Onlangs schreven we over de installatie van zonnepanelen op je dak en wat daarbij komt kijken, en daarna volgde een achtergrondverhaal over thuisbatterijen om opgewekte energie op te slaan. In beide gevallen komt die energie van de zon, een gasbol die op honderdvijftig miljoen kilometer afstand waterstof en helium laat fuseren. Al decennia werken wetenschappers en technici aan de productie van een 'kleine zon' op aarde. Zo'n fusiereactor zou de energieproductie op aarde volledig op z'n kop zetten, met bijna oneindige, goedkope en vooral schone energie.
Die belofte is er zoals gezegd al decennia, en steevast was de horizon, het moment waarop de technologie daadwerkelijk levensvatbaar zou kunnen zijn, tien of twintig jaar weg. Die verschuivende horizon lijkt inmiddels wat vaster te liggen, dankzij significante vorderingen in de techniek om een fusiereactor te maken. Bij diverse onderzoeksreactors meldden wetenschappers het afgelopen jaar belangrijke mijlpalen in de ontwikkeling, waarmee kernfusie zowaar daadwerkelijk in zicht lijkt te komen.
In dit achtergrondverhaal zetten we de ontwikkelingen rond kernfusie op een rijtje en kijken we naar de verschillende soorten reactoren waaraan wordt gewerkt. Daar hoort ook een klein beetje theorie bij over hoe een fusiereactor werkt en waarom het op aarde zo lastig is om dit te realiseren, terwijl elke ster schijnbaar moeiteloos onnoemelijke hoeveelheden materie laat fuseren.
Weergave van plasma in een fusiereactor (beeld: IPP)
Fusiereacties
Wie weleens Marvel-films kijkt, kan zich misschien Doc Ock uit de tweede Spider-Man van twee iteraties geleden nog herinneren. De nucleair fysicus wilde een fusiereactor bouwen, met desastreuze gevolgen. Die reactor had twee realistische aspecten: de brandstof was tritium en er was een magnetisch veld nodig om de fusiereactie te controleren. Laten we zeggen dat de implementatie en de rest van de gebeurtenissen minder realistisch waren.
Fusiereactie in een ster
Net als in de zon moeten in een fusiereactor atomen worden versmolten en zo een zwaarder element vormen. En net als bij kernsplitsing komt daar nogal wat energie bij vrij. Voor dat laatste worden isotopen, of varianten van atomen, gebruikt die van nature al graag uiteenvallen. Bij fusie is wat meer dwang nodig om atoomkernen zo dichtbij elkaar te krijgen dat ze samensmelten. In een ster wordt dat makkelijk gerealiseerd door de immense druk van miljarden kilogrammen materie, maar op aarde zijn daar trucjes voor nodig.
De 'makkelijkste' manier om kernfusie te bewerkstelligen, is het gebruik van lichte atoomkernen. Veel lichter dan waterstof wordt het niet en door twee waterstofkernen te laten fuseren tot helium komt veel energie vrij. Vaak worden twee isotopen van waterstof, deuterium en tritium, gebruikt. Gewoon waterstof heeft alleen een proton. Deuterium en tritium hebben beide ook een proton, maar dat combineren ze in hun kern met een dan wel twee neutronen. Als deuterium en tritium fuseren, ontstaat helium. Dat heeft twee protonen en vier neutronen. De reactie levert daarbij ook een extra 'los' neutron. De verdwenen bindingsenergie wordt in kinetische energie omgezet; daarmee levert de fusie van deuterium en tritium ongeveer 17,6MeV.
Deuterium-tritium-fusiereactie
Bovenstaande D+T-reactie wordt vaak voor onderzoek gebruikt, maar het is lastig om grote hoeveelheden tritium te produceren. In een werkende fusiereactor kan het overigens wel geproduceerd worden, middels een neutron-lithium-reactie. ITER, een van de bekendste fusiereactoren (en waar Tweakers niet lang geleden op bezoek ging) gebruikt voor onderzoeksdoeleinden deze deuterium-tritium-reactie. De energie die in ITER wordt gegenereerd en voornamelijk als warmte vrijkomt, wordt overigens niet benut. ITER is dan ook puur een research-reactor en niet bedoeld voor productie.
Er zijn diverse fusiereacties die energie opwekken, maar bovenstaande is een van de meest voorkomende. Althans, dat is niet helemaal waar, want de reacties die in sterren optreden, zijn natuurlijk veel gangbaarder. Daarin worden protonen, oftewel waterstof zonder elektronen, gecombineerd tot deuterium, dat met protonen combineert tot helium-3, dat weer fuseert om gewone helium-4 te maken. Bij die hele reactie gaat massa verloren, die als energie vrijkomt. Daarbij wordt ongeveer 26MeV aan energie geproduceerd.
Net als in een ster moeten in fusiereactors plasma's worden gemaakt. Alleen in een plasma, in dit geval waterstofatomen zonder elektronen, is de temperatuur en dichtheid hoog genoeg om atomen te laten fuseren. Daarom worden ook in fusiereactoren plasma's gemaakt. Hoe die worden gemaakt, in stand worden gehouden en onder controle blijven, bekijken we op de volgende pagina's, waar we verschillende soorten fusiereactoren onder de loep nemen.
Reactoren: tokamaks
Een ster zoals de zon maak je niet zomaar na op aarde. Daar zijn ingewikkelde apparaten voor nodig die onder meer extreem hoge temperaturen kunnen weerstaan. Er zijn enkele 'beproefde' ontwerpen die gebruikt worden voor studies naar kernfusie. Er zijn twee hoofdontwerpen van fusiereactors: enerzijds magnetische opsluiting en anderzijds traagheidsopsluiting. Die laatste methode lijkt overigens niet de meest logische weg voor een fusiereactor die energie moet opwekken als alternatief voor traditionele energiecentrales.
Magneetvelden in een tokamak (beeld: EUROfusion)
Tokamak
De tokamak is waarschijnlijk het bekendste voorbeeld van een fusiereactor. Het is in essentie een donutvormige kamer - eigenlijk moeten we formeel 'toroïde' zeggen - waarin met behulp van sterke magneten een plasma wordt opgesloten. Omdat een plasma voor een fusiereactie extreem heet moet zijn, in de orde van miljoenen graden, mag het plasma de wanden van de reactor niet raken. Niet alleen zou de reactorwand dan smelten, maar bovendien zou het plasma zijn warmte kwijtraken, wat fusie onmogelijk maakt. Gelukkig is een plasma extreem gevoelig voor magneetvelden, waardoor het zich laat 'vangen' door het externe magneetveld. Datzelfde magneetveld wordt ook gebruikt om het plasma samen te knijpen, zodat het nog heter wordt en de protonen dicht genoeg op elkaar worden gedrukt om fusie op te laten treden.
Q-factor en ontbranding
Twee belangrijke factoren voor het succes van een fusiereactor zijn de Q-factor, of simpelweg Q, en ontbranding. Dat laatste houdt in dat een plasma dat voldoende verhit is, niet meer extra verwarmd hoeft te worden als de fusie op gang komt. De vrijgekomen energie van fusiereacties is dan voldoende om het plasma heet genoeg te houden om fusie mogelijk te maken. In de praktijk moet die temperatuur op ongeveer 100 miljoen kelvin liggen.
De Q-factor, of Q, geeft de verhouding weer tussen de energie die de reactor ingaat en de energie die wordt opgewekt. Bij een Q groter dan 1 wordt meer energie opgewekt dan nodig is om de reactor op gang te brengen. Het streven is dan ook om een zo hoog mogelijke Q te realiseren, zodat een reactor veel meer energie opwekt dan erin wordt gestopt. De hoogste Q tot dusver bedraagt 0,7. Eigenlijk zijn dergelijke cijfers geflatteerd, omdat voor Q-berekeningen meestal enkel de energie voor het daadwerkelijk opwarmen van het plasma wordt gebruikt. Q zou lager uitvallen als ook alle energie voor de rest van een reactorcomplex wordt meegerekend.
De bekendste tokamak is de eerder aangehaalde reactor van ITER, de International Thermonuclear Experimental Reactor. Zijn voorgangers, die nog operationeel zijn, zijn eveneens onderzoeksreactors, zoals de JET en de Amerikaanse TFTR. De ITER moet echter Europa's paradepaardje worden. De reactor is nog in aanbouw en zal rond 2025 voor het eerst moeten worden geactiveerd. Pas tien jaar later, tegen 2035, staat fusie met behulp van deuterium en tritium op de planning. Alles over ITER lees je in een achtergrondverhaal dat we 2019 publiceerden.
Vooralsnog heeft niet ITER, maar een andere Europese reactor het record van energie-output in handen. De JET leverde in 1997 gedurende iets meer dan een seconde 16 megawatt fusie-energie, voor een totale output van 22MJ. Om het plasma op te warmen, was meer energie nodig dan de reactor leverde. Een netto positief resultaat is er dus nog niet. De onderzoekers die aan JET, of de Joint European Torus, werken, slaagden er in december 2021 in om hun eigen record te verbreken, met een energie-output van 59MJ. De fusiereactie hield veel langer stand, zo'n vijf seconden, maar ook dit keer was er netto geen positieve energie opgewekt.
Onderdelen van JET zijn opnieuw gebouwd volgens ontwerpen die voor ITER werden ontwikkeld, en inmiddels is JET weer operationeel. Onlangs werd de honderdduizendste plasmapuls opgewekt, waarvan de resultaten binnenkort worden gedeeld. De toekomst van JET, dat door een Europees consortium werd ontwikkeld, maar in het Engelse Oxfordshire staat, was onder meer wegens de Brexit lange tijd onzeker. Inmiddels zijn afspraken gemaakt om de tokamak in ieder geval tot 2024 operationeel te houden. Een opvolger is overigens ook gepland. Dat zou daadwerkelijk een experimentele energiecentrale moeten worden. De STEP zou in 2040 operationeel moeten zijn en wordt dan een prototype voor een commerciële fusiereactor.
Doorsnede van de ITER, 's werelds bekendste tokamak in aanbouw (beeld: ITER)
De TFTR was, hoewel eveneens puur een onderzoeksproject, wel ontworpen om energie-positief te zijn, maar Princeton-onderzoekers slaagden niet in die opzet. De reactor is inmiddels opgevolgd door het National Spherical Torus Experiment, of NSTX, eveneens gevestigd in het Princeton Plasma Physics Laboratory aan de gelijknamige universiteit. Na een upgrade van 2012 tot 2015 kwam de reactor in 2016 stil te liggen, maar hij moet in 2022 weer operationeel worden.
Er zijn nog flink wat andere (sferische) tokamaks actief. Zo heeft Groot-Brittannië twee private reactoren, de ST25 en ST40. De ST25 genereerde in 2012 zijn eerste plasma, gedurende drieduizendste seconde. De ST40 heeft inmiddels plasma gegenereerd van 15 miljoen graden Celsius en is op weg naar zijn doel van 100 miljoen graden. De tokamaks worden ontwikkeld door Tokaman Energy, specifiek met het doel om commerciële fusie mogelijk te maken. Een derde (of eigenlijk vierde) reactor in het VK is de MAST Upgrade, een onderzoeksreactor die sinds 2020 operationeel is. Zijn voorganger, de MAST, werkte van 1999 tot 2013. Aan een opvolger wordt al gewerkt; STEP moet energie gaan leveren in 2040.
In Italië is een oude tokamak, Start, gerecycled tot de Proto-Sphera en de Verenigde Staten hebben naast de NSTX ook Pegasus. Verder staat een tokamak in Brazilië: de ETE ofwel Experimento Tokamak Esférico, en Rusland heeft de Globus-M. In Japan zijn de TST-2 en Quest actief en China heeft de Sunist en werkt aan een opvolger daarvan, de Cfetr.
Reactoren: stellerators
Hoewel de tokamak een van de populairste ontwerpen is, zijn er ook andere manieren om een plasma op te sluiten en heet genoeg te stoken om fusie mogelijk te maken. In een (sferische) tokamak wordt het plasma met magneetvelden opgesloten in een toroïdale kamer, een donut. Het magneetveld wordt daarbij gevarieerd om te voorkomen dat het plasma de wanden raakt. In een stellerator worden ook magneetvelden gebruikt om het plasma op te sluiten, maar in plaats van de magneetvelden te manipuleren om variaties in het plasma te voorkomen, wordt de vorm van de plasmakamer zelf gebruikt om het plasma op te sluiten. Daarmee wordt een groot probleem van tokamaks aangepakt: de magneten die in een tokamak voor plasma-opsluiting zorgen, zitten in de binnenring van de donut dichter bij elkaar dan in de buitenring. Dat zorgt voor een zwakker veld buiten dan binnen, waardoor het moeilijk is het plasma in stand te houden.
Plasma en magneetvelden in een stellerator, de Wenderstein 7-X (beeld: IPP)
In een stellerator zitten de magneten in ringen om de plasmakamer heen en is de plasmakamer geen mooie torus, maar een golvende kamer. Daardoor heffen de sterkere en zwakkere magneetvelden elkaar op en zou het plasma beter opgesloten en in stand gehouden kunnen worden.
Het berekenen van de benodigde magneetvelden en de vorm van de kamer is complex en heeft het bemoeilijkt om grote, succesvolle ontwerpen van stellerators te maken. Inmiddels kunnen met supercomputers de nodige berekeningen worden uitgevoerd en supermagneten kunnen inmiddels ook in elke gewenste vorm worden gemaakt. Van die vooruitgang maakt onder meer de Wendelstein-reactor gebruik. De 7-X is dermate complex dat hij nooit zou kunnen worden gerealiseerd zonder de uiterst ingewikkelde simulaties die supercomputers van de vorm van het plasma maken. Deze simulaties dicteren de vorm van de W-7-reactor en die van de supermagneten.
Indruk van complexiteit van de Wendelstein 7-X-stellerator (beeld: IPP)
Zelfs met de vooruitgang in techniek zijn stellerators uiterst complexe machines om te bouwen. Er zijn dan ook maar enkele stellerators actief of in aanbouw. De eerder genoemde Wendelstein 7-X in Duitsland is het bekendste voorbeeld, maar ook in de VS staat een stellerator: de HSX, wat staat voor Helically Symmetric eXperiment. In Japan staat de LHD, of Large Helical Device. Deze stellerator is ontworpen om gedurende langere tijd een plasma in stand te houden en is daar in de praktijk ook toe in staat gebleken. In 2005 werd gedurende 3900 seconden een plasma opgesloten.
Waarom is kernfusie zo moeilijk?
Het flauwe antwoord op deze vraag zou zijn: kernfusie is helemaal niet moeilijk, het is verreweg de meest voorkomende reactie in ons universum. Dat is niet helemaal eerlijk natuurlijk, want een ster heeft dankzij de enorme massa van het waterstof en helium met gemak de benodigde temperatuur om kernen te laten fuseren. De temperatuur in de kern van de zon bedraagt zo'n 15 miljoen graden Celsius, en de druk maar liefst 265 miljard bar. In een fusiereactor op aarde zijn die omstandigheden niet zomaar te repliceren.
Omdat de 'gasdruk' van het plasma veel lager is, moet de temperatuur nog veel hoger zijn dan in een ster. De protonen moeten immers genoeg energie hebben om zo hard op elkaar te botsen dat de kernen de afstotende kracht overwinnen en kunnen fuseren. Een temperatuur van ongeveer 100 miljoen graden Celsius of kelvin is nodig. Er zijn weinig materialen die dergelijke temperaturen kunnen weerstaan, dus moet een andere manier worden gebruikt om het plasma op te sluiten. Desalniettemin is de wand van een reactor bekleed met zeer warmteresistent materiaal, zoals grafiettegels. De zogeheten diverter krijgt hierbij speciale aandacht. Dat is een soort uitlaat waarlangs hete gassen worden afgevoerd uit de reactor. De diverter moet zijn bestand tegen extreme temperaturen.
Schema van de diverter van ITER: een uitlaat waarlangs hete gassen worden afgevoerd (beeld: ITER)
Plasma heeft het voordeel dat het elektrisch geleidend is omdat de elektronen van de protonen zijn gescheiden. Dat betekent dat het gemanipuleerd kan worden met een magneetveld: die twee zijn immers onlosmakelijk met elkaar verbonden. Door rondom het plasma sterke magneten te positioneren, kan of moet het plasma de magneetvelden volgen. Die magneten moeten echter wel extreem sterk zijn en bovendien mag geen plasma ontsnappen, want dan zou de reactor smelten.
Hoewel plasma de vierde staat van materie is, gedraagt het zich een beetje als een gas, in die zin dat het zich wil uitspreiden. Tegelijk treden in het plasma allerlei wervelingen op die moeilijk zijn te voorspellen. Het is turbulent en allerlei factoren kunnen voor het uitbreken van plasma zorgen. Zelfs het inbrengen van brandstof moet uiterst nauwkeurig en voorzichtig worden doordacht. Momenteel wordt bijvoorbeeld geëxperimenteerd met bevroren bolletjes waterstof en neon die in fragmenten in het plasma worden ingebracht. Dat moet helpen een reactor gedurende langere tijd zonder verlies van plasma-opsluiting te laten draaien.
Opwarmen
Een ander lastig aspect is het opwarmen van het plasma. In een tokamak of sferische torus kan een sterke stroom worden opgewekt in het plasma die het opwarmt, en door het plasma naar regionen met een sterker magneetveld te leiden, wordt het plasma gedwongen zich dichter opeen te persen. Beide technieken zorgen voor opwarming, maar vragen ook veel energie. In een stellerator kan het plasma overigens niet worden verwarmd met een sterke stroom; daar moeten magneten al het werk doen. Dat stelt nog hogere eisen aan de magneten, wat ze duurder maakt.
Een van de ionen-cyclotrons van ITER (beeld: ITER)
In een moderne reactor worden nog diverse andere manieren ingezet om plasma te verhitten, zoals het inbrengen van hoogenergetische deeltjes of het gebruik van radiogolven. Ook die methoden vergen veel energie. ITER gebruikt bijvoorbeeld twee cyclotrons die via resonantie voor verwarming van het plasma zorgen. Hun werking is ietwat vergelijkbaar met die van een enorm krachtige magnetron, maar ze verstoken ongeveer 10MW per stuk. Daarnaast gebruikt ITER een elektron-cyclotron om het plasma zeer lokaal te verwarmen en zo instabiliteit te bestrijden. Ten slotte zijn twee neutronenstraal-injectoren van ieder 16,5MW actief om het plasma te verwarmen.
Neutronen en lithium
Een ster zoals onze zon produceert een enorme hoeveelheid energie die als warmte en licht (en andere elektromagnetische straling) vrijkomt. Een groot deel van die straling is afkomstig van gammastraling die wordt geproduceerd als restproduct van de D-T-fusie. In een ster botsen de gammadeeltjes jarenlang op andere deeltjes en verliezen daarbij een deel van hun energie, zodat ook zichtbaar licht ontstaat. Als een fusiereactor op aarde werkt, produceert die ook warmte en deeltjes. Dan worden echter vooral - naast energie - neutronen geproduceerd. Aangezien die veel energie krijgen, kunnen ze nogal wat schade aanrichten aan de reactor. Ze worden niet tegengehouden door het magneetveld omdat ze, zoals de naam impliceert, geen lading hebben.
Neutronen uit de DT-fusie produceren tritium in lithiumkweekmodules
Dat heeft een nadeel: de neutronen krijgen niet alleen het gros van de opgewekte energie mee, ongeveer tachtig procent, maar kunnen ook andere materialen radioactief maken. Ze hebben echter ook positieve effecten; niet alleen kunnen ze het plasma opwarmen dankzij hun hoge energieniveau, ze kunnen ook kostbaar tritium produceren. Deuterium is vrij eenvoudig te winnen, maar tritium is zeldzaam. Om het te produceren, kan een reactor worden bekleed met een mantel van lithium dat de neutronen absorbeert en helium en tritium als product heeft. Dat kan worden uitgebuit door tritium uit de lithiummantel te winnen of lithium direct in een reactor te brengen. De meest effectieve isotoop van lithium is lithium-6, dat nauwelijks voorkomt in de natuur. Door lithium-7 te verrijken kan het worden gemaakt, maar dat maakt een fusiereactor weer niet bepaald goedkoper.
Mantel-modules voor neutron-absorptie rondom een tokamak-reactor: modules met lithium kunnen als tritium-kweekmodules worden ingezet (beeld: ITER)
Opschalen
In theorie is het 'makkelijker' om in een grotere reactor een fusiereactie op gang te krijgen. Een grotere reactor betekent immers meer plasma, en meer plasma vergroot de kans dat deuterium en tritium hard genoeg op elkaar botsen om te fuseren. Bovendien heeft een grotere reactor in verhouding meer volume ten opzichte van zijn oppervlak dan een kleine reactor, dus kan relatief minder energie weglekken. Om een grotere reactorkamer mogelijk te maken, moeten de magneten echter veel sterker zijn. Dat is niet triviaal; een extreem sterke magneet maken is niet alleen zeer complex, we zitten momenteel ook een beetje op de grens van wat mogelijk is.
Een van vijftig complexe magneten van de Wendelstein X-7-reactor (beeld: IPP)
Magneten voor ITER zijn zeer lastig en duur om te maken. De supergeleidende magneten worden gekoeld met helium en de productie van het supergeleidende kabelmateriaal kostte acht jaar. De magneten wegen honderden tonnen en vergen tientallen gigajoules aan energie. De magneetsterkte is bijna 12T, hoewel dat verder weg een stuk minder is. Een grotere reactor zou een veel sterker magneetveld nodig hebben, iets wat met de huidige techniek niet haalbaar is. Supergeleidende magneten met sterkere veldsterktes zijn wel gemaakt, maar die werken met zeer korte pulsen en zijn niet geschikt voor continugebruik om een plasma op te sluiten.
Indruk van de afmetingen van de reactor van ITER: mens voor schaal (beeld: ITER)
Bovendien is het plasma inherent lastiger in bedwang te houden in zo'n grote torus. Er kunnen wervelingen ontstaan door onverwachte interacties tussen het plasma en het magneetveld. Als het plasma de wand van de reactor raakt, kan de reactor deels smelten, aangezien het plasma miljoenen graden heet is. Zelfs als er geen catastrofaal falen optreedt, zal een verstoring van het plasma voor ongewenste effecten als afkoeling zorgen. Dat laat de reactie weer stoppen en er moet extra energie in worden gepompt.
Vooruitgang en toch niet verder
Op Tweakers schrijven we zo nu en dan over vorderingen op het gebied van kernfusie, zoals over het recente succes van het NIF en het record van de JET-reactor. Met alle reactoren die al actief zijn en nog meer reactoren waar druk aan gebouwd wordt, is kernfusie zowel letterlijk als figuurlijk een hot topic. Toch lijkt fusie nog niet daadwerkelijk dichter bij een commerciële implementatie dan pakweg vijftig jaar geleden.
Een klein overzicht van noemenswaardige vorderingen op het gebied van kernfusie in de afgelopen twee jaar:
Allereerst is in 2020 de constructie van ITER begonnen. Al in 1988 werd het project geïnitieerd en voorbereidingen voor de bouw zijn al vijftien jaar geleden gestart, maar de bouw van de reactor werd in juli 2020 begonnen. Tot 2025 moet aan de reactor worden gebouwd en in dat jaar zal dan volgens plan voor het eerst heet plasma in de kamer worden gegenereerd. Pas tien jaar later moet een daadwerkelijke fusie van deuterium en tritium plaatsvinden. ITER zou 500MW aan vermogen moeten leveren, met een input van 50MW, hoewel het complete systeem 300MW vergt. Desondanks zou ITER een positieve energieopbrengst, de zogeheten Q-factor, moeten realiseren.
Op 4 december 2020 hebben Chinese onderzoekers de HL-2M in gebruik genomen. Dat is een tokamak-reactor van 178 centimeter doorsnede, die vooral bedoeld is om te onderzoeken hoe warmte veilig aan het plasma kan worden onttrokken. Dat is vanzelfsprekend een cruciale stap om daadwerkelijk energie op te wekken met de geproduceerde warmte in een reactor. De reactor zou temperaturen van 150 miljoen graden bereiken.
Meer Chinees succes komt van de EAST-reactor. Deze tokamak wist in mei 2021 een plasma gedurende 101 seconden in te sluiten. Daarbij bedroeg de temperatuur van het plasma 120 miljoen graden Celsius, en gedurende twintig seconden zelfs 160 miljoen graden. In tegenstelling tot de HL-2M maakt EAST gebruik van supergeleidende magneten en heeft de reactor als doel om langdurig plasma's te genereren en op te sluiten.
In augustus 2021 realiseerden onderzoekers van het Amerikaanse National Ignition Facility een rendementsrecord. Hun experiment produceerde een reactie waarbij zeventig procent van de ingevoerde energie ook weer werd opgewekt. Dat deden ze door met 192 lasers op een brandstofpallet te schijnen, waarbij de deuterium- en tritium-protonen fuseerden. Niet alleen haalden ze een Q-factor die bijna break-even is; ze zetten ook de belangrijke stap naar een 'brandend plasma'. Daarbij wekt de fusiereactie genoeg energie op om het plasma heet genoeg te houden voor fusie. Er is dan dus geen additionele verwarming nodig.
In december 2021 werd met de voorloper van de ITER een energierecord bereikt. De onderzoekers van de JET, de Joint European Torus, haalden in de kleinere tokamak een energie-output van 59MJ. Daarmee werd het vorige record van 22 MJ, eveneens gerealiseerd door JET, verbroken. De Q-factor bedroeg overigens 'slechts' 0,33, maar de onderzoekers slaagden er wel in om de fusiereactie gedurende vijf seconden in stand te houden. Dat was veel langer dan het vorige record.
Eveneens in december 2021 verbrak de Chinese EAST-tokamak zijn eigen record door een plasma gedurende maar liefst 1056 seconden vast te houden. De temperatuur van het plasma was hierbij lager dan in mei en bedroeg ongeveer 70 miljoen graden.
Fusie de toekomst?
Er wordt ontegenzeggelijk vooruitgang geboekt, maar bij elke stap vooruit lijken 'we' twee stappen achteruit te doen. Fusie blijkt een extreem lastig proces om onder de knie te krijgen en je wil uiteraard dat het volledig onder controle is voor je her en der een energiecentrale met een fusiereactor neerzet. Een ongeluk is voor de omgeving gelukkig niet zo catastrofaal als een meltdown van een kernreactor, maar met plasma's van zo'n honderd miljoen graden lopen de mensen rondom een reactor én de apparatuur met een waarde van miljarden euro's veel risico.
De laatste tijd horen we regelmatig positieve geluiden uit de kernfusiewereld: een doorbraak hier, een record daar. Dat zou logischerwijs aanleiding kunnen zijn tot goede hoop dat kernfusie eindelijk in zicht komt, maar zo makkelijk is het niet. Hoe meer onderzoekers weten over fusie, hoe moeilijker het blijkt. Ooit was er een tijd dat kernfusie op commerciële schaal in het verschiet leek te liggen. Eind jaren zeventig waren tokamaks die met supergeleidende magneten waren uitgerust operationeel, en plasma kon heet genoeg worden gestookt om 'brandend plasma' te produceren. Het leek een kwestie van grotere reactoren bouwen, maar steeds weer bleek het plasma lastig onder controle te houden en nieuwe manieren te verzinnen om roet in het eten te gooien.
Schematische weergave DEMO-fusiecentrale
Hoewel belangrijke vorderingen en stappen voorwaarts worden gemaakt, lijkt de droom van schone energie dankzij kernfusie toch nog lang niet zo dichtbij als we pakweg vijftig jaar geleden hoopten. Een van de beste opties om op termijn een werkende energiecentrale te ontwikkelen, is het samenwerkingsverband van onderzoekers die aan de JET, de ITER en diens opvolger, DEMO werken. JET heeft inmiddels een lang track record van plasma-onderzoek, en de bouw van ITER is zoals gezegd gestart. Voordat ITER klaar is en fusie levert, leven we echter ergens in 2035, en zelfs dan blijft geproduceerde warmte dan wel energie onbenut. Voor een werkend prototype van een energiecentrale met fusiereactor moeten we wachten op DEMO. Dat moet een iets grotere reactor dan ITER worden, maar wel een met een hogere Q-factor, van 25. De opgewekte energie moet ook daadwerkelijk worden gebruikt om een turbine aan te drijven. DEMO zou echter pas tegen 2050 operationeel worden, en dan nog, zoals de naam aangeeft, als demonstratieproject om aan te tonen dat energie opwekken haalbaar is.
Voor de bekende energietransitie, waarbij afscheid wordt genomen van fossiele brandstoffen als aardolie en aardgas, komt kernfusie volgens alle verwachtingen veel te laat. Voor een volgende fase in onze technologische ontwikkeling kan kernfusie uiteraard wel een belangrijke rol spelen, althans tot we Dyson Spheres ontwikkelen. Tot die tijd blijft onderzoek naar kernfusie niet alleen interessant en blijven we reikhalzend uitkijken naar een energiecentrale die op kernfusie werkt, maar blijven het onderzoek, de bouw en de voortgang zeer langdurige aangelegenheden.
Wat ik me wel afvraag, met kernfusie voegen we wel energie toe aan ons systeem. Het is niet daadwerkelijk neutraal. In tegenstelling tot zonne-energie pakken we geen energie die anders toch de aarde had opgewarmd, maar we voegen energie toe die er anders niet was.
Heeft dat dan nog nog gevolgen voor klimaatverandering? Warmen we niet alsnog de aarde op? Of is die toegevoegde energie verwaarloosbaar?
Broeikasgassen houden ongeveer bruto 2.5 W/m2 extra warmte vast ten opzichte van pre-industrieel, netto ongeveer 0.58 W/m2 (door o.a. aerosols, albedo, atmosferische verliezen en extra uitstraling vanwege een warmere aarde), aldus Hansen et. al. 2011. Het oppervlak van de aarde (510 miljoen km2) dus de extra energie op aarde door het broeikaseffect is zo’n 1200 TW (teraWatt) bruto, 300 TW netto. De mensheid gebruikt nu in totaal ongeveer 18 TW (teraWatt).
Kortom, het directe energie verbruik van de mensheid valt in het niets vergeleken met het versterkte broeikaseffect.
[Reactie gewijzigd door styno op 23 juli 2024 10:10]
Hangt van je definitie van ‘significant’ af in deze context.
De ene Watt is de andere niet, dat maakt het wat minder zwart/wit. Bijv. een PV Watt was hoe dan ook in het aardse klimaatsysteem terecht gekomen (minus het verschil in albedo), een gas, kolen of fusie Watt is warmte die nieuw aan het systeem wordt toegevoegd.
En de warmteverliezen zijn evenredig met de energie.
Maar toch vraag ik me wel eens af, wat gaat er gebeuren als we voorbij de energie transitie zijn? Energie wordt waarschijnlijk veel goedkoper wat weer kan leiden tot een exponentiële groei van het verbruik.
Maar bij PV wordt inkomende zonnestraling, die onder natuurlijke omstandigheden in warmte wordt omgezet, omgezet in warmte en elektriciteit (die ook in warmte worst omgezet). Afgezien van het verschil in albedo veranderd ons PV energie verbruik niks aan de energiebalans van de aarde. In tegenstelling tot o.a. kernfusie.
Waarom denk je dat energie veel goedkoper gaat worden? Ik zie niet waarom de energie uit een complexe/dure fusiewaterkoker veel goedkoper zou zijn.
Na de transitie zal het optimaliseren van het rendement gewoon door gaan. Dit kan door schaalvergroting of technologische ontwikkeling.
En de energie kartels (opec) verdwijnen, ook positief voor de markt.
Natuurlijk moet je deze verwachting niet te serieus nemen. Zijn er tegenvallers dan kan het nog 100 jaar duren. Komt er een serieuze wereldwijde energie markt dan kan het een stuk sneller gaan.
Energie toevoegen aan het systeem, terwijl er geen bronnen van buiten het systeem worden gebruikt, is strijdig met de wetten van thermodynamica.
De energie is er al ('opgeslagen' in de atoomkernen) en wordt ontsloten door de fusiereactie.
In die zin is het niet anders dan verbranding van fossiele brandstoffen. De energie is daar opgeslagen in de moleculaire bindingen.
Het probleem van de opwarming is niet dat er warmte vrijkomt bij de verbranding (of fusie). Het probleem is dat er bij verbranding van fossiele brandstoffen meer broeikasgassen vrijkomen in de atmosfeer. Deze gassen houden meer ingestraalde warmte van de zon vast waardoor de temperatuur hier op aarde langzaam stijgt.
Verbranden van bv kolen is niet de reden tot opwarming van de aarde, dat komt door het broeikaseffect waar CO2 voor zorgt waardoor energie wel op aarde valt maar niet weg kan. Uiteindelijk is het dus nog steeds de zon die de opwarming veroorzaakt.
Overigens is dit broeikaseffect (van vooral water) heel hard nodig om er geen ijsbal van te maken. Maar ja, als we ons klimaat willen houden zoals het is moet de broeikasfactor zeg maar gelijk blijven. Te laag -> ijstijd, te hoog -> doei ijs op de polen.
Doet mij denken aan de vrij hilarische conclusie uit een paper van klimaatpionier Guy Stewart Callendar uit 1938(!):
In conclusion it may be said that the combustion of fossil fuel, whether it be peat from the surface or oil from 10,000 feet below, is likely to prove beneficial to mankind in several ways, besides the provision of heat and power. For instance the above mentioned small increases of mean temperature would be important at the northern margin of cultivation, and the growth of favourably situated plants is directly proportional to the carbon dioxide pressure […]: In any case the return of the deadly glaciers should be delayed indefinitely.
Mooie quote waaruit blijkt dat hij de klimaatwetenschap snapte maar geen idee had van hoe ons kolen, gas en olie verbruik zou veranderen in de daaropvolgende eeuw en de negatieve milieu en gezondheidsaspecten daarvan. Laat staan dat warmte alleen niet genoeg is voor agricultuur op hoge latitudes.
De 'warmte' die vrij komt bij fossiele brandstof verbranding, fissie reactoren of in de toekomst fusie reactoren wordt omgezet in (via omwegen) elektriciteit, die dan elders wordt gebruikt. Er gaat natuurlijk ook flink wat van die warmte energie verloren. Maar het is niet DIE energie die onze aarde opwarmt. Een koe creëert ook warmte, wanneer die voedsel omzet in energie. Het is echter niet die lichaamswarmte die een probleem is, maar wel de broeikasgassen die ontstaan bij sommige chemische processen. CO2 van kool en olie verbranding, methaan van biogassen (koeien zijn bizar genoeg vrij schadelijk voor het milieu).
Een fusie reactor creëert geen noembare broeikasgassen. OK, er wordt CO2 gemaakt bij het maken van cement, en mogelijk bij een deel van de andere processen van de bouw van zo'n fusie reactor, maar daarna draait die "proper". Hoe langer hij dus werkt en stroom produceert, hoe minder broeikasgassen we moeten produceren door andere bronnen van (fossiele) energie te verbranden.
Dus neen, de warmte die vrijkomt van een fusie reactor zal niet leiden tot meer klimaatopwarming, de broeikasgassen die juist NIET vrijkomen kunnen dan weer leiden tot minder klimaatopwarming.
Bij D+T fusie komt 1 neutron vrij die vervolgens gebruikt wordt om 1 Tritium atoom te maken uit Lithium 6, aldus het reactieplaatje. In principe is daarmee een gesloten brandstof lus mogelijk. Alleen Tritium is niet stabiel en een deel zal verloren gaan, bovendien zal niet elke neutron gevangen worden in de Lithium deken. Tritium uit CANDU reactoren is vreselijk duur (30 miljoen per kg) en er wordt maar weinig van geproduceerd. Hoe gaat dit ogenschijnlijke gat opgevangen worden?
En als tweede vraag: hoe gaat het kleine beetje Tritium afkomstig van kernenergie ervoor zorgen dat er duizend(en) fusiereactoren gestart kunnen worden? Me dunkt dat met een grotere breeding ratio de eerste fusiecentrales de Tritium produceren die nodig is om opvolgende centrales op te starten. Zonder Tritium overproductie is commerciële kernfusie een non-starter. Een breeding ratio van zo’n 1.1 is daarvoor nodig, hoe gaat dit bereikt worden?
Kweken van tritium is deel van het ITER experiment. Naast de kamer worden 4 breeding prototypes gemaakt, waarna kan worden geevalueerd wat het beste werkt. Zie ook: https://www.iter.org/mach/TritiumBreeding
Je opmerkingen zijn op zich terecht denk ik. Ik heb experts gezien die al vraagtekens hadden bij of we genoeg hebben voor alleen ITER. Misschien toch maar wat kernbommen uit elkaar slopen op de korte termijn?
- Je kunt ICF doen. Dit is eigenlijk wat in kernfusie-bommen gebeurde: je comprimeert explosief de stoffen om zo kernfusie te doen. Explosief comprimeren kan op meerdere manieren;
1. een ervan is door x-rays te gebruiken van een andere bom, dit is wat ze bij Halite-Centurion deden in het klein. Ik heb wel wat wilde plannen gezien om op basis hiervan een centrale te bouwen, maar dat is niet zo makkelijk vanwege proliferation issues.
2. een ervan is door lasers te gebruiken. Bij NIF proberen ze dit. Qe (=net energy gain) is ongeveer 0.1 op dit moment, maw, het moet nog 10x efficienter worden voor break-even.
3. een ervan is door z-pinch. In feite zijn dit condensatoren die een elektrisch veld opwekken, waarmee je de boel pincht.
4. en je kunt (2) en (3) combineren. Dit werkt overigens nog best aardig.
5. je kunt een projectiel proberen af te vuren op een plaat of iets anders. Als je projectiel genoeg energie heeft zou dat moeten kunnen. First Light Fusion deed dit dacht ik.
6. je kunt proberen op een andere manier explosief te combineren. Bijvoorbeeld met stoom, zoals General Fusion probeert. Ik hoop dat ze goed geluid isoleren, maar verder zie ik hen wel als kanshebber voor een eerste power plant
7. je kunt kijken of je niet een mooie bal met plasma kunt hebben ipv. een donut. De historie van Polywell vond ik bijzonder interessant om te lezen, ik weet na al het lezen nog steeds niet wat er allemaal wel en niet werkt... maar EMC2 heeft in ieder geval geen funding meer om er mee door te gaan.
- Je kunt MCF doen. Je probeert lange confinement te doen op hoge temperatuur.
1. Tokamaks. Zie hierboven. De stabiliteit van het plasma neemt naar mate de tijd vordert af, en er is een serieus "first wall" problem wat inhoudt dat je eerste muur door het bombardement kapotstuk gaat. Naast ITER en JET zet MIT zet hier oa. op in via Commonwealth Fusion Systems. Het first wall probleem hebben zij ook niet opgelost overigens.
2. Stellerators. Hebben wat voordelen tov. tokamaks, nl. dat ze veel handiger het veld in stand houden, doordat ze in feite het plasma telkens over zich heen vouwen.
3. Magentic mirrors. Veel geprobeerd in het verleden, zelfs met gigantische installaties (de moeite waard om te lezen!) en uiteindelijk met rust gelaten, omdat Tokamaks direct beter waren...
4. Met particle streams en magneten proberen het plasma op zijn plaats te houden. TAE en Helion Energy zijn hier vrij ver mee. Beiden zie ik ook als kanshebber voor een eerste power plant, mn. omdat ze geen first wall problem hebben.
- Overig...
1. LPP fusion probeert een blob met plasma op zichzelf te laten imploderen. Voor een klein bedrijfje met heel klein budget komen ze daar nog verder mee dan je zou verwachten. https://lppfusion.com/
2. Zoals ik al boven zei is de first wall en het terughalen van energie nog wel een issue. Een interessante poging is P-B11 fusie, waarbij je geen afval krijgt, maar direct stroom. Downside: energie om dit te doen is veel hoger. En toch is het in sommige opzichten weer makkelijker en dus wordt er ook vooruitgang mee geboekt. https://pulsotron.com/ vond ik ook nog wel interessant.
Anyways; tl;dr: er gebeurt zat, maar het duurt nog wel even voor het er is.
Wat ik een klein beetje uit het artikel en wat meer uit andere bronnen meen te begrijpen is dat een tokamak vooral problemen blijkt te hebben met plasmadeeltjes die langzaam maar zeker steeds verder van het gewenste pad van het plasma afwijken, net zolang tot ze de wand van de tokamak raken. Het corrigerende mechanisme met de magneten weet de overgrote meerderheid van de plasmadeeltjes in bedwang te houden, maar hooguit na een paar seconden zijn er teveel dwarsliggers om het fusieproces nog langer in stand te houden.
Bij een stellerator worden de plasmadeeltjes als een dikke plak pastadeeg door het magneetveld heen verplaatst, maar anders dan bij een tokamak wordt telkens de buitenkant van het pastadeeg door een nieuw setje deegrollers (de volgende magnetische spoel) samengedrukt, waarbij het deeg dat aanvankelijk dun en breed was een stukje verderop hoog en smal is gekneed. Gevolg: plasmadeeltjes die richting de buitenkant van de ‘plak deeg’ bewegen, worden door een stellerator beter teruggeduwd naar het midden van de plak deeg. Daardoor wordt het overgrote deel van de dwarsliggende plasmadeeltjes al heel snel weer in het gareel gebracht en kan het fusieproces heel lang in stand worden gehouden.
Het is wat simplistisch uitgelegd, maar komt dit een beetje in de buurt van de waarheid? En waarom is ITER eigenlijk uitgevoerd als een tokamak in plaats van een stellerator? Laatste vraag: moet na iedere nieuwe (langer durende) testronde met een fusiereactor de reactorwand worden vervangen?
[Reactie gewijzigd door Tomatoman op 23 juli 2024 10:10]
In hoofdlijnen klopt dat wel ongeveer. Het principe wat ze proberen te doen is best simpel eigenlijk: als je een lucifer hebt, is dat veel gevoeliger voor kleine zuchtjes wind dan een groot haardvuur. En daarom zal ITER een stabieler plasma geven dan JET of een van de vele andere tokamak's... Maar ultimo lukt het je niet om het stabiel te krijgen, al is het maar vanwege vervuiling van je plasma. Een Tokamak vecht als het ware tegen het plasma om het in stand te houden door velden. Ultimo verliest het die strijd - maar de hoop is dat er voor die tijd genoeg energie is gewonnen om opnieuw te beginnen. Met RF kan je ook weer wat tunen, de magneetsterktes kan je mee rommelen, je diverter, en zo zijn er nog wel meer manieren...
Stellerators vechten niet zo erg en vouwen inderdaad. Maar, dat vouwen is complexer en de berekeningen om dat te doen zijn nog niet zo oud. De W7X is eigenlijk de eerste stellerator waarbij dat goed gelukt is (er zijn meer stellerators). De W7X is om precies te zijn bedoeld als feasibility study voor een demonstratie power plant, net zoals ITER dit is. Op de Max Planck website stond hiervoor eerder een roadmap, waarbij er een ITER -> DEMO track is en een W7x -> DEMO track is ; die kan ik niet meer vinden. Kortom, wat je suggereert is niet heel gek, maar historisch gezien wilde men gewoon verder en heeft men gewoon de technologie gepakt waarvan we weten dat het best goed ging.
"En waarom is ITER eigenlijk uitgevoerd als een tokamak in plaats van een stellerator?" -- daarom dus.
Over historisch gesproken... De MFTF magnetic mirror is echt de moeite waard om te lezen. Er is ongeveer 400 miljoen in dat project gezonken, waarna ze het hele ding hebben gebouwd, het helemaal klaar was... en vervolgens hebben ze er nooit dan ook maar 1 test mee gedraaid... Toen ik https://lasttechage.com/2...-fusion-or-confusion/#MFE las moest ik wel een paar keer knipperen met mijn ogen...
Anyways, de waarheid is wat lelijker. Ondanks dat iedereen focust op plasma's (of preciezer: het Lawson criterion), gaat het bij een stroombron uiteraard niet om het plasma, maar om de elektriciteit die eruit komt. En hoe wil je stroom gaan halen uit een plasma dat 100 miljoen graden is of meer? Je kunt niet even wat warmte aftappen of water er overheen gooien?
Traditioneel is de oplossing daarvoor om D+T fusie te doen. Als D+T fuseren, krijg je He4 + n. Die n is interessant, omdat die geen lading heeft en dus niet opgepikt wordt door het magnetische veld. Die heeft alleen wel veel energie, waar je dus in principe stoom van kunt maken. Minpunt, een vliegend neutron maakt alles stuk waar het tegenaan vliegt, dus ook je muur. De vraag is niet alleen hoe je daarmee omgaat, maar ook wanneer je muur zoveel is gedegradeerd dat bijv. je supergeleidende magneet niet meer werkt. Een supergeleidende magneet die immers "ineens" niet meer werkt, geeft een "quench" - lees: flinke explosie...
Dan is er ook nog dat dingetje Tritium. Tritium is nucleair spul wat je niet zomaar mag gebruiken, zwaar giftig en zeer moeilijk te verkrijgen; de wereldvoorraad tritium is zeer klein en wordt vrijwel allemaal als bijproduct in een kernreactor gemaakt. Het plan is om tritium te gaan "breeden" uit lithium - maar dat is nog nooit echt gedaan in de praktijk! Maw, wellicht hebben we zodadelijk een motor om iets te verbranden en een turbine om stroom te maken, maar missen we nog de brandstof. Klein detail... MIT wil dat oplossen door FLiBe te gebruiken, ITER heeft een viertal (iirc) verschillende testopstellingen gepland.
Dan is er nog het dingetje "experiment". In vroegere NIF experimenten vernietigde elk "shot" een best serieus deel van de installatie. Inmiddels hebben ze daarvoor wat meer diagnostiek, maar het effect blijft... Zo gaat het ook bij veel andere testopstellingen. Zolang je moet "pulseren" en tussen iedere twee pulses een deel van je installatie moet repareren, wordt het natuurlijk ook niet wat. Met name met ICF zie ik dit probleem... ik vermoed dat dit een beetje intrinsiek is aan het feit dat je bij ICF ultimo gewoon "boem" doet. Wederom, dat is prima voor experiment, maar heeft nog wel wat tender loving care nodig om het viable te maken voor een stroombron, net zoals dat een verbrandingsmotor uiteindelijk gewoon kleine explosies zijn die je motor stukmaken -- maar zo weinig en met zoveel diagnostiek dat het wel oke is.
In CFS (MIT) gaan ze de reactorwand gewoon integraal vervangen na een testronde. Tenminste, zo wordt het ontworpen. Maw, "Laatste vraag: moet na iedere nieuwe (langer durende) testronde met een fusiereactor de reactorwand worden vervangen?" - Niet na iedere, maar ultimo: ja. En vervelender nog, die wand is behoorlijk radioactief; het vervalt wel na een decennium of twee, maar tot die tijd wil je 'm niet vasthouden. Dat neutron is gewoon niet zo mooi - maar ja, D+T fusie is wel het makkelijkste vwb. energie.
Vergeet tot slot niet dat een simulatie slechts een simulatie is en niet de praktijk. NIF is oorspronkelijk gebouwd obv. een simulatie, en bleek qua power een factor 10 te weinig om "ignition" te halen. Het blijkt gewoon niet zo makkelijk om dingen correct te simuleren. De vele keren dat ik in de media zie dat op papier een "breakthrough" is gehaald, maar dit niet in de praktijk is getest, neem ik dit met een gigantische korrel zout. Een wat bescheidenere opstelling van fysici zou fijn zijn, maar helaas haalt dit niet de media.
Al met al kan het dus nog wel even duren voordat dit alles is opgelost.
p+B11 fusie is wat dat betreft veel zinniger, maar ook weer lastiger. O.a. lastig te doen met een tokamak of stellerator, omdat de benodigde energie veel hoger is. Maar als dit lukt, krijg je direct elektriciteit. Ander interessant dingetje is dat p+B11 veel minder vergunningen vereist vanuit de overheid dan D+T; je kan hier gewoon in je lab mee beginnen.
Een paar noemenswaardige punten:
- Helion Energy heeft als primaire doel om Helium-4 te maken als 'fuel' met een proton. ("Helion fuses deuterium (hydrogen-2) and helion (helium-3) to produce helium-4 (the common isotope of He) and a proton, with an energy of over 18 million electron volts") Ze zijn daar al best een aardig eind mee en omdat ze geen neutron hebben die door alles heen vliegt hebben ze dus ook geen "first wall problem".
- TAE technologies gaat ook de D+T weg op initieel, maar willen op termijn p+B11 reactoren maken en designen daar ook hun technologie op. Dat duurt echter nog wel eventjes...
- https://pulsotron.com/ is wat dit betreft echt een ander type project, omdat die zijn *begonnen* met "laten we stroom op gaan wekken met een [p+B11] fusie" en vervolgens terug aan het werken zijn. Ik heb met veel verbazing hun blog van voor tot achter gelezen; dit is echt wel de moeite waard.
[Reactie gewijzigd door atlaste op 23 juli 2024 10:10]
Bedankt voor deze uitgebreidde reactie.
Je kunt er nog aan toe voegen, elektrische opsluiting, in een zogenaamde "fusor".
Die hebben we ook een in ons eigen landje (TU/e).
Btw, de reden dat tokamaks een torus zijn en geen bol is vanwege het zogenaamde "hairy ball theorem". Dat betekent dat het magneetveld niet overal rakend kan zijn aan het oppervlak van een bol. Vandaar dat je bij een polywell ook zogenaamde "cusps" hebt waar de opsluiting minder is en het plasma wegvloeit.
Ja. Fusors had ik overigens bewust weggelaten, omdat daarvan al bewezen is dat het nooit en te nimmer een energiebron zal worden. Het enige wat daar interessant van is, is dat er best veel diy'ers er zelf een hebben gemaakt. Tsja je kunt ook een druif doorsnijden en in een magnetron stoppen, dan krijg je ook een plasma... Maar dat is nog geen power plant...
[...]
Ik hoop toch dat de zon nog steeds op 150 miljoen km van de aarde staat, anders zou het hier erg warm worden...
Volgens mij staat er niet dat de zon op 8 miljoen kilometer van de aarde staat maar dat de zon op 8 miljoen kilometer afstand van zichzelf nog waterstof en helium laat fuseren.
Dat is een wel wat erg letterlijke vertaling van free energy. Met free energy wordt bedoeld dat energie in nagenoeg onuitputtelijke hoeveelheden beschikbaar is. Free betekent in deze context dus vrij beschikbaar, niet gratis.
Was het niet zo dat de subtitel letterlijk zegt "Gratis", was ik het deels met je eens geweest. Net als dat "Reality TV" niets met realiteit te maken heeft, is "Free Energy" een term die los staat van de letterlijke betekenis.
Ik vraag me af of het onbeperkt is. Ja... Ik weet dat de grondstoffen ruimschoots beschikbaar zijn maar als de consumptie ook exponentieel toeneemt door bijv. Ruimtevaart dan heft dat t misschien weer op.
Verder weet ik niet wat er gebeurt als je netto heel veel warmte/energie "creëert" op een planeet. Er komt geen CO2 vrij dus geen "deken" op de aarde maar als je bijv. waterstof zou creëren of elektriciteit DMV turbine en die wordt dan weer omgezet in warmte, heeft dat geen effect op de planeet?
Deels ja, maar dat betekend ook weer dat er minder energie nodig is voor verwarming.
Tevens kan infrarood (mits er geen dikke deken om de planeet ligt ) ook de ruimte in ontsnappen.
Mja ik zag inderdaad al dat iemand anders dezelfde vraag stelde en het wel mee zou vallen.
Wat je bedoelt met er is minder energie nodig voor verwarming begrijp ik niet.
Als we kernfusie gebruiken om bijv elektriciteit op te wekken en dan dmv elektrische kachels of weet ik wat onze huizen ter verwarmen dan verstoken we natuurlijk veel minder fossiel. Bedoel je dat?
Maar effectief gebruiken we dan evenveel warmte als nu
Echter als energie praktisch gratis wordt kan het gebruik wel eens exponentieel toenemen en ik vroeg me dus af of dat geen schadelijke bijeffecten zou kunnen hebben.
Nee dat als de lucht wat op warmt door ons energie-verbruik we wat minder energie nodig hebben voor verwarming. Alleen slaat op dit moment de boel door
De productie van energie zal wellicht goedkoop worden, maar ik zie niet de energie voor bedrijven en particulieren goedkoop worden. Hooguit minder hoog dan nu.
Leuk stukje voor de zaterdag ochtend bij de koffie 😀
Vanuit mijn gevoel en stand van de technology zie ik dit niet echt een optie voor redelijk termijn, 100 x jaren.
De natuurkundige problemen die overwonnen moeten worden zijn echt gigantisch, de natuur heeft normaal gesproken de meest simpele oplossing, maar die oplossing is voor ons zonder iets van kunstmatige zwaartekracht generatoren niet haalbaar.
Denk dat er waarschijnlijk eerst wat meer fundamenteel theoretisch en praktisch natuurkundig onderzoek nodig is, waarbij er mogelijk opties opduiken waarbij kernfusie op gecontroleerde schaal wel mogelijk is. Dan bedoel ik dus geen onderzoek aan de fusie centrales zoals die nu wordt gedaan, maar meer onderzoek naar de onderliggende natuurkunde. Onderzoek aan elementaire deeltjes, krachten, zoals de zwaartekracht, etc.
We hebben een hele goede kernfusie centrale niet heel ver van de aarde, er zijn voldoende andere manieren om die energie te gebruiken.
Strikt genomen is alle energie die wij op aarde beschikbaar hebben, gebruikt hebben en nog gaan gebruiken voortgekomen uit die centrale. (Uitzondering kernenergie, want dat is ooit aangemaakt tijdens supernova’s van vroegere sterren)
Onderzoek fusie goed plan, maar mogelijk wat meer focus op bv Thorium kernsplitsing opties is voor de korte termijn een betere optie naar mijn idee.
Daarnaast verder onderzoek, maar iets meer realiteitszin van de onderzoekers lijkt mij wel handig, maar ik snap dat je als onderzoeker zo nu en dan wat goed nieuws moet hebben om je funding te behouden.
[Reactie gewijzigd door smitae op 23 juli 2024 10:10]
Vind het dat we als mensheid nog redelijk snel onder de knie krijgen gezien we nog maar iets van 120 jaar kunnen vliegen is dit vele malen complexer.
Hopelijk als we quantum computing onder de knie krijgen dat oplossingen nog sneller gevonden gaan worden.
We zijn al aardig onderweg in de volgende technische revolutie...
De vraag is meer, houden we onszelf en de planeet een beetje heel om het als mensheid mee te maken...
Dat zou je inderdaad denken, maar het ligt er ook aan welke technologien we dan ter beschikking hebben.
Stel de Star Trek replicator word echt uitgevonden, icm fusie energie, dan zijn de mogelijkheden letterlijk eindeloos, en houd "afval" op te bestaan.
Dit is uiteraard een utopische gedachte
Ik volg het ITER project al jaren (sinds begin bouw vd centrale), en vooral de laatste tijd lijken er steeds meer oplossingen voor de zeer complexe problemen, ik heb er best vertrouwen in dat het gaat lukken om het goed werkend te krijgen.
En daarna kunnen en steeds kleinere centrales worden gebouwd, die nog efficiënter zijn, etc zoals met heel veel technieken, zie de eerste pc, die was (bij wijze van) zo groot als een huis
En de gemiddelde smartwatch is nu sneller....
Heldere conclusie ook: fusie is leuk onderzoek waar we veel van leren - lekker mee door gaan, maar voor nu 100% inzetten op zon/wind/water/aardwarmte voor productie.
Ik ben benieuwd of er nog een ontwikkeling komt uit totaal onverwachte hoek: fusie is ver weg met de huidige kennis, het zou kunnen dat een onvoorziene ontwikkeling de boel ineens opschudt (zoals uitvinding van de transistor voor computers deed).
Inderdaad met recht een PLUS artikel!
Opeens opschudden: nou ja: uitvinding transistor 1923: first 8 bit microprocessor 1972. Ik denk dat dat een indruk geeft van de tijdschaal. Mensen die suggereren dat we vol of zelfs uitsluitend op fusie in moeten zetten: nou nee, het is zeker iets waar we ook naar moeten kijken, maar niet bepaald het enige paard waar we op moeten wedden om de beschaving te redden...
Wat dat betreft is het plaatsen van zonepanelen en windturbines om die grote fusiereactor in de buurt te gebruiken heel wat simpelere en zekerder...
[Reactie gewijzigd door batteries4ever op 23 juli 2024 10:10]
Jazeker moeten we volop inzetten op wind, zon, water en aardwarmte.
Ik verwacht ook niets van kernfusie de eerste 30 jaar, en ik verwacht productie naar elektriciteitsnetten pas over 50 jaar.
Wat ik bedoelde is dat elke ontwikkeling de volgende ontwikkeling versneld.
In de jaren ‘50 maakten ze de voorspelling dat elke grote stad zijn eigen computer zou krijgen, en sommige rijke families misschien wel hun eigen computers.
Concept transistor komt uit de jaren ‘20. Maar ik rekende vanaf de eerstwerkende transistor van 1960. En daarna ging het snel: 15 jaar later in computers, 15 daarna in elk huis en computer, 15 daarna in mobiele telefoons, 15 daarna heeft iedereen een smartphone.
In de inleiding: "een gasbol die op acht miljoen kilometer afstand waterstof en helium laat fuseren."
Gok dat hier 150 miljoen en "acht minuten lichtafstand" door elkaar zijn gehaald?
[Reactie gewijzigd door Q-collective op 23 juli 2024 10:10]
:strip_exif()/i/2004935440.jpeg?f=imagenormal)
/i/2004935444.png?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935446.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935448.jpeg?f=imagenormal)
/i/2004935462.png?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935474.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935470.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935488.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935478.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935480.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935484.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004935556.jpeg?f=imagenormal)
:strip_icc():strip_exif()/i/2005324742.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2005118320.jpeg?f=fpa_thumb)
/i/2004960946.png?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2004886398.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2004864886.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2004839360.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2004765722.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2004272870.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_exif()/i/2002266231.jpeg?f=fpa)
:strip_icc():strip_exif()/i/2004115280.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2003727880.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2003411340.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2002537794.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2002266225.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_icc():strip_exif()/i/2000581413.jpeg?f=fpa_thumb)
:strip_exif()/i/1164213279.jpg?f=fpa)
:strip_exif()/i/2004919660.jpeg?f=fpa)
/i/2000875440.png?f=fpa)
:strip_exif()/u/28263/Frieschevlag70x70.gif?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/15310/tomato60%252072%2520frames%25205%2520deg%2520per%2520frame%2520optimized%252026%2520colors.gif?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/667044/crop55e819e7662c3_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
/u/414606/crop61fc2908c41cc_cropped.png?f=community){kind=small}
/u/1436766/crop618e3e0324655_cropped.png?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/141681/crop586d5ff03dc1d_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/2060/crop5f441ab454be9_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/174665/crop5f3505845c31b_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/136442/crop6198f3130240d.jpg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/1157718/crop5e6d5ebf96a5f_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/9023/crop586ff6dbba130_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/141198/crop6164051fbcf31.jpg?f=community){kind=small}
/u/76039/crop57da9da8c9647_cropped.png?f=community){kind=small}