Volg Duurzaamnieuws op Google News | Discover | of als voorkeursbron op Google
Tritium is een noodzakelijke component voor kernfusie, maar op de hele wereld is er maar 25 kilo beschikbaar. Nog erger: wie denkt dat je tritium gewoon in voorraad kan opslaan, komt bedrogen uit. De stof valt vanzelf uiteen.
Een 3d rendering van een reactorvat in een tokamak voor kernfusie. Beeld: iStock – Maksim Tkachenko
ITER, de grote internationale fusiereactor in Zuid-Frankrijk, wil in 2039 voor het eerst experimenteren met een mengsel van deuterium en tritium. Op die reactie leunen de meeste plannen voor kernfusie. Deuterium is overal voorhanden, maar tritium is een radioactieve waterstofisotoop die nauwelijks in grote hoeveelheden bestaat. Bij ITER gaat het daarom niet alleen om de vraag of fusie werkt, maar ook om de vraag of er straks genoeg brandstof is om de techniek buiten het lab te laten draaien. Want ook China werkt aan kernfusie.
De brandstof verdwijnt terwijl je hem bewaart
Tritium heeft een halveringstijd van 12,3 jaar. Na die tijd is de helft van een gegeven hoeveelheid vervallen. Voor deuterium bestaat er een onuitputtelijke bron, namelijk water. Voor tritium bestaat er geen mijn of natuurlijk reservoir dat je kunt aanboren. Alles wat er is, moet actief worden gemaakt, teruggewonnen en gerecycled, anders slinkt de voorraad vanzelf verder.
Bijna alle tritium komt uit kernsplijting
Het grootste deel van het beschikbare tritium ontstaat als bijproduct in zwarewaterreactoren, zoals de Canadese CANDU-reactoren. Neutronen uit kernsplijting zetten daar deuterium in het zware water om in tritium, dat vervolgens wordt teruggewonnen. De opbrengst is bescheiden, een paar kilo per jaar wereldwijd. Ondertussen wordt de bestaande voorraad, geschat op 20 tot 25 kilo, langzaam kleiner, terwijl een deel van de CANDU-reactoren deze eeuw met pensioen gaat.
Goed om te weten: in een fusiereactor wordt een deel van het tritium dat niet reageert, opnieuw opgevangen en teruggevoerd naar het plasma. Toch verdwijnt er altijd wat in reactoronderdelen, of wordt het daadwerkelijk verbruikt. Vandaar dat de sector op zoek is naar een eigen bron van tritium.
Waarom ITER zoveel tritium nodig heeft
ITER wil uiteindelijk ongeveer 500 MW fusievermogen halen met slechts 50 MW verwarmingsvermogen voor het plasma. Dat is een energiewinst van minstens factor 10, aangeduid als Q van 10. Om dat te bereiken moet het plasma lang genoeg op hoog vermogen blijven draaien, en dat kost brandstof en belast de wand van de reactor zwaar. Technische documenten houden daarom niet alleen rekening met tritium dat in de fusiereactie verdwijnt, maar ook met tritium dat achterblijft in onderdelen van de installatie.
Het ITER complex in Zuid-Frankrijk. Foto: iStock – AEROVISTA LUCHTFOTOGRAFIE
Tritium kweken met lithium
De echte oplossing moet uit de reactor zelf komen. Bij fusie ontstaan snelle neutronen die niet worden tegengehouden door de magnetische velden en die de wand rond het plasma raken. Zit daar lithium in, dan kunnen die neutronen nieuw tritium en helium vormen. Dat tritium kan vervolgens uit de wand worden gehaald en teruggevoerd naar de brandstofcyclus.
ITER test dat principe met Test Blanket Modules, proefmodules in de wand rond het plasma, in vier verschillende varianten:
- een watergekoeld lithium-loodconcept van Europa
- een watergekoelde keramische breeder van Japan
- een heliumgekoelde keramische breeder van China
- een heliumgekoelde keramische variant met kleine ‘pebbles’, ontwikkeld door Europa en Korea samen
De modules moeten uitwijzen of het lukt om tritium veilig te produceren, eruit te halen en terug te voeren naar de brandstofcyclus. ITER wordt daarmee zelf nog niet onafhankelijk van externe voorraad; die stap is voorbehouden aan de volgende generatie reactoren, bekend als DEMO.
Zonder eigen brandstof blijft fusie beperkt
Een commerciële fusiecentrale moet uiteindelijk zelfvoorzienend worden en minstens evenveel tritium produceren als ze verbruikt en verliest. Lukt dat niet, dan blijft een hele vloot reactoren afhankelijk van een voorraad die nu al klein is en die vanzelf blijft vervallen. De tritiumschaarste geldt daarom als een van de grootste technische drempels voor fusie-energie, naast sterke magneten en hittebestendige materialen.
De volgende mijlpaal op weg daarnaartoe ligt dichter bij dan 2039. In 2036 moet ITER voor het eerst op volledige magnetische energie draaien, met alleen deuterium. Pas als die stap is gezet, volgt drie jaar later de eerste proef met het deuterium-tritiummengsel waar dit hele traject om draait.
Voor fusie als serieuze bijdrage aan de energietransitie is dat geen bijzaak. Zonder een oplossing voor de tritiumvoorraad blijft kernfusie, hoe veelbelovend ook, een techniek die op papier werkt maar in de praktijk op haar brandstof kan vastlopen, terwijl de wereld juist dringend om schone en schaalbare energiebronnen vraagt.
Bronnen
