De internationale thermonucleaire experimentele reactorfabriek in Saint-Paul-Lez-Durance, Frankrijk, is voor 50 procent voltooid. ANNE-CHRISTINE POUJOULAT/Getty Images

Het uitgestrekte landschap van bouwkranen en gedeeltelijk voltooide gebouwen, samen met een massieve ring van metaal en staal, werd door The New York Times in maart 2017 beschreven als een 'modern Stonehenge'. Het is tien jaar geleden dat de bouw van de International Thermonuclear Experimental Reactor-fabriek begon, bekend als ITER. Het project, waarbij 35 landen betrokken zijn, waaronder de VS, heeft tot doel aan te tonen dat kernfusie - het combineren van waterstofisotopen tot helium, hetzelfde proces waarmee sterren licht en warmte genereren - zou een levensvatbare toekomstige bron van energieopwekking kunnen zijn voor een energie-hongerige wereld.

Het project liep vertraging op en zag de geschatte kosten in de loop der jaren bijna verviervoudigen tot 18 miljard euro ($ 22 miljard), en zelfs een rapport van het Amerikaanse ministerie van Energie uit 2016 dat het project ondersteunde, drukte onzekerheid uit over de vraag of het uiteindelijk succesvol zal zijn. Begin december 2017, ITER-functionarissen kondigden aan dat ze een belangrijke mijlpaal hadden bereikt, door 50 procent van de totale bouwwerkzaamheden te voltooien die nodig zijn om "First Plasma" te bereiken. Die eerste fase van de operatie, waarin waterstof wordt omgezet in een hete, elektrisch geladen gas, momenteel is gepland voor 2025. (Daarna zal ITER nog een decennium aan werk vergen om energie op te wekken.)

"Als we bewijzen dat fusie een levensvatbare energiebron is, het zal uiteindelijk de verbranding van fossiele brandstoffen vervangen, die niet-hernieuwbaar en niet-duurzaam zijn, "Bernard Bigot, directeur-generaal van ITER, uitgelegd in een verklaring op de website van het project. "Fusion zal complementair zijn met wind, zonne, en andere hernieuwbare energiebronnen. ... Door de haalbaarheid van fusie aan te tonen als een schone, veilig, en bijna onbeperkte energiebron, we kunnen een sterke erfenis achterlaten voor toekomstige generaties."

In een e-mail, Professor Gerald A. Navratil, professor aan de Columbia-universiteit, een vooraanstaand onderzoeker op het gebied van fusie-energie wiens werk het ontwerp van ITER beïnvloedde, beschrijft de bouwmijlpaal als een "belangrijke gebeurtenis in de ontwikkeling van praktische fusie-energie."

ITER zal 's werelds grootste tokamak bevatten, een magnetisch apparaat dat voor het eerst werd ontwikkeld door Sovjet-onderzoekers in de late jaren zestig, die in wezen de intense hitte en druk in de interne oven van een ster simuleert. Volgens een uitleg op de ITER-website, het apparaat gebruikt een krachtige elektrische stroom om waterstofgas af te breken, elektronen uit de kernen strippen om plasma te vormen - een hete, elektrisch geladen gas. Naarmate de plasmadeeltjes worden geactiveerd en botsen, ze worden warm, uiteindelijk een temperatuur bereiken tussen 100 en 300 miljoen graden Celsius (ongeveer 180 miljoen tot 360 miljoen graden Fahrenheit). Op dat punt, de waterstofkernen zijn zo bekrachtigd dat ze hun natuurlijke neiging om elkaar af te stoten kunnen overwinnen, zodat ze kunnen samensmelten tot helium. In het proces, ze geven enorme hoeveelheden energie vrij.

Zoals dit artikel van World Nuclear Association details, experimentele tokamaks wekken al tientallen jaren energie op. Maar tot nu toe, ze hebben meer energie nodig om te werken dan de fusie genereert. Maar ITER hoopt die beperking te overwinnen, gedeeltelijk, met pure omvang. In het New York Times-artikel van maart 2017 over het project wordt beschreven dat de tokamak 30 voet (30,5 meter) lang is en nog eens 100 voet in diameter uitrekt, en een beschrijving op de ITER-website zegt dat het meer dan 25 zal wegen, 000 pond (23 ton), met een volume van 30, 000 kubieke voet (840 kubieke meter). Dat is 10 keer de capaciteit van elk vorig apparaat.

Groter is zeker beter

Zoals de ITER-website uitlegt, een groter apparaat met meer volume creëert meer potentieel voor fusiereacties, het verhogen van de energie-output en het efficiënter maken van het apparaat. Als het werkt zoals gepland wanneer het volledig operationeel is in 2035, ITER zal 50 megawatt aan stroomverbruik gebruiken om 500 megawatt fusie-energie op te wekken, in de vorm van warmte. Hoewel ITER die energie niet zal gebruiken om elektriciteit op te wekken, het is bedoeld om de weg vrij te maken voor toekomstige generaties van fusiecentrales die dat wel zouden doen.

Op de locatie in Zuid-Frankrijk wordt een reactor gebouwd. BORIS HORVAT/Getty Images

"Het ontwerp van het ITER-experiment is gebaseerd op een conservatieve extrapolatie van de fusieprestaties van onze bestaande fusie-apparaten, Navratil schrijft in zijn e-mail. "Er is vertrouwen dat de grootte en de magnetische veldsterkte van ITER ons in staat zullen stellen zijn doel te bereiken om 500 megawatt aan fusie-energie te produceren met 50 megawatt aan stroomtoevoer naar het plasma. Aangezien ITER een experiment is dat voor het eerst een sterk door kernfusie zelfverwarmd plasma produceert, we zullen deze resultaten gebruiken om ons begrip van de brandende plasmatoestand te bevestigen, en zou enkele belangrijke nieuwe plasmafysica-fenomenen kunnen ontdekken. De informatie die we van ITER verkrijgen, zal de basis vormen om met vertrouwen de kern te ontwerpen van de volgende stap in de ontwikkeling van fusie-energie, die tot doel zou hebben netto-elektriciteit te produceren en de weg vrij te maken voor de commerciële inzet van fusie-energiesystemen."

Voordelen ten opzichte van kernenergie

Volgens een persbericht van ITER, fusiecentrales zouden uiteindelijk qua kosten vergelijkbaar zijn met conventionele kerncentrales. Maar in tegenstelling tot elektriciteitscentrales, fusiecentrales zouden geen radioactief afval produceren, samen met het kostbare probleem van wat ermee te doen. Fusie zou ook een groot voordeel hebben ten opzichte van fossiele brandstoffen, in die zin dat het geen enorme hoeveelheden kooldioxide en andere vervuiling in de atmosfeer zou pompen en zou bijdragen aan klimaatverandering.

En zoals Navratil opmerkt, kernfusie zou ook enkele voordelen kunnen hebben ten opzichte van koolstofarme hernieuwbare energiebronnen.

"Als het lukt, fusie-energiecentrales op basis van de fusieplasmaprestaties in ITER zouden een koolstofvrije bron van continue elektrische energie-output bieden zonder de nadelen van wind- en zonne-energiesystemen, die slechts een deel van de dag elektriciteit produceren en die energieopslag of 'back-up'-stroomsystemen nodig hebben om een ​​stabiel elektriciteitsnet te ondersteunen, " legt Navratil uit. "Gezien de vele biljoenen dollars die betrokken zijn bij de infrastructuur van ons energiesysteem, de beschikbaarheid van zo'n fusie-energiebron later in deze eeuw zal een zeer belangrijke aanvulling zijn op onze bronnen van koolstofvrije elektrische energie."

Dat is nu interessant

Volgens ITER, een hoeveelheid waterstof ter grootte van een ananas heeft het potentieel om door fusie evenveel energie op te wekken als 10, 000 ton (22, 040 pond) steenkool.