Kernfusie – De Ultieme Schone Energieoplossing aan de Horizon

De Kracht Van Sterren

Kernenergie heeft een slechte reputatie bij veel mensen. Het is gedeeltelijk gerechtvaardigd, met rampen zoals Tsjernobyl of Fukushima die haar reputatie hebben bevlekt.

Andere mensen hebben de tegenovergestelde mening, en vinden dat alles behalve het splijten van atomen een primitieve en inefficiënte manier is om energie te produceren. Ze wijzen ook op de lage CO₂‑uitstoot en de zeer stabiele basislaststroom die kernenergie kan leveren.

Het is waarschijnlijk dat kernenergie deel zal uitmaken van ons toekomstige energiemengsel, vooral nu de 4^de generatie kernreactoren online komt, die schoner, veiliger en efficiënter zullen zijn.

Echter, al deze reactoren zijn gebaseerd op het concept van nucleaire splijting. Ze nemen zeer zware atomen zoals uranium, thorium of plutonium en halen energie wanneer ze uiteenvallen in lichtere elementen.

Een andere vorm van nucleaire energie is nucleaire fusie. Het berust op het nemen van zeer lichte elementen en deze laten samensmelten tot zwaardere.

Nucleaire fusie is letterlijk wat het universum aandrijft, waarbij elke ster een gigantische nucleaire fusierreactor is. Elke seconde verbruikt de zon 600 miljoen ton waterstof. Ter referentie betekent dit dat de zon een hoeveelheid waterstof verbruikt die gelijk is aan de volledige massa van de aarde elke 70.000 jaar.

Grappig genoeg betekent dit dat zonne‑energie (net als wind, biomassa en uiteindelijk zelfs fossiele brandstoffen) eigenlijk alleen maar nucleaire fusie‑energie (van de zon) is, maar met extra stappen.

Dus, als we een klein beetje hiervan op aarde konden repliceren, zouden we toegang hebben tot een praktisch onbeperkte energievoorziening. In tegenstelling tot uranium of thorium, die relatief zeldzaam zijn, is waterstof 74 % van alle materie in het universum.

Splijting vs. Fusie

Wanneer we moleculen zoals aardgas of olie verbranden, geven we de energie vrij die in de chemische bindingen van het molecuul zit. Dit is een tamelijk hoog energieniveau, maar verre van de energie die in atomen zelf zit.

Daarom bevat 1 kg uranium dezelfde hoeveelheid energie als 2,7 miljoen kg kolen. Waterstof, wanneer het fusie ondergaat, is zelfs nog krachtiger.

Bij het bespreken van nucleaire energie kan het verwarrend zijn te begrijpen waarom je energie kunt opwekken uit zowel fusie als splijting.

De reden is dat de energie in de kern van een atoom varieert afhankelijk van het gewicht van het element. Zware elementen hebben kernen met meer energie dan middelzware elementen, dus wanneer ze splijten, geven ze een deel van die energie vrij als warmte en straling. Deze warmte verzamelen we om stroom te produceren in kerncentrales.

Maar zeer lichte elementen zijn nog energieker. Dus wanneer we ze samenvoegen tot middelzware elementen, geven ze nog meer energie vrij.

Bron: Nature

Als gevolg hiervan kan nucleaire fusie 3‑10 keer meer energie produceren dan het splijten van atomen.

In combinatie met de extreme overvloed van het lichtste mogelijke element, waterstof, maakt dit theoretisch nucleaire fusie een bron van onbeperkte energie, beperkt alleen door de totale hoeveelheid materie in het hele universum.

Zelfs in het zonnestelsel bevatten de gasreuzen en de komeetwolken zoveel waterstof dat het de volledige massa van de aarde overschaduwt.

Realistisch gezien zou zelfs een menselijke beschaving die 1.000 keer ons huidige energieverbruik gebruikt, nooit zonder brandstof komen te zitten.

Bovendien is het product van waterstoffusie, helium, een niet‑giftig, licht en chemisch niet‑reactief gas. Dus geen vervuilend nucleair afval om mee om te gaan wanneer het proces voorbij is.

Fusie Is Moeilijk

Waarom hebben we de menselijke beschaving nog niet van nucleaire fusie voorzien?

Wel, het probleem is dat nucleaire fusie moeilijk te realiseren is. De kernen van waterstofatomen hebben een positieve elektrische lading en stoten elkaar van nature af. Het kan dus erg moeilijk zijn om ze dicht genoeg bij elkaar te krijgen voor fusie, zoals twee ultrasterke magneten die elkaar afstoten.

In de natuur is alleen de overweldigende zwaartekracht van een hele ster voldoende om waterstofatomen dicht genoeg bij elkaar te duwen om fusie te activeren. Zelfs iets zo groot als Jupiter is nog “te klein” om dit te bereiken.

Dus, het dicht bij elkaar brengen van waterstofatomen op aarde is zeer, zeer moeilijk.

Het is echter wel gedaan en werd voor het eerst bereikt door een fusie‑machine in de jaren 50. Deze machines toonden de haalbaarheid van het creëren van fusie aan, maar leverden niet genoeg energie op in vergelijking met de energie die nodig was om de fusie te starten.

(Technisch gezien werd grootschalige nucleaire fusie al bereikt in 1952 met de eerste thermonucleaire bom, maar dit is nauwelijks een bruikbare techniek om een veilige energievoorziening te creëren).

Een ander probleem met fusie is dat het plasma van nucleaire fusie extreem heet is, meestal boven de 100 miljoen graden Celsius. Het moet dus perfect ingesloten worden, anders smelt het de reactor.

Vanwege al deze problemen is nucleaire fusie een traag voortschrijdend vakgebied, met de sarcastische opmerking dat “Fusie altijd 30 jaar in de toekomst ligt”.

Vervanging van Zwaartekracht

Dit probleem van het terugwinnen van voldoende energie uit fusie, vergeleken met de energie die nodig is om de nucleaire fusie‑reactie te starten, komt vaak voor in het vakgebied. Omdat fusie zo moeilijk te realiseren is, is het comprimeren van zelfs maar een paar waterstofatomen extreem energie‑intensief.

Tot nu toe zijn verschillende methoden voorgesteld.

Elke methode is aangetoond te “werken”, wat betekent dat ze waterstof of andere lichte elementen laten samensmelten tot zwaardere elementen en energie vrijgeven.

Tokamaks

Fusie‑reactoren creëren een donut‑vormige ruimte met magnetische velden, waarin het nucleaire fusie‑plasma kan worden ingesloten.

Dit is momenteel een van de ontwerpen die de grootste kans hebben om geoptimaliseerd te worden tot een commerciële fusie‑reactor. De eerste tokamak werd gebouwd in 1958 en vormt het basisconcept voor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), de grootste onderzoeksinspanning om commerciële fusie te ontwikkelen, met bijna alle technologisch geavanceerde landen die deelnemen aan het project.

Bron: DOE

Echter, ITER is echter een problematisch project met aanzienlijke vertragingen. Recentelijk werd aangekondigd dat energie‑producerende reacties mogelijk niet vóór 2039 zullen plaatsvinden.

Andere Magnetische Fusie Reactor

Naast tokamaks gebruiken andere ontwerpen magneten om het plasma te comprimeren en in te sluiten. Dit omvat stellarators, spheromaks en compacte torussen.

In een stellarator is de donutvorm onregelmatig/gedraaid. In theorie kan dit een langere duur van fusie‑reacties en een stabieler plasma mogelijk maken. In de praktijk is het echter zeer moeilijk te bouwen en wordt het als moeilijker beschouwd dan tokamaks. Dit extra niveau van complexiteit maakte het ook erg moeilijk om op een computer te modelleren, waardoor voorspellingen moeilijker en de bouw duurder werd.

Spheromaks lijken op tokamaks, maar verschillen enigszins in de manier waarop ze het magnetisch veld opwekken.

Compacte torussen proberen fusie te creëren zonder een magnetische spoel in het centrum van de torus (donutvorm), waardoor de behoefte aan complexe magneten wordt verminderd.

Laser

In plaats van waterstofatomen samen te persen met een magneet, probeert een andere benadering met lasers ze zo heet te maken dat ze met elkaar botsen, waardoor onmiddellijk schokgolven ontstaan die de waterstofatomen samen duwen.

Een goed voorbeeld is de U.S. National Ignition Facility (NIF), die 192 krachtige laserstralen leidt, versterkt, weerkaatst en focust op een doelwit ter grootte van een potloodgum. Dit levert een piekvermogen van 500 biljoen watt op één punt.

Bron: Britannica

Dit is het andere belangrijkste ontwerp dat waarschijnlijk op een dag levensvatbare commerciële fusie zal leveren.

Magnetische fusie worstelt met complexe wiskunde en supergeleider‑materiaalwetenschap. Laser‑geïnduceerde fusie heeft moeite met het correct leveren van de energie en het behouden van een voldoende dichte en homogene brandstof voor fusie.

Elektrische Druk

Een laatste mogelijke methode om kunstmatig fusie te bereiken is het gebruik van elektrische stromen om het magnetisch veld te genereren dat het plasma strakker samendrukt, of Magnetized Target Fusion (MTF).

Een dergelijke methode is de Z-pinch, een andere methode maakt gebruik van pneumatische zuigers en injectie van plasma. Een deeltjesversneller zou misschien hetzelfde principe kunnen bereiken.

Bron: IEEE

In het algemeen zijn deze ontwerpen veel compacter dan tokamak‑ of laser‑gebaseerde fusie.

Opmerkelijk is dat deze aanpak wordt geprefereerd door private fusiebedrijven zoals General Fusion (GFUZ ) en Helion.

Stappen Naar Commerciële Fusie

Opbrengsten

Zoals hierboven uitgelegd, is fusie nog steeds een experimenteel vakgebied, zonder een duidelijke weg naar een commercieel levensvatbaar ontwerp.

Over het algemeen verbetert de opbrengst van fusie‑reactoren, wat betekent dat ze geleidelijk meer fusie‑energie leveren uit de energie die in hen wordt geïnjecteerd om de fusie te starten.

In 2022 kondigden onderzoekers van de Amerikaanse National Ignition Facility aan dat ze “een reactie hadden gecreëerd die meer energie opleverde dan ze erin stopten”.

In de praktijk is deze bewering enigszins misleidend: het laser‑aangedreven ontwerp leverde inderdaad 2,05 MJ energie en creëerde 3 MJ energie via fusie.

Dit negeert het feit dat om de 2,05 MJ laser te creëren, een totale hoeveelheid elektriciteit gelijk aan 322 MJ energie werd verbruikt om deze laserstralen te maken. Dus in de praktijk is de totale energieterugkeer nog steeds 100 keer te klein om een ‘echte’ positieve terugverdientijd te bereiken met dat model. En zelfs nog lager in de praktijk omdat, uiteraard, niet alle gegenereerde warmte kan worden omgezet in stroom.

Desondanks is dit een belangrijke mijlpaal en een indrukwekkende prestatie.

Plasma Stabiliteit En Reactieduur

Het cruciale onderdeel zal zijn om de situatie van een zelfonderhoudende fusie‑reactie te beoordelen, waarbij de eerdere energie‑release voldoende is om meer fusie te activeren. Tot voor kort duurden fusie‑reacties maximaal enkele tientallen seconden. In een toekomstige commercieel levensvatbare reactor zouden dergelijke reacties tientallen minuten of zelfs uren kunnen duren, dankzij een stabieler plasma.

Dit kan dichterbij liggen dan velen verwachtten, met een nieuw record van een volledige 6‑minuten lange fusie bereikt door het WEST‑apparaat (tungsten (W) Environment in Steady-state Tokamak) in Frankrijk.

Dit illustreert hoe het innovatieve gebruik van geavanceerde materialen zoals wolfraam de weg kan vrijmaken voor een drastische verbetering ten opzichte van de klassieke fusie‑reactorontwerpen. Je kunt meer lezen over wolfraam en de moeilijk te vinden investeringskansen in deze sector in ons artikel “Wolfraam – Het Geheime High‑Tech Metaal”.

Goedkope Supergeleiders

Deze stap is vooral nodig voor magnetische fusie‑reactorontwerpen, maar ook voor andere, aangezien de vermogensniveaus meestal het gebruik van supergeleider‑materialen in een deel van het systeem vereisen.

Gelukkig verbeteren betere supergeleiders, of zelfs kamertemperatuur‑supergeleidertechnologie, zich snel. Je kunt de details van dit onderwerp lezen in ons artikel “Vooruitgang in Supergeleiding Banen de Weg voor een Nieuwe Technologische Revolutie”.

AI

Plasma is een ongelooflijk complexe materietoestand, zeer verschillend van de andere drie (vast, vloeistof, gas). Het is extreem heet en wordt over het algemeen snel zeer onstabiel.

Onstabiel plasma blijft meestal niet lang ingesloten in de reactor, waardoor het nucleaire fusie‑proces wordt onderbroken.

Om dit te compenseren proberen de magneten van de nucleaire reactor het plasma voortdurend te stabiliseren, door het magnetisch veld in realtime aan te passen. De wiskunde die hiermee gepaard gaat is verbijsterend complex, en zelfs supercomputers hebben er moeite mee, vooral als ze snel moeten handelen om de juiste reactie aan de magneet van de reactor te instrueren.

Dit kan veranderen dankzij de vooruitgang in AI, zoals we in een recent artikel meldden. Daar legden we uit hoe AI leerde de opkomst van instabiliteiten in het plasma tot 300 ms van tevoren te voorspellen.

“We hoeven niet langer te wachten tot de instabiliteiten zich voordoen en vervolgens snel corrigerende maatregelen te nemen voordat het plasma wordt verstoord.”

Veiligheid

Nucleaire fusie is van nature veel veiliger dan nucleaire splijting. Een fusie‑reactie stopt automatisch wanneer het plasma uitzet, wat betekent dat er geen risico bestaat op een uit de hand lopende kettingreactie.

Echter, voordat het een grootschalige energiebron wordt, moet nucleaire fusie nog steeds enkele veiligheidskwesties aanpakken:

• Veel reactorontwerpen gebruiken tritium, omdat deze fusie‑reacties makkelijker te activeren zijn dan deuterium‑deuterium fusie. Echter, tritium is radioactief, dus elke reactorfout kan leiden tot (kleine) radioactieve besmetting.
• Plasma‑instabiliteit en hoog‑energetische fysica brengen een inherent risico met zich mee. Het veilig houden van de operators en het onbeschadigd houden van de reactor tijdens continue energieproductie vereist goede veiligheidsprocedures en waarschijnlijk ontwerpoptimalisatie.
• Nucleaire fusie produceert af en toe neutronen, die geleidelijk de reactorwand omzetten in radioactief afval. Hoewel het volume minimaal is, moeten deze afvalstoffen aan het einde van de levensduur van de componenten of van de reactoren als geheel correct worden verwerkt.

Afferente Onderwerpen

Ruimtefusie Aandrijving

Momenteel wordt nucleaire fusie voornamelijk nagestreefd vanwege het potentieel voor energieopwekking op aarde. Een andere sector die enorm zou profiteren van het beheersen van nucleaire fusie is ruimteverkenning en -kolonisatie.

Dankzij de zeer hoge efficiëntie ten opzichte van de brandstofmassa, evenals de extreem hoge temperaturen, vormen nucleaire fusie‑reactoren de perfecte voortstuwingssystemen voor de diepe ruimte.

In theorie zou het zeer snelle acceleratie en reistijd kunnen leveren, met een lage brandstofbehoefte en verbeterde veiligheid voor de bemanning vergeleken met alternatieven zoals chemische of nucleaire splijtingsmotoren. De gemakkelijke toegang tot en overvloed van waterstof in de ruimte is een extra voordeel.

In de praktijk kan het een uitdaging zijn om een fusie‑reactor klein en licht genoeg te maken om op een ruimteschip te passen, zelfs nadat we het ontwerp op aarde onder de knie hebben.

Zou nucleaire fusie commercieel levensvatbaar worden, dan zou dit het vooruitzicht van een ruimtegebaseerde economie volledig revolutioneren (waarover we in ons artikel hier zowel met als zonder fusie spreken), en de mensheid onmiddellijk een ruimtevarende soort maken.

Koude Fusie

Koude fusie is een controversieel onderwerp. In concept is dit het idee dat nucleaire fusie bereikt kan worden zonder plasma bij lage temperaturen.

Een voorgestelde methode zou zijn om materialen te gebruiken die van vorm veranderen op een manier waardoor waterstofatomen worden opgesloten en gedwongen samen te fuseren. Met waterstof doordrenkte metalen zoals palladium, erbium en titanium zijn voorgesteld om dit te bereiken.

In 1989 beweerden onderzoekers Stanley Pons en Martin Fleischmann dat ze zo’n fusie hadden bereikt. Helaas zijn jaren van pogingen door de wetenschappelijke gemeenschap om de bevindingen te repliceren tot nu toe mislukt, wat heeft geleid tot beschuldigingen van slechte wetenschappelijke kwaliteit of zelfs openlijke fraude.

De daaropvolgende controverse zou het imago van dit concept permanent beschadigen. Het wordt echter nog steeds onderzocht door een klein aantal wetenschappers, meestal onder de namen Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Condensed Matter Nuclear Science (CMNS) of Chemically Assisted Nuclear Reactions (CANR).

Een hernieuwde interesse in het veld is ontstaan in de jaren 2020, met de bedoeling het stigma van ons serieuze onderzoek te overwinnen. Opmerkelijk is dat de Amerikaanse overheidsinstantie ARPA‑E in 2023 een handvol subsidies heeft aangekondigd om onderzoeksgroepen te financieren die zich richten op low‑energy nuclear reactions (LENR), na intrigerende resultaten behaald door NASA‑onderzoekers in 2020.

Koude fusie is momenteel zeer onzeker en speculatief. Echter, de terugkeer van serieus en goed gefinancierd onderzoek naar het veld kan de situatie verduidelijken en bepalen of dit een levensvatbaar pad kan worden naar het bereiken van nucleaire fusie.

Bubbel Fusie

Een ander idee is dat nucleaire fusie kan optreden in bellen wanneer ze imploderen; bijvoorbeeld, bellen kunnen zich vormen in water wanneer ze aan ultrasoon worden blootgesteld, een idee dat soms sonofusie wordt genoemd.

In theorie zouden de schokgolven die ontstaan door het imploderen van een bel in een vloeistof krachtig genoeg kunnen zijn om fusie te veroorzaken, niet geheel anders dan de manier waarop lasers schokgolven induceren. Het zou het fenomeen sonoluminescentie kunnen verklaren (de nog niet begrepen lichtemissie wanneer een bel implodert).

Het idee is net zo controversieel als koude fusie, waarbij de belangrijkste voorstander breed bekritiseerd wordt.

Echter, het idee is misschien niet zo dood als de laatste twee decennia van controverse doen vermoeden.

In mei 2024 claimde een wetenschappelijk artikel getiteld “Observation of neutron emission during acoustic cavitation of deuterated titanium powder”, gepubliceerd in het ultra‑prestigieuze tijdschrift Nature, potentiële fusie‑gebeurtenissen te hebben gedetecteerd met bellen van zwaar water gemengd met titaan‑deeltjes.

We konden de neutronproductie gedurende meerdere uren handhaven en herhaalden het experiment meerdere keren onder verschillende omstandigheden. We veronderstellen dat de waargenomen neutronen afkomstig zijn van nucleaire fusie van deuteriumionen opgelost in het titaan‑rooster door de mechanische werking van de impacterende cavitatiejets.

De combinatie van een titaanrooster (zoals bij koude fusie) met cavitatie (bellen) is meer dan intrigerend, en de publicatie in een zeer serieus peer‑review tijdschrift kan de interesse in de sector nieuw leven inblazen, mogelijk met “cold‑bubble fusion” als een onverwachte wetenschappelijke doorbraak.

Private Sector Betreedt

Sinds het ontstaan zijn de velden van plasmafysica en nucleaire fusie grotendeels gedreven door overheids­onderzoek met publieke financiering.

Dit is logisch, aangezien ze zeer nuttig waren voor nucleaire wapenontwikkelingsprogramma’s, waarbij bijvoorbeeld de Amerikaanse National Ignition Facility aanvankelijk werd ontwikkeld om nucleaire wapenproeven te vervangen in plaats van nucleaire fusie te onderzoeken.

Als een tak van wetenschap zonder directe commerciële toepassingen moest de financiering voor fusie grotendeels afkomstig zijn van de publieke en academische sectoren.

Dit verandert dankzij de convergentie van drie factoren:

1. Decennia aan ervaring in de sector hebben een grote hoeveelheid vrij toegankelijke kennis en opgeleide wetenschappers gecreëerd die voor commerciële bedrijven kunnen werken.
2. Nucleaire fusie lijkt dichter bij commerciële realisatie dan ooit tevoren, wat het enthousiasme van investeerders vergroot. En investeringen in de stijl van “moonshot” zijn nu populair, waarbij nucleaire fusie mogelijk de ultieme moonshot is, samen met asteroïd‑mijnbouw, en respectievelijk permanent de problemen van schaarste in energie en grondstoffen oplost.
3. Klimaatverandering, geopolitiek en uitputting van hulpbronnen komen allemaal samen om de vraag naar een overvloedige koolstofneutrale energiebron te vergroten.

Dus een nieuwe golf van nucleaire fusie‑inspanningen wordt nu gedreven door private bedrijven, die reactorontwerpen vanuit de eerste principes willen herontwerpen, nieuwe methoden onderzoeken en proberen voor de fusiesector te repliceren wat bedrijven als SpaceX (SPCX ) hebben bereikt voor ruimtevaart (zoals de voorheen als onmogelijk beschouwde herbruikbaarheid van raketten).

Fusiebedrijven

Momenteel zijn geen van de bedrijven die zich richten op het commercieel levensvatbaar maken van nucleaire fusie beursgenoteerd. Dit omvat Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy en NEO Fusion. Je kunt een uitgebreide lijst van startups in de nucleaire fusiesector vinden op de speciale Dealroom‑pagina.

1. General Fusion

General is een van de startups die de leiding nemen in het maken van fusie tot een private‑sectoronderneming, in plaats van een publiek gefinancierd natuurkundig project.

Het bedrijf werd al in 2002 opgericht om Magnetized Target Fusion (MTF) technologie te ontwikkelen.

MTF wordt door het bedrijf gezien als een kortere weg naar energie‑positieve fusie en veel minder kostbaar. General Fusion was de eerste ter wereld die in 2010 een compacte torus‑plasma‑injector op schaal van een energiecentrale bouwde en in gebruik nam, en heeft sindsdien nog veel meer mijlpalen bereikt.

Bron: General Fusion

Het bedrijf streeft ernaar om in 2025 fusie te bereiken met een temperatuur van 100 miljoen graden Celsius en in 2026 vooruitgang te boeken richting energiebreakeven (positieve opbrengst uit nucleaire fusie). Daarvoor werd in 2023 een model op 1/5 schaal gemaakt en voldeed de prestatie aan de verwachtingen van computermodellen.

In totaal heeft General Fusion twee decennia besteed aan het stap voor stap opbouwen van elke kerntechnologie van het uiteindelijke ontwerp, elk getest onderweg en met succes het idee gevalideerd, althans tot nu toe.

Als privébedrijf hoefde het geen ontwerpwijzigingen te bespreken of te onderhandelen, in tegenstelling tot internationale projecten zoals ITER. Het kon ook technologie kiezen op basis van eigen verdienste, zonder te hoeven bepalen of een specifiek land het contract krijgt om politieke redenen.

Bron: General Fusion

Daarom verwachten velen dat General Fusion en enkele van haar concurrenten kunnen realiseren wat grote overheidsprojecten misschien niet kunnen.

2. Lockheed Martin Corporation

Een opvallende uitzondering op de dominantie van privé‑gelistte startups in het veld is het beursgenoteerde bedrijf Lockheed Martin Corporation (LMT ), een gigant in de defensie‑industrie.

Lockheed werkte sinds het begin van de jaren 2010 aan Compact Fusion, een nucleaire fusie‑reactor waarvan men verwachtte dat deze in de jaren 2020 klaar zou zijn. Echter, later werd aangekondigd dat het werk aan het project in 2021 werd stopgezet.

Het bedrijf is zeer terughoudend geweest over dit project na een aanvankelijk zeer publieke aankondiging. Tot op de dag van vandaag is onduidelijk wat het bedrijf ertoe heeft gebracht het idee te verlaten.

Tegelijkertijd lijkt het de concept niet volledig te hebben verlaten, met name door investeringen in 2024 in Helicity, een startup die een fusie‑motor ontwikkelt.

Het idee is om ruimtevaartuigen te stuwen met korte uitbarstingen van fusie. Helicity plant een plasmageweer te gebruiken, dezelfde aanpak als bij General Fusion.

Mogelijk hebben Lockheed’s eigen interne resultaten aangetoond dat hun ontwerp fusie niet kan handhaven op een manier die compatibel is met energieproductie.

Maar misschien zijn korte uitbarstingen toch voldoende voor de behoefte aan voortstuwing in de ruimte en veel dichter bij een daadwerkelijk product? Het zou ook beter passen bij het algemene lucht‑ en defensie‑gerichte profiel van het bedrijf.

3. TAE Technologies

Voorheen bekend als Tri Alpha Energy, richt het in Californië gevestigde bedrijf zich op de ontwikkeling van fusie‑energietechnologie. TAE Technologies upgrade momenteel haar fusieplatform Norman naar een zesde‑generatie machine genaamd Copernicus.

Bron: TAE

TAE‑technologie maakt gebruik van deeltjesversnellers om energie in het plasma te injecteren en “te fungeren als een verdikkingsmiddel dat het beter beheersbaar maakt”.

Het bedrijf maakt ook uitgebreid gebruik van 3D‑printen bij de vervaardiging van Copernicus, waardoor snelle iteraties van nieuwe onderdelen en sneller probleemoplossen mogelijk zijn. Bijvoorbeeld, het slaagde erin enkele reactoronderdelen te printen met de helft van het gewicht dat conventionele productie zou hebben opgeleverd.

Bron: TAE

Als alles voorspoedig verloopt, verwacht het bedrijf haar eerste prototype‑energiecentrale te bouwen die in het begin van de jaren 2030 op het net kan worden aangesloten, en de opschaling om “robuuste en betrouwbare” commerciële energie te ontwikkelen zal gedurende het decennium doorgaan. Fusie, volgens CEO Michl Binderbauer, zou ons naar een “paradigma van overvloed” brengen.

De afgelopen 25 jaar heeft het bedrijf gewerkt volgens een “geld per mijlpaal” model, waarbij elke financieringsronde alleen wordt verdiend op basis van het behalen van de aan investeerders beloofde mijlpalen.

In 2022 investeerden Google en Chevron (CVX ) in TAE Technologies als onderdeel van de $250 miljoen financieringsronde van het bedrijf. Google werkt al een decennium samen met TAE en levert AI en rekenkracht aan het bedrijf.

Het bedrijf biedt ook life‑science diensten (Boron Neutron Capture Therapy – BNCT) en energieoplossingen zoals batterijen en e‑mobiliteit.

4. Helion

Helion streeft ernaar om fusie te creëren met deuterium en helium‑3, in plaats van de meer gebruikelijke benadering die zich richt op fusie met tritium.

Normaal is helium‑3 zeer moeilijk te vinden. Maar Helion heeft een methode om het uit deuterium in haar eigen reactor te produceren. Anders zouden alternatieven zoals ongeteste mijnbouw op de maan nodig zijn geweest.

Net als de meeste private fusie‑ondernemingen gebruikt Helion plasmainjectietechnologie.

Een ander uniek kenmerk is het direct opvangen van elektriciteit uit het plasma, met behulp van de wet van Faraday om een stroom te induceren, waardoor de gebruikelijke stoomverwarmingscyclus in kerncentrales wordt overgeslagen.

Deze stap is tamelijk gedurfd, maar kan ook de opbrengst van toekomstige energiecentrales met 2‑3 keer verhogen, aangezien de omzetting van warmte naar stoom naar stroom meestal zeer inefficiënt is. Het is bovendien een kapitaalintensieve procedure.

De fusie‑energiecentrale van Helion zal naar verwachting verwaarloosbare brandstofkosten, lage operationele kosten, hoge beschikbaarheid en concurrerende kapitaalkosten hebben. Onze machines vereisen veel lagere kapitaalkosten omdat we fusie zo efficiënt kunnen uitvoeren en geen grote stoomturbines, koeltorens of andere dure vereisten van traditionele fusie‑benaderingen nodig hebben.

Helion exploiteert momenteel Trenta, haar 6e‑generatie reactor die meer dan 10.000 pulsen en temperaturen van 100 miljoen graden Celsius heeft bereikt.

Bron: Helion

Ze werkt momenteel aan Polaris, het volgende model dat naar verwachting 100 keer sneller zal zijn dan Trenta, waardoor het de eerste nucleaire fusie zou worden die een netto elektriciteitswinst oplevert.

Het is het vermelden waard dat Polaris 19 m lang zou zijn, verre van een gigantische installatie vergeleken met andere, meer klassieke fusie‑reactorontwerpen.