Berichten over startups en overheden die honderden miljoenen en zelfs miljarden steken in kernfusie, vliegen je om de oren. Zo haalde de Duitse startup Proxima Fusion deze maand 130 miljoen euro op bij private investeerders en kondigde de Britse overheid aan de komende vijf jaar omgerekend bijna 3 miljard euro te reserveren voor een eigen kernfusieproject. Maar komt kernfusie als duurzame energiebron daarmee echt sneller in zicht?
Kernfusie wordt vaak genoemd als de heilige graal van duurzame energieopwekking. De bekende grap daarbij is dat er om de paar jaar dezelfde aankondiging wordt gedaan: over 20 jaar kan kernfusie echt gaan bijdragen aan de energievoorziening. Dat is ook nu de consensus, al zijn er vooral in de VS startups die met de nodige bravoure claimen dat commercieel schaalbare kernfusie binnen een paar jaar realiteit zal zijn.
Dat de race om kernfusie weer veel aandacht trekt, heeft alles te maken met de dubbele uitdaging waar de wereld voor staat: het opvangen van de sterke stijging van de vraag naar elektriciteit in de komende decennia, in combinatie met het behalen van klimaatdoelen die een snelle afbouw van het gebruik van fossiele brandstoffen vereisen.
De vraag is daarbij vooral of een nieuwe investeringsgolf tot doorbraken leidt, waarbij kernfusie snel genoeg kan opschalen om binnen enkele decennia een rol van betekenis te spelen in het energiesysteem.
Dit moet je weten over de stand van zaken rond kernfusie.
#1 Wat is kernfusie en waarom is het zo complex?
Kernfusie vindt in de zon plaats doordat de kernen van waterstofatomen worden samengevoegd tot heliumatomen. Daarbij komen enorme hoeveelheden energie vrij. De nabootsing van dit proces in laboratoria op aarde vergt extreme verhitting (tot 100 miljoen graden Celsius), waarbij een plasma ontstaat dat lang genoeg bedwang gehouden moet worden om kernfusie tot stand te brengen en de vrijkomende energie nuttig te gebruiken.
Het grote voordeel van kernfusie is dat er, in tegenstelling tot het proces van kernsplitsing, geen langdurig radioactief afval als restproduct overblijft. Ook is kernfusie in principe een methode om energie te produceren waarbij geen broeikasgassen worden uitgestoten. Al kan de bouw van apparatuur en productiefaciliteiten voor kernfusie (net als bij klassieke kerncentrales) wel gepaard gaan met de uitstoot van broeikasgassen.
De grote uitdaging is om ervoor te zorgen dat de totale ingebrachte energie die nodig is om kernfusie tot stand te brengen, kleiner is dan de energie die vrijkomt. Vervolgens moet een dergelijk proces op een economisch concurrerende manier opgeschaald kunnen worden.
#2 Welke technologieën worden ingezet voor kernfusie?
Technologieën die worden gebruikt om kernfusie tot stand te brengen, verschillen in hoofdlijnen van elkaar door de manier waarop het superhete plasma in bedwang wordt gehouden.
Twee hoofdstromingen binnen de kernfusie zijn zogenoemde ‘magnetische opsluiting’ en ‘inertiële opsluiting’. In het eerste geval worden zeer sterke magneetvelden gecreëerd om het plasma te kanaliseren en in het tweede geval wordt een minibolletje (pellet) dat de waterstofisotopen deuterium en tritium bevat, in zeer korte tijd met lasertechnologie verhit om een plasma te creëren dat direct tot kernfusie leidt.
Technieken die met magnetische opsluiting werken, kennen diverse varianten. De bekendste daarvan zijn:
– Pinch: hierbij worden magnetische velden gegenereerd door elektrische golven door het plasma zelf te sturen.
– Stellarators: met behulp van zeer krachtige magnetische velden wordt het plasma in de vorm van een soort donut onder controle gehouden.
– Tokamaks: deze aanpak combineert de pinch-technologie met stellerators, dus een combinatie van magneten en stroom die in het plasma wordt gegenereerd. Opnieuw leidt dit tot een donutachtige structuur om het plasma in bedwang te houden.
#3 Waar gaat het geld van private investeerders naartoe?
Techondernemer Sam Altman is mede-investeerder in kernfusie-startup Helion. Foto: Getty Images.
Vanuit de privésector wordt er flink ingezet op kernfusie als doorbraaktechnologie. Eerder deze maand werd bijvoorbeeld bekend dat de Duitse startup Proxima Fusion in een nieuwe financieringsronde 130 miljoen euro heeft opgehaald bij investeerders voor de bouw van een stellaratorfaciliteit.
In totaal is er volgens een rapport van de brancheorganisatie Fusion Industry Association de afgelopen jaren voor 7,1 miljard dollar aan financiering opgehaald door 45 bedrijven die zich met kernfusie bezig houden. De internationale financieringsdatabase Dealroom komt op een vergelijkbaar bedrag van bijna 7 miljard dollar op basis van geldrondes waaraan durfinvesteerders meededen.
De gegevens van Dealroom laten ook zien dat het gros van de investeringen is gegaan naar startups die zich bezig houden met oplossingen op basis van magnetische opsluiting. Daar is zo’n 5,3 miljard dollar naartoe gevloeid. Technologie op basis van inertiële opsluiting komt op de tweede plaats met 1,3 miljard dollar aan private financiering.
Enkele van de best gekapitaliseerde spelers worden ondersteund door Amerikaanse Big Tech-bedrijven en soms ook de multimiljardairs achter die bedrijven. Dan gaat het bijvoorbeeld om startup Commonwealth Fusion Systems, waarin onder meer Microsoft, Google en Khosla Ventures hebben geïnvesteerd. Afgelopen mei haalde deze spinoff van de Amerikaanse Universiteit MIT naar verluidt nog voor ruim 1 miljard dollar aan financiering op.
Een grote speler is ook TAE Technologies, een partij die in totaal al 1,2 miljard dollar aan financiering ophaalde, onder meer bij Google, durfinvesteerder Venrock en oliebedrijf Chevron. Verder is Helion Energy een opvallende partij, mede vanwege een financieringsronde van 425 miljoen dollar eerder dit jaar met steun van topman Sam Altman van OpenAI.
#4 Wat doen overheden met kernfusie?
Voorzitter Ursula von der Leyen van de Europese Commissie bezoekt een Duits onderzoeksinstituut voor kernfusie. Foto: Getty Images
Er gaat aardig wat privaat kapitaal naar kernfusieprojecten, maar overheden zitten evenmin stil. Deze maand werd bijvoorbeeld bekend dat de Britse overheid een bedrag van omgerekend bijna 3 miljard euro reserveert om oude kolencentra om te bouwen voor kernfusieprojecten.
Het grootste publieke project voor kernfusie is ITER, een samenwerkingsverband van de Europese Unie, Japan, Zuid-Korea, de Verenigde Staten, China, India en Rusland. Een proefopstelling wordt momenteel gebouwd op een terrein van 180 hectare in Zuid-Frankrijk. De EU heeft hiervoor in de periode tussen 2021 en 2027 een bedrag van 5,6 miljard euro gereserveerd en levert hiermee tot nog toe bijna de helft van de totale investering van ruim 10 miljard euro.
Als je kijkt naar investeringsbedragen die vanuit overheden beschikbaar worden gesteld, gaat het dus om vele miljarden. Het kan hiermee ook zo uitpakken dat grote doorbraken van kernfusie niet vanuit private startups, maar vanuit de publieke sector komen.
#5 Is kernfusie een oplossing voor de stijgende energievraag én het behalen van klimaatdoelen?
In 2022 ontstond er grote opwinding, toen het Amerikaanse Lawrence Livermore National Laboratory in Californië meldde dat er bij een proef die gebruik maakte van inertiële opsluiting, gedurende een fractie van een seconde meer energie was opgewekt met kernfusie, vergeleken met de ingezette energie van laserstralen.
Daar moet meteen bij gezegd worden dat de netto opgewekte energie net genoeg was om bijvoorbeeld één bad te verwarmen. Bovendien hadden de gebruikte lasers een gigantische hoeveelheid energie nodig om dat resultaat tot stand te brengen. Anders gezegd: de kloof tussen het lab en een commercieel rendabele kernfusiefabriek werd met het wetenschappelijke succes niet overbrugd.
Private spelers zoals Helion claimen intussen op een termijn van enkele jaren commerciële kernfusie te kunnen realiseren. Techondernemer en AI-goeroe Sam Altman is daar vrij stellig over en aangezien hij de man is achter de doorbraak van ChatGPT, krijgen zijn uitspraken steevast flink wat aandacht.
Diverse onafhankelijke wetenschappers menen dat het tijdspad voor een technologische doorbraak én commerciële opschaling naar een grotere productie nog steeds op zo’n twintig tot vijfentwintig jaar voor ons ligt. Dit bleek afgelopen jaar bijvoorbeeld ook uit een rapport van een aantal Duitse wetenschappelijke instituten.
Gelet op dit verwachte tijdspad concluderen wetenschappers dan ook dat, zelfs in een scenario met grote technologische doorbraken, het opschalen van kernfusie de komende twee decennia simpelweg te traag gaat om beslissende invloed te kunnen uitoefenen op de mondiale energievoorziening.
Kernfusie wordt daarmee naar verwachting niet de aanjager van de benodigde snelle afbouw van het gebruik van fossiele energie. En dat is wel essentieel om tot een significante daling van de uitstoot van broeikasgassen te komen. In optimistische scenario’s zou kernfusie in de tweede helft van deze eeuw wel een serieuze rol kunnen gaan spelen bij de mondiale energievoorziening.
