Je leest:

Kernfusieproject ITER: komt het nog af?

Kernfusieproject ITER: komt het nog af?

NEMO Kennislink bezoekt ITER opnieuw en bekijkt de vorderingen

Auteur: | 2 november 2018

Na talloze vertragingen en kostenoverschrijdingen wordt er in Zuid-Frankrijk volop gebouwd aan kernfusiereactor ITER. Hoe staat het gigantische project ervoor? Is de huidige planning met de eerste experimenten in 2025 haalbaar? En hebben we straks nog wel behoefte aan energie uit kernfusie?

“Wat vinden jullie ervan? Interessant, waanzin of megalomaan?”, vraagt plasma-onderzoeker Marco de Baar lachend aan de groep journalisten die bij ITER op bezoek is. Tja, eigenlijk zijn ál deze beschrijvingen van toepassing op ITER. Dit samenwerkingsverband van in totaal 35 landen probeert uit te vogelen of kernfusie een energiebron voor de toekomst kan zijn.

Kernfusie in de ITER-reactor. Het gaat om de versmelting van twee ‘zwaardere’ vormen van waterstof (1H), het zogenoemde deuterium en tritium. Een deuteriumkern (2H) en een tritiumkern (3H) botsen op elkaar. Ze versmelten, zodat er een heliumkern (4He), een neutron (n) en een beetje energie (aangegeven in MeV) vrijkomen. In dit artikel wordt kernfusie uitgebreid uitgelegd.

Kernfusie is niet te verwarren met kernsplijting. Waar bij kernsplijting – zoals in de kerncentrale in het Zeeuwse Borssele – atoomkernen worden gesplitst voor energie, worden ze bij kernfusie juist samengevoegd. Door het fuseren van lichte atoomkernen ontstaan zwaardere kernen plus een beetje energie. Voor een enkel setje atomen stelt dat niet zoveel voor, maar het fuseren van bij elkaar een gram deuterium en tritium levert op papier evenveel energie op als het verbranden van twaalf ton bruinkool, of het gemiddelde elektrische jaarverbruik van ruim dertig Nederlandse huishoudens. We weten dat kernfusie werkt, want het is onder andere het proces dat onze zon laat branden.

Lange weg

De naam ITER had niet beter gekozen kunnen worden. Acroniem voor International Thermonuclear Experimental Reactor, maar het betekent ook ‘weg’ in het Latijn, en wát voor een weg… Zelden zag de wereld een complexer project, niet alleen technisch, maar ook organisatorisch en politiek. In 1985, richting het einde van Koude Oorlog, besloten de toenmalige presidenten van de Sovjet-Unie en de Verenigde Staten Michail Gorbatsjov en Ronald Reagan dat de landen zouden samenwerken om te onderzoeken of kernfusie een haalbare energiebron was. Drie jaar later, in 1988, werd ITER geboren. De eerste jaren werd er vooral gepland. Het plan was dat er in 2016 een werkende kernfusiereactor zou staan tegen een geschatte prijs van vijf miljard dollar.

Inmiddels zijn we in 2018 en moeten we het doen met de belofte dat de reactor in 2025 operationeel is. In 2035 zijn de eerste experimenten waarin daadwerkelijk kernfusie plaatsvindt. Of die ambitieuze planning haalbaar is, is maar zeer de vraag. Voor NEMO Kennislink pak ik op uitnodiging van de ITER-organisatie de trein naar het Zuid-Franse Aix-en-Provence en bekijk welke voortgang het geplaagde fusieproject de afgelopen jaren maakte. Haalt ITER de kernfusiedroom eindelijk een stapje dichterbij?

De bouwput

De zogenoemde tokamak van kernfusiereactor ITER. In het donutvormige roze gebied zit het plasma waar de kernfusie plaatsvindt. De rode pijl rechtsonder wijst een persoon op schaal aan. ITER is veel groter dan zijn voorgangers, omdat een grote reactor efficiënter is.

Vijf jaar geleden was ik ook op bezoek bij ITER en stond ik aan de rand van een grote kuil. Het hart van de toekomstige kernfusiemachine, de plek waar de zogenoemde tokamak moest komen, was bij dat bezoek niet meer dan een gat in de grond. De vloer van de kuil was toen bezaaid met betonnen steunen die de toekomstige machine zouden dragen en beschermen tegen aardbevingen.

Het aanzicht is nu heel anders. Op de plek verrijst een enorme betonnen kolos. Een blokvormig gebouw dat straks zestig meter boven de grond uitsteekt. Als we over een paar gammele trapjes en bruggetjes, langs generatoren en ander werktuig, het hart van het gebouw bereiken, zie ik een cilindervormige hal met aan alle kanten gaten. In een van die gaten sta ik met een groep journalisten. Onze gids zegt dat het plasma in de kernfusiereactor, een soep van geladen atomen van zo’n 150 miljoen graden, straks zal razen op minder dan een meter van de plek waar we nu staan.

De bouwplaats van kernfusiereactor ITER in juli 2018. In het centrum de plek waar de zogenoemde tokamak komt te staan.

In het gat komt straks een gigantische stalen donut die vrijwel vacuüm wordt gezogen, maar ook moeten er supergeleidende magneten, meetapparatuur en koelsystemen in. De schaal van het project wordt vooral zichtbaar in de zogenoemde assembly hall, pal naast de bouwput: een hal met ‘raket-proporties’ waarin de onderdelen van ITER in elkaar worden gezet en op hun plaats worden gehesen. De tokamak wordt bijvoorbeeld als een negental reusachtige ‘mandarijnpartjes’ aan elkaar gelast.

De lange hal verderop waar we even later staan, was bij mijn vorige bezoek nog helemaal leeg. Nu is het de plek waar de supergeleidende magneetspoelen, die straks om de tokamak zitten, worden gemaakt en getest. Het samenstellen van iedere spoel duurt ongeveer anderhalf jaar, in totaal heeft ITER er zes. Als ze klaar zijn, gaan ze over een speciale weg richting het hoofdgebouw van ITER.

Ik zie hijskranen zwiepen, vrachtwagens rijden, ik hoor drilboren, slijptollen en hamers. Er wordt gewerkt op de bouwplaats, volgens de ITER-organisatie werken er op het hoogtepunt van de bouwwerkzaamheden zo’n tweeduizend mensen op de werkplaats. Toch heeft het complexe bouwproces veel tijd nodig. Wordt de huidige deadline van 2025 wel gehaald? Volgens de eerste planning had de machine immers nu al moeten draaien.

Vlieg over de enorme bouwplaats van ITER. De beelden zijn gemaakt in augustus 2018.

De tijdsplanning

Mensen aan het werk op de plek waar de tokamak van ITER wordt geplaatst.

Volgens de huidige planning vinden de eerste voorzichtige testen met plasma (zonder kernfusie) plaats in 2025. Toch is het de vraag of er dan first plasma te vieren is, het moment dat de eerste experimenten plaatsvinden. Links en rechts merk ik tijdens het bezoek dat er twijfel is over die datum. “Het is onwaarschijnlijk dat de machine dan werkt, ik geloof dat hij in 2030 wel af is. Als het écht tegen zit, wordt het misschien 2035. Daar is weinig mis mee, ik weet zeker dat de machine af komt. Dat is het belangrijkst”, vertelt een ITER-medewerker die anoniem wil blijven, en benadrukt dat hij eigenlijk niet de bevoegdheid heeft om over de planning te praten.

Niet iedereen kan iets zeggen over de planning van het project, bevestigt Aris Apollonatos, voorlichter van Fusion for Energy (F4E), de Europese ITER-club: “Niet iedereen heeft het overzicht over de hele operatie. En het klopt ook niet. Gebaseerd op de huidige feiten, zullen we in 2025 wel klaar zijn volgens de planning.”

Toch lijkt de genoemde opleverdatum wel erg ambitieus en ook vooral een politieke wens. Als er geen succes te melden is in 2025, loop je het risico dat er steun afbrokkelt of landen afhaken. En het is een complex proces: de bouw van de machine is afhankelijk van heel veel verschillende onderdelen, die overal ter wereld door verschillende leveranciers worden gemaakt en vervolgens goed op elkaar moeten passen.

Een enkele vertraging kan doorwerken op een hele reeks aan werkzaamheden. “Veel installaties zijn bovendien de eerste in hun soort en van een ongeëvenaarde grote schaal. Dat brengt allerlei uitdagingen met zich mee”, vertelt de anonieme bron. “Goed werk heeft zijn tijd nodig.”

Een constructieteam in een metalen omhulsel dat uiteindelijk de supergeleidende spoel van ITER zal vasthouden. In de reactor komt de spoel rechtop te staan.

De planning is strak en ambitieus, geeft Akko Maas toe. Hij is Science Engineering Officer van ITER. “We beseffen dat het moeilijk is, maar we denken dat dit een realistische planning is. Dat moet ook wel, want als niemand er in gelooft dan gaan we achterover leunen en halen we het sowieso niet”, zegt hij. “Ik ga er wel vanuit dat er geen grote onvoorziene dingen gebeuren. Stel, er zinkt een schip dat een belangrijk onderdeel voor de reactor vervoert, dan is het vrijwel onvermijdelijk dat je uitloopt. Of het nu december 2025 wordt of januari 2026, dat maakt in mijn opinie niet zoveel uit, maar 2027 of 2028 is lastiger te verdedigen.”

De organisatie

Een technisch complex bouwproject van naar schatting twintig miljard euro, verdeeld over 35 landen. Dat is vragen om problemen. Niet alleen bleek de afgelopen jaren het ontwerp en de bouw van de reactor een uitdaging, ook de samenwerking was moeizaam. In 2013 leek het project aan de grond te lopen door een onwerkbare organisatiestructuur. Het centrale bestuur probeerde zoveel mogelijk in eigen hand te houden, en de lijnen binnen de organisatie werden lang. Tegelijkertijd verzuimden ze de nodige technische knopen door te hakken. Dat leidde in dat jaar tot een kritisch rapport, waarna de toenmalige directeuren uiteindelijk opstapten.

Bernard Bigot is vanaf 2015 de directeur van ITER.

Daarvoor in de plaats kwam de Fransman Bernard Bigot. Hij zou met zijn ervaring als onder andere het voormalige hoofd van de Franse nucleaire onderzoeksorganisatie CEA over de juiste ervaring beschikken om ITER weer op de rails te zetten. Voorwaarde van Bigot was dat hij de vrijheid kreeg om belangrijke beslissingen te nemen. En dat partners dit over zouden nemen.

“Eerder verdwaalden we vaak in politiek gesteggel over kleine dingen, nu worden er echt knopen doorgehakt”, zegt Maas, die Bigot adviseert. “Dat is de grootste vooruitgang: er worden eindelijk beslissingen genomen en het ontwerp van de reactor is grotendeels vast komen te liggen. Natuurlijk doet Bigot dat niet alleen, hij luistert naar de mensen en neemt dan de beslissing. Soms zijn mensen het daarmee niet eens, maar de mensen hebben nu tenminste door: hij is de baas, en die heb je nodig in iedere onderneming.”

Maar ook met dat leiderschap blijft ITER organisatorisch een gecompliceerd project. Neem alleen al de talloze werkculturen. Maas geeft als voorbeeld de uitgebreide risico-analyses die in grote bouwprojecten in Europa en de Verenigde Staten gebruikelijk zijn. “In Japan en Korea werken ze zo niet”, zegt hij. “In de zin dat falen niet als optie gezien wordt, zij zijn meer geïnteresseerd in de dingen die goed gaan. Dit zijn cultuurverschillen waar je steeds rekening mee moet houden.”

Behoefte aan kernfusie?

Ook volgens planning gaat ITER pas in de loop van de jaren dertig demonstreren of het opwekken van energie met behulp van kernfusie in een grote tokamak überhaupt werkt. En als hij dan klaar is, dan levert ITER nog steeds geen elektriciteit, want daar is de reactor niet voor uitgerust. De energie die de reactor produceert wordt als warmte afgevoerd. Stroom produceren is de taak van een eventuele opvolger, een kernfusiecentrale die al de naam DEMO heeft gekregen.

Kernfusie is een langetermijndroom, zoveel is wel duidelijk. Terwijl de energie-industrie voor de kortere termijn zon- en windenergie steeds steviger begint te omarmen. De aanlegkosten van windmolenparken zakten de laatste jaren drastisch, en op zee worden het eerste park zonder hulp van subsidie aangelegd. Ook zonnepanelen zakken in prijs. En hoewel kernfusie als energiebron zonder uitstoot van koolstofdioxide past in ons ideale toekomstplaatje van een uitstootvrije energievoorziening, dringt zich de vraag op: komt het niet veel te laat om daarin een plekje te veroveren?

Machteld van den Broek is universitair docent in de onderzoeksgroep Energy & Resources van de Universiteit Utrecht en rekent aan toekomstscenario’s voor onze energievoorziening. Welke bronnen zetten we tegen welke kosten in, en levert dat een betrouwbare energievoorziening op? Sommige van haar modellen lopen tot het jaar 2100. Over de vraag hoe groot de rol van kernfusie in de modellen is, antwoordt ze resoluut. “Die is nul in alle scenario’s”, zegt ze. “Maar dat komt omdat wij het er niet instoppen. Mocht kernfusie nu kosteneffectief energie produceren, dan zie ik geen reden waarom het niet een deel van de energievoorziening op zich kan nemen.” Onderzoek laat zien dat kernfusie ondanks waarschijnlijk hoge investeringskosten op termijn tegen een concurrerende prijs energie kan leveren.

Windluw

Prinses Amaliawindpark, een windmolenpark op ruim 23 km voor de kust van IJmuiden.

Het feit dat de energietransitie naar schonere bronnen vrijwel zeker zal plaatsvinden vóórdat kernfusie überhaupt werkt, hoeft niet te betekenen dat het automatisch kansloos is. De windmolens die driftig in de Noordzee worden geplant, hebben een beperkte levensduur. “De verwachting is dat ze na ongeveer 25 jaar aan vervanging toe zijn. Dat is een stuk sneller dan de gemiddelde levensduur van energiecentrales, van pakweg veertig jaar”, zegt Van den Broek. “Als er sprake is van vervanging, wordt opnieuw gekeken: welke energiebronnen zijn het meest rendabel? Hoort kernfusie daarbij, dan ligt een keuze daarvoor voor de hand.”

In sommige van Van den Broeks scenario’s verzorgen zonne- en windenergie tot wel zeventig procent van de energievoorziening. Daarnaast blijft er behoefte aan energiebronnen die onafhankelijk van het weer een stabiele hoeveelheid energie leveren. Dat kunnen gas- of biomassacentrales zijn, of (klassieke) kernenergie. “Het zal altijd een mix van verschillende energiebronnen zijn”, zegt ze. “Volledig inzetten op één energiebron is doorgaans een stuk duurder. Ook het opslaan van energie-overschotten uit duurzame energie – om bijvoorbeeld windluwe en donkere winters door te komen – is enorm kostbaar. Het is veel effectiever om dat deel te laten leveren door een conventionele energiebron waarvan de uitstoot wordt afgevangen.”

Niet meer terug

Of kernfusie daadwerkelijk de energiebron voor de toekomst is, moet deze eeuw blijken. ITER is een lang proces, maar is nog maar de eerste stap in een nóg langer traject. Als ik rondloop is het moeilijk om niet onder de indruk te raken van de schaal van ITER. En om niet in te zien hoe lastig het is om in zo’n groot project alle neuzen dezelfde kant op te krijgen. Is dit project misschien té moeilijk om af te maken?

De anonieme bron benadrukt dat hij denkt dat ITER op de goede weg zit. “Dat wat we hier neerzetten en de resultaten die we nu halen, zijn indrukwekkend”, zegt hij. “Het project staat goed op de rails. We maken vooruitgang, ITER is haalbaar, en we zijn nu zo ver dat we niet meer terug kunnen. De technische uitdagingen zijn uiteindelijk op te lossen.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 november 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.