Na alle optimistische berichten over kernfusie en de bouw van de ITER-reactor in Zuid-Frankrijk schreef de Duitse krant die tageszeitung, een artikel over een aantal fundamentele problemen van kernfusie die nog niet opgelost zijn. Zelfs voorstanders van de technologie erkennen dat er nog veel onopgeloste problemen zijn. Hun antwoord is de roep op meer geld en onderzoek, maar niet iedereen is er van overtuigd dat die fundamentele problemen ook opgelost kúnnen worden en of het wel zinvol is om zoveel geld te stoppen in iets wat sowieso te laat is om een rol in de energietransitie te spelen. "De strijd tegen de klimaatcrisis mag niet ontaarden in wensdenken over onzekere megaprojecten."

(Artikel "Für immer ein Traum: Energie durch Kernfusion", door Malte Kreutzfeldt, redacteur economie en milieu, Tageszeitung, 22 augustus 2020, vertaling Laka)

De Franse president vierde eind juli de ITER-kernfusiereactor met grote woorden: het miljardenproject, waarvan de bouw op die dag officieel begon was een "belofte van vooruitgang en vertrouwen in de wetenschap". En natuurlijk herhaalde Macron de beloften van kernfusie aan de mensheid: energieopwekking, waarbij atomen worden samengesmolten naar het voorbeeld van de zon, zou 'voldoen aan de behoeften van bevolking in alle delen van de wereld, de uitdagingen van klimaatverandering aangaan en natuurlijke hulpbronnen beschermen”, zo beloofde hij.

Na lange vertraging boekt de controversiële kernfusiereactor momenteel inderdaad enige vooruitgang. Terwijl er meer dan twintig jaar verstreek van het eerste idee in 1985 tot de officiële start van de bouw, en er de eerste jaren weinig gebeurde op de bouwplaats, is er momenteel veel gaande in Cadarache in het zuiden van Frankrijk: enorme onderdelen voor de toekomstige kernreactor zijn van over de hele wereld aangekomen en zullen nu door een internationaal team met enorme hijskranen in elkaar worden gezet.

Eerste fusie over 16 jaar?
De Duitse federale overheid staat achter de technologie. Voor Thomas Bareiß, CDU-staatssecretaris bij het federale ministerie van Economische Zaken, is fusie zelfs "de beste technologie" voor "een schone, veilige en betaalbare energievoorziening".
De exploitanten van ITER zijn optimistisch: over vijf jaar moet er in ITER al het eerste plasma worden gegenereerd. ‘Plasma’ heet de vierde fase van een stof naast vast, vloeibaar en gasvormig. Bij de temperaturen van 150 miljoen graden ‘C lost de atomaire structuur op: atoomkernen en elektronen worden van elkaar gescheiden. Tien jaar later moeten de eerste fusie-experimenten plaatsvinden.

Maar tot dan is het nog een lange weg. Zo lang zelfs dat veel experts twijfelen of kernfusie ooit op grote schaal elektriciteit zal opwekken. "Alles wat er tot dusver is gebeurd, toont aan dat commerciële energieproductie uit kernfusie niet realistisch is", zegt Michael Dittmar van de ETH universiteit in Zürich, Zwitserland. 'Het wordt tijd dat de kernfusieonderzoekers dat eindelijk toegeven.' De deeltjesfysicus heeft de talrijke onopgeloste problemen in verband met fusie voor de fractie van de Duitse Groenen verzameld.

Nu is het niet verwonderlijk dat de Groenen, die al lang kritisch zijn over kernfusieonderzoek, een deskundige hebben gevonden die hun bedenkingen deelt. Het is echter verrassend dat de wetenschappers die feitelijk achter ITER staan, zijn analyse delen.

Tot dusver was de kritiek op ITER in Duitsland vooral gericht op het feit dat het project steeds duurder wordt en steeds langer duurt: in plaats van het jaar 2000, zoals gehoopt in de oorspronkelijke planning, of 2019, zoals aangekondigd bij de start van de bouw in 2007, is de voltooiing van ITER momenteel gepland voor 2025, waarbij verdere vertraging waarschijnlijk wordt geacht; de eerste kernfusie zal op zijn vroegst in 2036 plaatsvinden.

En de € 5,5 miljard die aanvankelijk werd genoemd als totale kosten zijn nu naar schatting € 30 miljard geworden; het exacte bedrag is niet bekend omdat elk van de deelnemende landen de financiële verantwoordelijkheid draagt voor de onderdelen die van daaruit worden geleverd. Eind juli besloot de EU de uitgaven van € 5 miljard aan ITER in de periode tot 2027 bijna te verdubbelen; in totaal draagt de EU ongeveer de helft van de kosten.

Maar zelfs zoveel tijd en geld zou goed kunnen worden geïnvesteerd als het uiteindelijke de oplossing voor alle energieproblemen zou zijn. Maar daar ziet het niet naar uit.

In zijn rapport, dat in het bezit is van de taz, noemt Dittmar vier centrale problemen waarvoor momenteel geen oplossing bestaat. Om deze te begrijpen, moet men zich wat meer verdiepen in de processen die plaatsvinden in een kernfusiereactor.

Kernfusie vindt plaats in het plasma, dat zich in een donutvormig vacuümvat bevindt en bij elkaar wordt gehouden door sterke magnetische velden: deuterium, een waterstofatoom dat, in tegenstelling tot ‘normaal’ waterstof, wat uit elektron en een proton bestaat, bevat ook een neutraal deeltje, een neutron, en tritium, een waterstofatoom met twee neutronen, versmelten samen tot een heliumatoom en een vrij neutron.

Bij deze fusie komt veel hitte vrij. Ooit moet die fusie de hoge temperatuur in stand houden die nodig is voor het plasma en ook worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Radioactief afval wordt slechts in kleine hoeveelheden geproduceerd en er kan geen ongecontroleerde kettingreactie plaatsvinden zoals bij kerncentrales.

Nog geen goed materiaal voor reactorwand
Het doel van ITER is om het fusieproces per keer maximaal 7 tot 8 minuten in stand te houden. Het plasma moet dan telkens worden gereinigd. "Maar dat is nog steeds een aantal ordes van grootte verwijderd van de vereisten van een commerciële reactor", schrijft Dittmar. "Hoe een stabiel plasma in de vereiste grootte en duur moet worden bereikt, is volkomen onduidelijk."

Het plasma in het zogenaamde vacuümvat is omgeven door een meerlaags omhulsel. En het heeft veel te verduren: de binnenwand staat bloot aan enorme temperaturen en permanent bombardement met hoogenergetische neutronen; het moet deze weerstaan zonder ze te veel te vertragen. "Op dit moment is er geen materiaal dat zelfs maar in de buurt komt van deze vereisten", schrijft Dittmar.

Dat klinkt ongelooflijk. Maar het wordt bevestigd door een officiële instantie.
Michel Claessens is een van de mensen die verantwoordelijk zijn voor het ITER-project in de Europese Commissie. Eerder leidde de wetenschapper, die gepromoveerd is in fysische chemie, vijf jaar lang ITER's PR-werk in Cadarache. Hij bevestigt tegen de taz: "Tot nu toe hebben we geen oplossing voor de binnenste laag van de reactor."

Bij ITER wordt hiervoor beryllium gebruikt, maar voor latere kernreactoren is dit ongeschikt. "Het zal de stress op lange termijn niet kunnen weerstaan", zegt Claessens. En wat betekent dat? We moeten gewoon intensiever aan oplossingen werken, aldus de EU ITER-expert - en nog meer geld uitgeven: "Daarom financieren de EU en Japan een aanvullend onderzoeksprogramma om nieuwe materialen voor kernfusiereactoren te vinden."

Tritiumproductie alleen theoretische aanname
Een ander centraal probleem blijft onopgelost: de aanvoer van tritium, een van de twee begin-isotopen van de kernfusie. Waar deuterium kan worden verkregen uit zeewater, komt tritium vrijwel niet voor in de natuur. Net als alle eerdere, veel kleinere kernfusie-experimenten zal ITER afhankelijk zijn van tritium, dat wordt geproduceerd in kerncentrales van het CANDU-type. Maar er zijn er nog maar 28 van in bedrijf en het aantal neemt gestaag af. Daarnaast vervalt radioactieve tritium met een halveringstijd van twaalf jaar, waardoor de beschikbare voorraden snel slinken als er geen nieuw tritium meer wordt geproduceerd.

"Alle andere kernfusiereactoren na ITER moeten daarom hun eigen tritium genereren", schrijft Dittmar. Dat kan gebeuren wanneer een neutron op het element lithium in de zogenoemde Breeding Blanket (kweekdeken) rond het plasma botst, waarbij dan tritium en helium worden gekweekt. Maar het idee dat dit zal lukken, is gebaseerd op niets meer dan "hoop, fantasieën, misverstanden of zelfs opzettelijke verkeerde voorstellingen", aldus Dittmar.

Alle wetenschappers die hieraan werken, bevestigen dat er onvoldoende tritium is voor verdere testreactoren of commerciële kernfusiecentrales. "Het bereiken van zelfvoorzienendheid met tritium is een onvermijdelijke voorwaarde voor alle toekomstige kernfusie-installaties na ITER", schreef Gianfranco Federici vorig jaar in een paper in het IAEA-tijdschrift Nuclear Fusion. De Italiaan leidt de afdeling fysica en technologie van energiecentrales bij Eurofusion, de Europese onderzoeksvereniging voor kernfusie. Hij werkt aan concepten voor een demonstratiefusiereactor die ITER op moet volgen. Federici bevestigt de stelling van Dittmar dat de productie van tritium in kernfusiereactoren tot dusverre slechts theoretische aannames zijn geweest. "Ondanks het cruciale belang ervan voor de ontwikkeling van kernfusie, is er nooit een kweekdeken gebouwd of getest", schrijft hij.

De eerste tests met dergelijke dekens zijn gepland in ITER, maar deze moesten aanzienlijk worden beperkt vanwege ruimteproblemen in de reactor. En zelfs als ze succesvol zullen verlopen, zullen er volgens Federici na ITER nog steeds "hiaten en risico's" zijn. Michel Claessens van de EU geeft ook toe dat ITER praktisch alle tritiumreserves ter wereld zal opgebruiken en dat verdere bevoorrading een "ernstig knelpunt" zal zijn.

Decennia frustrerend trage vooruitgang
Mohamed Abdou wordt nog duidelijker. De kernfysicus van de University of California in Los Angeles doet al meer dan veertig jaar onderzoek naar kernfusie - en vlak voor zijn pensionering maakt hij de ontnuchterende balans op. In een presentatie op het International Symposium on Fusion Technology, dat vorig jaar september in Boedapest plaatsvond, stelde hij volgens de pdf van de lezing dat de voortgang van de afgelopen decennia "frustrerend traag" is verlopen.

Er zijn "grote onzekerheden bij het bereiken van zelfvoorzienendheid met tritium", zegt hij, en de geplande tests bij ITER zijn niet voldoende om die te verhelpen. Abdou: "We kunnen niet doorgaan met praten over de problemen waarvan we weten hoe die op te lossen, en de problemen die voor het functioneren van kernfusie vereist zijn, en waarvoor we geen oplossing hebben, negeren.”

In tegenstelling tot kernfusierecriticus Dittmar willen de kernfusieonderzoekers de technologie nog niet opgeven. Voor Abdou is de consequentie van het niet vinden van oplossingen voor cruciale vragen, dat er meer geld beschikbaar moet komen voor kernfusieonderzoek. Naast particuliere investeerders rekent hij ook op meer overheidsgeld, vooral uit de VS. Ook de Europese fusieonderzoeker Federici roept in zijn paper op tot "een krachtig onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma voor fysica en technologie bovenop ITER".

Sylvia Kotting-Uhl, lid van het Duitse parlement voor de Groenen en voorzitter van de Milieucommissie van de Duitse Bondsdag, wijst dit krachtig af. Voor haar zijn de huidige uitgaven van de EU aan ITER al veel te hoog. "Na decennia zonder succes, toont het nog eens € 5 miljard pompen in een uitzichtloos project vooral een gebrek aan inzicht in de toekomst ervan aan", zei ze tegen Taz.

De recent door Macron herhaalde belofte, dat kernfusie een oplossing zou kunnen zijn voor klimaatverandering, overtuigt de Groenen ook niet: "De strijd tegen de klimaatcrisis mag niet ontaarden in wensdenken over onzekere megaprojecten." In plaats van te hopen op een wonder in de verre toekomst, zouden Duitsland en de EU moeten investeren in volledig ontwikkelde technologieën die het klimaat beschermen, aldus Kotting-Uhl. En zelfs als kernfusie ooit zou slagen, zou het te laat komen om de klimaatcrisis op te lossen, zegt het Bondsdaglid: "Om in 2050 klimaatneutraal te zijn is kernfusie - als het ooit komt - niet relevant."

In feite wordt de versnelling van de klimaatcrisis, die altijd als argument voor kernfusie is genoemd, steeds meer een probleem voor de technologie. Want om onomkeerbare schade aan het klimaat te voorkomen, moeten de uitstoot in geïndustrialiseerde landen halverwege deze eeuw tot nul zijn gedaald. Maar zelfs volgens de grootste optimisten zal kernfusie dan nog geen enkele bijdrage leveren aan de energievoorziening.

In hun plannen zal ITER in eerste instantie worden gevolgd door verschillende andere onderzoeksreactoren (de "DEMO"), die aanzienlijk groter zullen zijn en, in tegenstelling tot ITER, daadwerkelijk elektriciteit zouden moeten gaan produceren. En alleen als deze succesvol zijn, kan de ontwikkeling van commerciële kernfusiereactoren beginnen - ergens ver in de tweede helft van deze eeuw.

En zelfs als de talrijke technologische problemen, waarvoor zelfs nog geen theoretische oplossing in zicht is, in de praktijk onder de knie zouden kunnen worden gekregen, blijft de vraag of kernfusie ook economisch haalbaar is.

Meer stroom eruit dan erin moet?
ITER, de grootste en duurste kernfusiereactor tot nu toe, zal slechts in korte fasen anderhalf keer zoveel elektriciteit opwekken als de reactor gebruikt voor het fusieproces. Zelfs EU-man Claessens beschrijft in een boek over de kernreactor de factor 10 die op de ITER-website wordt vermeld als 'misleidend'. Want alleen de elektriciteit voor verhitting van het plasma wordt berekend en deze wordt vervolgens vergeleken met de opgewekte thermische energie in plaats van de elektriciteit die daarmee zou kunnen worden geproduceerd.

Een commerciële reactor die net zoveel elektriciteit zou moeten opwekken als de huidige nucleaire of kolengestookte elektriciteitscentrales, zou vele malen groter moeten zijn dan ITER - en zou daarom, afgezien van alle technische problemen die ermee gepaard gaan, ook aanzienlijk duurder zijn.

Economische haalbaarheid onduidelijk
Gezien het feit dat zelfs technisch geavanceerde ‘conventionele’ kerncentrales niet kunnen concurreren met de steeds goedkopere opwekking van elektriciteit uit wind en zon, en dat ook de opslag van elektriciteit steeds goedkoper wordt, lijkt het moeilijk voor te stellen hoe elektriciteit uit tientallen miljarden kostende grote energiecentrales over vijftig jaar goedkoper zou kunnen zijn dan hernieuwbare bronnen.

Het is dan ook, gezien deze feiten, verrassend dat CDU-staatssecretaris Thomas Bareiß tot de conclusie komt dat kernfusie een “betaalbare energievoorziening” zou kunnen opleveren. Navraag over wat de basis voor deze stelling is, bleef onbeantwoord. Het (Duitse) ministerie van Economische Zaken stelde alleen dat hoewel fusieonderzoek "vooruitgang had geboekt", het "nog niet mogelijk is om precies te voorspellen wanneer commerciële elektriciteitsproductie uit kernfusie zou kunnen plaatsvinden".

Politiek houdt vast aan belofte
Ook EU-expert Claessens geeft toe dat het nog onduidelijk is of fusie ooit competitief zal worden. "De economische levensvatbaarheid moet nog worden aangetoond", zegt hij. Maar na jaren van werken aan het project wil hij er niet door worden gestopt: “Misschien lukt het niet. Maar we moeten het in ieder geval proberen, want de potentiële voordelen zijn enorm. "

Ook het Duitse ministerie van Economische Zaken is niet onder de indruk van de nog niet opgeloste problemen. "Vanuit het standpunt van de federale regering is kernfusie een energiebeleidsoptie na de periode 2050", zei minister Peter Altmaier. "Daarom doet Duitsland mee aan ITER."

Michael Dittmar herinnert deze benadering aan "De kleren van de Keizer", het sprookje van Hans Christian Andersen: “Als iedereen beweert kleren te zien, durft niemand te zeggen dat hij naakt is”.