan subsidies voor producenten van groene stroom.[14]
De overheidsinvesteringen worden geleidelijk ingehaald door private investeerders. In 2023 waren er 43 bedrijven op de wereld die bij elkaar 6,21 miljard Amerikaanse dollar aan investeringen hadden aangetrokken.[15]In 2021 haalde het Amerikaanse bedrijfCommonwealth Fusion Systems1,8 miljard dollar op.Helion Energyverwierf in 2021 0,5 miljard dollar.[16]
In de jaren tussen 2010 en 2020 is energie uit wind en vooral uit zonnepanelen goedkoper geworden (zie figuur met gestandaardiseerde energiekosten). Mede daardoor denken sommige economen dat fusie-energie weinig toekomst heeft. Anderen gaan ervan uit dat fusie-energie voor een stabiele basis kan zorgen als er geen wind of zon is en als de energievraag verder stijgt.[17][18][19]
Regelgeving
bewerkenSinds proeffabrieken voor kernfusie dichterbij komen, is er meer aandacht voor wetten en regels.[20]In 2021 begon hetInternationaal Atoomenergieagentschapmet het opstellen van voorschriften voor kernfusiecentrales.[21]Ook de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk startten met nadenken over regelgeving.[22][23]In 2023 maakten de Verenigde Staten bekend dat zij bij de regelgeving rond fusie-energie niet de strenge kernsplijtingsregels volgen maar de minder strenge regels die gelden bij deeltjesversnellers.[24]
Referenties
bewerken- ↑abAmerikaanse doorbraak in kernfusie-onderzoek.NRC(13 december 2022). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑abKernfusie wekt eindelijk meer energie op dan het kost. Doorbraak of niet?.de Volkskrant(13 december 2022). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑Zijn kernfusiereactoren dé oplossing? ‘Moeten nog flink wat hobbels nemen’.AD(22 januari 2023). Geraadpleegd op4 augustus 2023.
- ↑‘Een blije dag voor kernfusie’: fysici verdubbelen 25 jaar oud energierecord.de Volkskrant(9 februari 2022). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑Bouw miljarden kostende testreactor voor kernfusie van start.de Volkskrant(27 juli 2020). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑(en)Take claims of nuclear fusion breakthroughs with a grain of salt, Dutch expert says | NL Times.nltimes.nl.Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑Gonzalez de Vicente, Sehila M.,Smith, Nicholas A., El-Guebaly, Laila, Ciattaglia, Sergio, Di Pace, Luigi(1 augustus 2022).Overview on the management of radioactive waste from fusion facilities: ITER, demonstration machines and power plants.Nuclear Fusion62 (8): 085001.ISSN:0029-5515.DOI:10.1088/1741-4326/ac62f7.
- ↑Markandya, Anil,Wilkinson, Paul(15 september 2007).Electricity generation and health.Lancet (London, England)370 (9591): 979–990.ISSN:1474-547X.PMID:17876910.DOI:10.1016/s0140-6736(07)61253-7.
- ↑Energy for Future Centuries.Gearchiveerdop27 juli 2011.Geraadpleegd op22 juni 2013.
- ↑Te land, ter zee en in de lucht: gaan deze drie technologieën ons energieprobleem oplossen?.de Volkskrant(12 februari 2021). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑abNWS, VRT,Een nieuwe mijlpaal in kernfusie-onderzoek, maar wanneer levert een kernfusiereactor ook elektriciteit aan het net?.vrtnws.be(9 februari 2022). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑Lazard LCOE Levelized Cost Of Energy+.Lazard (June 2024).Gearchiveerdop 28 August 2024.
- ↑(en)White House Sets Sights on Commercial Fusion Energy.aip.org.Geraadpleegd op3 mei 2022.
- ↑Energiewende Duitsland kost miljarden meer.FD.nl.Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑(en)Caroline,Fusion Industry Investment Passes $6bn.Fusion Industry Association(12 juli 2023). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑(en)Key Reference Documents.Fusion for Energy.Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑(en)Nicholas, T. E. G.,Davis, T. P., Federici, F., Leland, J., Patel, B. S.(1 februari 2021).Re-examining the role of nuclear fusion in a renewables-based energy mix.Energy Policy149: 112043.ISSN:0301-4215.DOI:10.1016/j.enpol.2020.112043.
- ↑(en)Handley, Malcolm C.,Slesinski, Daniel, Hsu, Scott C.(10 juli 2021).Potential Early Markets for Fusion Energy.Journal of Fusion Energy40 (2): 18.ISSN:1572-9591.DOI:10.1007/s10894-021-00306-4.
- ↑Griffiths, Thomas,Pearson, Richard, Bluck, Michael, Takeda, Shutaro(23 augustus 2022).The commercialisation of fusion for the energy market: a review of socio-economic studies.Progress in Energy4 (4): 042008.ISSN:2516-1083.DOI:10.1088/2516-1083/ac84bf.
- ↑(en)Holland, Andrew(13 november 2020).Political and commercial prospects for inertial fusion energy.Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences378 (2184): 20200008.ISSN:1364-503X.DOI:10.1098/rsta.2020.0008.
- ↑(en)Safety in Fusion.iaea.org(28 mei 2021). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑(en)Sailer, Sandy,NRC Hosts Virtual Public Meeting on Developing Options for a Regulatory Framework for Fusion Energy.Fusion Industry Association(28 januari 2021). Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑(en)Windridge, Melanie,U.K Serious About Fusion: New Report On Regulation Recommends Proportionate, Agile Approach.Forbes.Geraadpleegd op20 juli 2023.
- ↑(en)Sailer, Sandy,NRC Decision Separates Fusion Energy Regulation from Nuclear Fission.Fusion Industry Association(14 april 2023). Geraadpleegd op20 juli 2023.