Kernfusie is een zwart gat voor geld en energie

De feiten over kernfusie verklaren de hype niet die volgde op de recente “doorbraak”, zoals die in veel media werd gekopieerd. Hoe spannend de huidige resultaten ook zijn voor wetenschappers, kernfusie gaat de huidige energiecrisis niet helpen oplossen. Het zal alleen maar meer geld en energie opslorpen die we beter kunnen besteden. Dat zijn geen prognoses. Dat zijn feiten.

Het realiseren van een fusiereactie in het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) werd aangekondigd als een belangrijke wetenschappelijke doorbraak die de weg zal banen voor vooruitgang op het gebied van nationale defensie en de toekomst van schone energie. Dat is wat de eerste zin van het persbericht benadrukt. Merk op dat nationale defensie wordt genoemd vóór de toekomst van schone energie.

Alle ophef gaat over een klein beetje energie, nauwelijks genoeg om een ketel water te koken. Die kost de samenleving maar liefst 3,5 miljard dollar. Met dat bedrag kan zo’n 2000 MW aan windenergie capaciteit worden gekocht die vrijwel meteen genoeg stroom levert om zo’n 1,2 miljoen huishoudens of een stad ter grootte van Chicago gedurende ten minste 30 jaar van stroom te voorzien. Investeringen in zonneparken zouden nog wat meer kunnen opleveren. Of je zou er een fabriek van kunnen bouwen om batterijen te leveren voor 1 miljoen elektrische auto’s.

Je mag een investering van 3,5 miljard misschien als een kleinigheid beschouwen, maar LLNL is geen grote faciliteit. De veel bekritiseerde testfaciliteit voor kernfusie ITER in Frankrijk, die nog moet worden voltooid, zal volgens sommige Amerikaanse schattingen meer dan 50 miljard gaan kosten.

Beloften, beloften

Kernfusie houdt de belofte in van goedkope, overvloedige en veilige energie voor de komende eeuwen. Die belofte dateert uit de jaren vijftig van de vorige eeuw en vanaf het begin lag de tijdshorizon voor levering zo’n 30 jaar vooruit. Dat is nog steeds zo. Natuurlijk is er vooruitgang geboekt. Maar het programma begon in een naoorlogs tijdperk van grenzeloos optimisme over een toekomst waarin mensen inmiddels op Mars zouden leven. Mensen in grote delen van de planeet zijn nu blij dat ze nog leven. En hun vooruitzichten zijn grimmig. Beloftes voor een verre toekomst hebben voor hen geen betekenis.

Een reality check van die beloften geeft je een andere kijk op kernfusie. Behalve dat het helemaal niet zo goedkoop is, hebben sommigen ook ernstige kritiek op de veiligheid en duurzaamheid ervan.

Kernfusie niet zo perfect

Daniel Jassby, tot 1999 hoofdonderzoeksfysicus bij het Princeton Plasma Physics Lab, werkte 25 jaar lang in plasmafysica. In dit artikel uit 2017 deed hij al een reality check voor kernfusie. Daarin zegt hij:

“… het is tijd om ons af te vragen: is kernfusie echt een “perfecte” energiebron? Na 25 jaar gewerkt te hebben aan kernfusie-experimenten in het Princeton Plasma Physics Lab, begon ik tijdens mijn pensionering de fusie-onderneming met meer emotie te bekijken. Ik concludeerde dat een fusiereactor verre van perfect zou zijn, en in sommige opzichten zelfs bijna het tegenovergestelde.”

Zijn conclusies zijn gebaseerd op feiten, die zelden de media halen. Zoals dit: een energiebron die voor 80 procent uit energetische neutronenstromen bestaat is geen elektrische energiebron. Neutronenstromen leiden tot problemen bij kernenergie, zoals we die kennen van kernsplijting: stralingsschade aan structuren; radioactief afval; de noodzaak van biologische afscherming; en de dreiging van verspreiding van kernwapens.

Bovendien worden fusiereactoren geplaagd door andere ernstige problemen waarmee traditionele splijtingsreactoren kampen, zoals het vrijkomen van tritium, de behoefte aan koeling en de hoge bedrijfskosten. Daarnaast zijn er nadelen die uniek zijn voor fusiereactoren: het gebruik van brandstof (tritium) die niet in de natuur voorkomt en door de reactor zelf moet worden aangevuld; en onvermijdelijk stroomverbruik ter plaatse die het beschikbare elektrische vermogen drastisch vermindert.

Kernreactoren blijven nodig

Om de onvermijdelijke tekorten bij het terugwinnen van onverbrand tritium voor gebruik als brandstof in een fusiereactor op te vangen, moeten splijtingsreactoren gebruikt blijven worden om voldoende tritium te produceren. Dat leidt tot een permanente afhankelijkheid van splijtingsreactoren, met alle problemen van dien.

Dan is er nog de energie die nodig is voor de hele faciliteit. Alle ondersteunende functies zouden ongeveer 1.000 MWe aan parasitair stroomverbruik veroorzaken, waardoor een fusiecentrale niet rendabel is.

Straling blijft een probleem

Om bruikbare warmte te produceren, moeten de neutronenstromen met 80% van de energie van deuterium-tritiumfusie worden afgeremd en gekoeld door de reactorstructuur, de lithiumhoudende deken eromheen en het koelmiddel. Jassby verwacht dat de neutronen stralingsschade in de vaste vaatwand erger zal zijn dan in splijtingsreactoren vanwege de hogere neutronenenergie.

Plutonium 239 voor wapens kan in een fusiereactor worden gemaakt door simpelweg uraniumoxide te plaatsen waar neutronen van enige energie rondvliegen.

Zoals Jassby samenvat, hebben fusiereactoren een paar unieke problemen: een gebrek aan een natuurlijke brandstof (tritium), en grote en onherleidbaar elektrisch energieverlies dat moet worden gecompenseerd. Omdat 80 procent van de energie in elke reactor die op deuterium en tritium werkt de vorm van neutronenstromen heeft, is het onontkoombaar dat dergelijke reactoren ook veel van de nadelen van splijtingsreactoren vertonen – waaronder de produktie van grote hoeveelheden radioactief afval en ernstige stralingsschade aan reactoronderdelen. Deze problemen zijn inherent aan elk type fusiereactor met deuterium-tritium als brandstof.

Daarbij komen nog de aanzienlijke investeringen in onderzoek en bouw, die nu ten koste gaan van investeringen in schone energie en opslag. En we kunnen ons het onproductieve gebruik van energie niet veroorloven. Ander fundamenteel onderzoek, zoals bij de Large Hadron Collider, staat voor soortgelijke uitdagingen en projecten zijn daar al uitgesteld.

Fusie-energie lijkt een van die zogenaamde technische oplossingen voor de klimaatcrisis. Ook deze zal niet werken, en zeker niet op tijd. Dus waarom zouden we er nu middelen aan verspillen, als die gebruikt kunnen worden voor echte kortetermijnoplossingen? Het is al zo vaak uitgesteld, nog eens vijf tot tien jaar uitstel zou niemand deren, behalve een paar wetenschappers, die voorlopig een andere hobby moeten zoeken. Als dat de planeet kan redden, is het de moeite waard.