DOE Fusieroadmap: Pad naar Commerciële Fusie-energie

Sinds de uitvinding van de Tokamak-reactor door Sovjetwetenschappers in 1958, is de mensheid technisch in staat geweest om kernfusie op Aarde te produceren, waarbij lichtere atomen samensmelten tot zwaardere in een zeer energierijke reactie.

In theorie zou deze technologie de mensheid kunnen voorzien van onbeperkte schone energie, zonder koolstofuitstoot, zonder kernafval en met een onbeperkte voorraad brandstof, aangezien het waterstof verbruikt, het meest voorkomende element in het Universum, en dit omzet in onschadelijk helium.

Deze atoomreactie is >10x energieker dan zelfs de krachtigste kernfissiereacties.

Bron: Nature

Het praktische gebruik van fusie is echter sindsdien ongrijpbaar gebleven, omdat het opwekken van fusie een complex proces is dat tot nu toe meer energie vereist dan wordt gegenereerd door de kernreactie.

(U leert meer over de fundamenten van kernfusie in ons toegewijde rapport “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon.”).

Toch evolueert het potentieel van kernfusietechnologie snel in de afgelopen jaren, en veel private bedrijven beweren nu dicht bij een commercieel levensvatbare reactor te zijn, met name Proxima Fusion, Commonwealth Fusion Systems, en het binnenkort beursgenoteerde General Fusion (volg de links voor meer informatie over elk bedrijf en hun voortgang).

Het is in deze context van toenemende concurrentie om het eerste kernfusiebedrijf met een levensvatbaar product te worden, dat het Amerikaanse Department of Energy (DoE) een nieuw nationaal rapport over kernfusie heeft gepubliceerd dat schetst hoe het land innovatie in de sector kan versnellen, technische standaarden kan verbeteren en de kennisoverdracht van de academische wereld naar de private sector kan verbeteren.

Het rapport benadrukt ook het belang van het verbeteren van de technologie voor “diagnostische” instrumenten die de kwaliteit en stabiliteit van het door kernfusie gegenereerde plasma analyseren.

Waarom Kernfusie Belangrijk is voor de Wereldwijde Energie

Tot nu toe is de mensheid nog steeds op zoek naar de ideale energiebron. Fossiele brandstoffen zijn vervuilend, produceren klimaatbeschadigende koolstofemissies en kunnen op een dag opraken.

Maar de alternatieven voor kernfissie-energie produceren afval en zijn complex, terwijl hernieuwbare bronnen veel land nodig hebben, intermitterend zijn en enorme energieopslag vereisen om te werken naarmate ze een groter aandeel in de energiemix krijgen.

Kernfusie zou in theorie zowel een ultra-compacte energiebron kunnen zijn zonder vervuiling en met onbeperkte energie.

Tot nu toe wordt de technologie echter beperkt door de complexiteit van het starten en vervolgens in stand houden van het energieproducerende plasma dat nodig is om fusie te veroorzaken. Aangezien dit plasma tot 10x heter is dan de kern van de zon, vereist dit extreem complexe en ultra-krachtige magnetische velden gegenereerd door magneten die worden gekoeld tot temperaturen dicht bij het absolute nulpunt.

Bron: DOE

Alleen minuten- of urenlang stabiel plasma zal genoeg waterstof laten fuseren om de initiële energiekosten van het creëren van de juiste condities te compenseren, evenals het energieverbruik voor het koelen en actief houden van de supergeleidende magneten.

En alleen met een massieve positieve energieopwekking kan zo’n reactor commercieel levensvatbaar zijn om de grote investering voor het bouwen en exploiteren van de kernfusiereactor terug te verdienen.

DoE 2026 Rapport over Kernfusie

Veeg om te scrollen →

Achtergrond van het DoE Fusierapport

Dit nieuwe rapport van het DoE was het resultaat van een grote samenwerking van experts op het gebied van kernfusie, gesponsord door het Office of Science’s Fusion Energy Sciences (FES) programma van het DOE.

Het werd voorgezeten door Luis Delgado-Aparicio, hoofd geavanceerde projecten bij het DOE’s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), en mede-voorgezeten door Sean Regan, een gedistinguished scientist en de directeur van de Experimental Division aan de University of Rochester’s Laboratory for Laser Energetics.

Het hoofddoel van het rapport is om academische en overheidssteun te bieden om de > $9 miljard aan investeringen door de private sector in deze technologie te coördineren en te optimaliseren.

Het behandelt alle zeven geïdentificeerde belangrijke onderzoeksgebieden op het gebied van kernfusie, die allemaal theoretische onderwerpen zijn, evenals alle belangrijkste ontwerpen van potentieel commercieel levensvatbare kernfusiereactoren:

• Laagtemperatuurplasma.
• Hoge-energiedichtheidsplasma.
• Plasma-materiaalinteractie.
• Magnetisch confinement fusie — Brandend plasma.
• Traagheidsconfinement fusie — Brandende plasma’s.
• Magnetische fusie-energie — Fusiepilotplant.
• Traagheidsfusie-energie — Fusiepilotplant.

Belangrijkste Bevindingen van de DOE Fusieroadmap

De eerste bevinding van het rapport is dat voor het bereiken van commerciële kernfusie 8 afzonderlijke infrastructuurstromen cruciaal zijn voor vooruitgang, waaronder plasmawetenschap, AI, en testen van reactorcomponenten zoals dekens (die een continue brandstofstroom leveren), de brandstofcyclus en magneten.

Bron: DOE

Het stelt ook enkele initiatieven voor om het tempo van onderzoek en ontwikkeling van kernfusie voor energieopwekking te versnellen.

De eerste is het aanmoedigen van het gebruik van validatie en verificatie van modellen door AI en machine learning, evenals het gebruik van digitale tweelingen.

Het benadrukt ook dat de belangrijkste ontbrekende schakel naar commerciële fusie verbetering is in de meting van plasma, een discipline die wordt omschreven als plasma-“meting” of “-diagnostiek”.

Het rapport identificeert vier onderwerpen waar publiek-private partnerschappen (PPP), nationale teams en multi-lab coördinatie nationale investeringen in fusieonderzoek kunnen verankeren:

• Stralingsbestendige diagnostiek & bijbehorende sensoren.
• AI, machine learning en real-time data-analyse.
• Tritiumgeneratie en warmtebelastingsbeheer.

Bron: DOE

Ten slotte wordt aanbevolen om startfinanciering te verstrekken voor een betrouwbaardere en diversere toeleveringsketen voor fusieapparatuur. Dit komt omdat fusiecentrales robuuste, stralingstolerante interne componenten zullen vereisen die op grote schaal kunnen worden geproduceerd, ver voorbij de huidige eenmalige labexperimenten.

“De fabricage van op hoge-temperatuur vuurvast metaal gebaseerde componenten zal een combinatie vereisen van robuuste geavanceerde fabricagemethoden (bijv. laserbed 3D-printen) en testen met een combinatie van infrastructuur (bijv. kleine testopstellingen, midden-schaal demonstratieplatforms en grootschalige faciliteiten).”

Focus Op Plasmadiagnostiek

Diagnostiek is de belangrijkste ontbrekende schakel voor commerciële fusie, omdat het bepaalt hoe het plasma in real-time kan worden geanalyseerd en aangepast, zodat het kan worden gestabiliseerd en productiever gemaakt.

Om de vooruitgang in plasmadiagnostiek te versnellen, stelt het rapport een veel hoger niveau van nationale coördinatie voor, waarbij wordt vertrouwd op het vormen van nationale teams, een nationaal netwerk dat mogelijk Calibration NetUS genoemd zou kunnen worden.

Het moedigt ook de totstandkoming aan van een gestandaardiseerde aanpak voor diagnostische kalibratie die kan helpen bij het vergelijken van verschillende ontwerpen en prototypes.

Op het gebied van personeel en management dringt het rapport aan op investeringen in personeelsontwikkeling, hulp bij het op afstand uitvoeren van meetinnovatie en het verbeteren van kennisoverdracht naar de private sector.

Het rapport kijkt ook naar alternatieve paden naar fusie die veelbelovend zijn, maar tot nu toe minder zijn onderzocht, ondanks dat ze mogelijk efficiënter, betrouwbaarder of goedkoper zijn dan eerder vastgestelde paden naar fusie. Dit omvat:

• Stellarators(vergelijkbaar met tokamaks maar met veel complexere magnetische veldgeneratoren)
• <a href="https://control.princeton.edu/research/liquid_metal