Toen ik geologie studeerde op de middelbare school, de toekomst van energie op de lange termijn had maar één naam:kernfusie. Het waren de jaren zeventig. De natuurkundigen met wie ik studeerde voorspelden dat het aanboren van deze schone nieuwe bron van elektrische energie door twee waterstofkernen te dwingen te combineren en enorme hoeveelheden energie vrij te maken, misschien 50 jaar uit.

Vier decennia later, nadat ik mijn onderzoeks- en schrijfcarrière in de energie-industrie had opgegeven en een tweede carrière als auteur en professor was begonnen, Ik merkte dat ik dezelfde voorspelling deed met mijn eigen studenten en lezers. In wat een ironisch cliché was geworden, fusie, het leek, zou voor altijd een verre horizon achtervolgen.

Dat lijkt te veranderen, Tenslotte.

Dankzij de vooruitgang in het natuurkundig onderzoek, materiaalwetenschap en supercomputers, wetenschappers bouwen en testen meerdere fusiereactorontwerpen. Ongeveer een dozijn fusie-startups met innovatieve ideeën hebben de private investering die ze nodig hebben om te zien wat ze kunnen bereiken. Nog altijd, het is te vroeg om de champagne uit te breken, en niet alleen om technische redenen.

Teleurstellende doorbraken

Een probleem is dat een doorbraak in het lab geen garantie is voor innovatie of succes in de markt omdat energie erg prijsgevoelig is. Ook, fusie illustreert hoe weinig dingen het vertrouwen in een nieuwe technologie kunnen aantasten, zoals een op handen zijnde "doorbraak" die niet wordt verwezenlijkt.

Eerst, er was het koude kernfusiedebacle in 1989, toen twee wetenschappers naar de media gingen met de niet-verifieerbare bewering dat ze fusie op kamertemperatuur hadden bereikt en werden verbannen door de wetenschappelijke gemeenschap, het imago van deze energiebron als een reële optie bezoedelen.

Vervolgens, wetenschappers bereikten een mijlpaal in 1994 toen de testfusiereactor in Princeton een nieuw record vestigde voor een piekvermogen van 10,7 megawatt, waarvan The New York Times destijds zei dat het "genoeg was om 2, 000 tot 3, 000 woningen momenteel, wat ongeveer een microseconde betekent. wetenschappelijk, die gebeurtenis was van groot belang, hoewel het in 1997 de top bereikte. Toch beloofde het nauwelijks een kernreactor om de hoek.

Onderweg, de neiging van wetenschappers en journalisten om echte vooruitgang in de richting van fusie te hypen, of het nu gaat om het aantrekken van geld of lezers, heeft op de lange termijn de publieke steun ondermijnd.

Vandaag, in feite, verschillende mediaberichten blijven wijzen op een uitbarsting van fusiedoorbraken.

Echte vooruitgang

Is er echt vooruitgang geboekt? In indrukwekkende mate, Ja. Maar vooral in termen van wetenschappelijk en technisch onderzoek. Als er weer een andere claim is die aankondigt dat de wereld nu eindelijk de oplossing voor alle energieproblemen nadert, dan wordt de mythe verkocht in de plaats van de waarheid.

Veel wetenschappers voelen zich aangetrokken tot zowel splijting, de krachtbron in de huidige kernreactoren, en fusie, vanwege de spectaculaire hoeveelheid energie die ze bieden. De belangrijkste brandstof voor splijting, uranium-235, heeft 2 miljoen keer zoveel energie per pond als olie. Fusion kan tot zeven keer dat of meer leveren.

De brandstof die wordt gebruikt voor splijting is zeer overvloedig. Hetzelfde geldt voor fusie, maar zonder langlevend gevaarlijk afval. Voor fusie, de brandstof is twee isotopen van waterstof, deuterium en tritium, waarvan de eerste kan worden gewonnen uit zeewater en de tweede uit lithium, wiens middelen groot en groeiend zijn.

Vandaar, het falen om deze kolossale niet-koolstofbronnen na te jagen, lijkt misschien kolossaal zelfvernietigend.

Fusie is moeilijk te benutten, Hoewel. in sterren, die zijn gemaakt van plasma, een hoogenergetische toestand van materie waarin negatief geladen elektronen volledig zijn gescheiden van positief geladen kernen, fusie vindt plaats vanwege enorme zwaartekrachten en extreme temperaturen.

Om soortgelijke omstandigheden hier op aarde te creëren, was fundamentele vooruitgang nodig op een aantal gebieden, van kwantumfysica tot materiaalkunde. Wetenschappers en ingenieurs hebben de afgelopen halve eeuw genoeg vooruitgang geboekt, vooral sinds de jaren 90, om ervoor te zorgen dat de bouw van een fusiereactor die in staat is meer energie op te wekken dan nodig is om te functioneren binnen twee decennia haalbaar lijkt, geen vijf. Supercomputing heeft enorm geholpen, waardoor onderzoekers het gedrag van plasma onder verschillende omstandigheden nauwkeurig kunnen modelleren.

Reactortypes

Er zijn op dit moment twee redenen om optimistisch te zijn over fusie. Er worden of worden twee grote fusiereactoren gebouwd. En fusie-startups die kleinere reactoren willen bouwen, wat goedkoper zou zijn eenvoudiger en sneller bouwen, zijn aan het groeien.

Een van de twee grote reactoren is een tokamak in de vorm van een donut – een Russisch acroniem voor een Sovjet-uitvinding die in de jaren vijftig werd gemaakt en die was ontworpen om plasma op te sluiten en samen te persen tot een cilindrische vorm in een krachtig magnetisch veld. Krachtige compressie van het deuterium-tritium-plasma bij extreem hoge temperaturen - zoals bij ongeveer 100 miljoen graden Celsius - zorgt ervoor dat fusie optreedt.

ITER (Latijn voor "de weg") is een samenwerking tussen de Europese Unie en de regeringen van India, Japan, Zuid-Korea, Rusland, China en de VS Dit consortium geeft nu meer dan 20 miljard dollar uit om een ​​gigantische tokamak te bouwen in Zuid-Frankrijk. tegen 2035, het is gepland om 500 megawatt te genereren terwijl het werkt op slechts 50 megawatt. Het bereiken van dat doel zou in wezen bevestigen dat fusie op grote schaal een haalbare bron van schone energie is.

De kleinste maar zwaarste van de zes ringvormige magneten of poloïdale veldspoelen van de #ITER #tokamak krijgt vorm in China. Het heeft een diameter van tien meter, maar weegt maar liefst 400 ton. September staat gepland voor voltooiing. https://t.co/a7ahvoh7qn pic.twitter.com/5SnFZeEoXv

— ITER (@iterorg) 30 maart 2018

De andere is een meer complexe, verdraaide doughnutstellarator, genaamd de Wendelstein 7-X, gebouwd in Duitsland met hetzelfde doel. Bochten in zijn kamer verdraaien het plasma zodat het een stabielere vorm heeft en voor langere tijd kan worden opgesloten dan in een tokamak. De 7-X kostte ongeveer $ 1 miljard om te bouwen, inclusief locatiekosten. En als alles volgens plan verloopt, tegen 2040 zou het mogelijk een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit kunnen opwekken.

Het Wendelstein 7-x(stellarator) ontwerp en het werkelijke plasmaveld, mogelijk gemaakt door 3D magnetische insluiting vs 2D. Het is prachtig pic.twitter.com/QLHbGmNQ1Q

— OppenheimersBlockchain (@Corpusmentis0) 2 april 2018

In de tussentijd, bijna een dozijn startups ontwerpen nieuwe soorten reactoren en energiecentrales waarvan ze zeggen dat ze veel eerder en veel goedkoper online kunnen komen - zelfs als de vereiste technologie er nog niet is.

Bijvoorbeeld, Commonwealth Fusion-systemen, een spin-off van het MIT die nog steeds verbonden is met het Plasma Science and Fusion Center van de universiteit en gedeeltelijk wordt gefinancierd door de Italiaanse oliemaatschappij Eni, heeft tot doel bijzonder krachtige magnetische velden te creëren om te zien of fusie-energie kan worden opgewekt met kleinere tokamaks.

en algemene fusie, een in Vancouver gevestigde onderneming die Amazon-oprichter Jeff Bezos ondersteunt, wil een grote bolvormige reactor bouwen waarin waterstofplasma wordt omgeven door vloeibaar metaal en wordt samengedrukt met zuigers om een ​​uitbarsting van fusie te veroorzaken. Mocht dat lukken, deze energie zou het vloeibare metaal verwarmen om stoom te genereren en een turbinegenerator te laten draaien, enorme hoeveelheden elektriciteit produceren.

Mogelijke doorbraak in energie:MIT en nieuw bedrijf lanceren nieuwe benadering van fusie-energie #LightTheSPARC https://t.co/2sYO2ki1dy

— Steven Pinker (@sapinker) 9 maart 2018

Rijk genoeg

Met slanke operaties en duidelijke missies, deze startups zijn wendbaar genoeg om snel van tekentafel naar daadwerkelijke constructie te gaan. In tegenstelling tot, multinationale complicaties kosten ITER tijd en geld.

Aangezien de toekomstige energiebehoefte enorm zal zijn, het hebben van verschillende fusie-opties kan helpen om ze te ontmoeten, hoe lang ze ook duren. Maar er zijn ook andere bronnen van niet-koolstofenergie beschikbaar.

Dat betekent dat voorstanders van kernfusie hun financiers over de hele wereld moeten overtuigen dat het de moeite waard is om deze toekomstige optie te blijven steunen wanneer andere niet-koolstofbronnen, zoals wind- en zonne-energie (en kernsplijting – in ieder geval buiten de VS, Japan en de Europese Unie) opschalen of uitbreiden. Als de vraag is of het de moeite waard is om een ​​grote gok te wagen op een nieuwe niet-koolstoftechnologie met een enorm potentieel, dan suggereert de snelle groei van hernieuwbare energie in de afgelopen jaren dat ze de betere gok waren.

Maar als de ongeveer $ 3,5 biljoen die sinds 2000 in hernieuwbare energie is geïnvesteerd, allemaal de kernsplijting had ondersteund, Ik geloof dat de vooruitgang in die technologie ertoe zou hebben geleid dat alle resterende kolen- en oliegestookte elektriciteitscentrales inmiddels van de aardbodem zijn verdwenen.

En als datzelfde geld in plaats daarvan fusie had gesteund, misschien zou er nu een werkende reactor bestaan. Maar de rijke naties van de wereld, beleggingsondernemingen en miljardairs kunnen gemakkelijk fusieonderzoek en -experimenten ondersteunen, samen met andere opties. Inderdaad, de droom van fusiekracht lijkt nu zeker niet te sterven of slechts een droom te blijven.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.