China komt dichter bij het beheersen van eindeloze schone energiebronnen

De bruisende stad Shanghai viert nationale festiviteiten met wereldberoemde lichtshows, waarbij wolkenkrabbers in schitterende kleuren worden verlicht.

Hier werken wetenschappers en ingenieurs dag en nacht aan de volgende grote stap in wereldwijde technologie, van 6G-internet en geavanceerde AI tot de volgende generatie robotica. Het is ook hier dat een kleine startup genaamd Energy Singularity werkt aan iets buitengewoons: kernfusie-energie.

Fusie-energie is energie die ontstaat door kernfusiereacties. Het is het tegenovergestelde van de splijtingsreactie die wordt gebruikt in de huidige kernreactoren of atoomwapens.

Kernfusie, het proces dat de zon en andere sterren van energie voorziet, is op aarde moeilijk te evenaren. Verschillende landen hebben kernfusie al bereikt, maar het is nog steeds moeilijk om dit lang genoeg vol te houden voor gebruik in de echte wereld.

Shanghai bij nacht. Foto: New York Times

Een gecontroleerde kernfusiereactie levert ongeveer 4 miljoen keer meer energie op dan de verbranding van steenkool, olie of gas, en 4 keer meer dan kernsplijting, het type kernenergie dat nu wordt gebruikt. Kernfusie zal dit decennium niet op tijd ontwikkeld worden om klimaatverandering te bestrijden, maar het zou de oplossing kunnen zijn voor toekomstige opwarming.

De Chinese overheid steekt veel geld in het project en schat dat het tussen de 1 en 1,5 miljard dollar per jaar in kernfusie zal investeren, aldus Jean Paul Allain, hoofd van het Office of Fusion Energy Science van het Amerikaanse ministerie van Energie. Ter vergelijking: de Amerikaanse overheid geeft jaarlijks ongeveer 800 miljoen dollar uit.

Particuliere bedrijven in beide landen zijn optimistisch en denken dat ze tegen het midden van de jaren 2030 kernfusie-energie op het net kunnen aansluiten. Dat komt doordat er nog steeds enorme technische uitdagingen zijn.

"Kunstmatige zon" tokamak

Kernfusie is een ongelooflijk complex proces waarbij twee kernen die elkaar normaal gesproken afstoten, samengeperst worden. Eén manier om dit te doen is door de temperatuur in een tokamak te verhogen tot 150 miljoen graden Celsius, tien keer de temperatuur van de kern van de zon.

Wanneer de kernen samensmelten, komt er een grote hoeveelheid energie vrij in de vorm van hitte. Die warmte kan vervolgens worden gebruikt om turbines aan te drijven en elektriciteit op te wekken.

De in Shanghai gevestigde startup Energy Singularity heeft in drie jaar tijd een eigen tokamak gebouwd, sneller dan welke reactor ooit gebouwd. Een tokamak is een ongelooflijk complexe cilindrische of toroïdale machine die waterstof verhit tot extreem hoge temperaturen, waardoor een plasma ontstaat waarin kernfusie plaatsvindt.

Plasma wordt tijdens een experiment opgesloten in de tokamak van Energy Singularity. Foto: Energy Singularity

Energy Singularity heeft meer dan 112 miljoen dollar aan particuliere investeringen ontvangen en heeft bovendien een wereldprimeur behaald: de huidige tokamak van het bedrijf is de enige tokamak die geavanceerde magneten gebruikt bij plasma-experimenten.

Deze magneten, ook wel hoge-temperatuur-supergeleidende magneten genoemd, zijn sterker dan de kopermagneten die in oudere tokamaks werden gebruikt. Hierdoor kunnen kleinere tokamaks evenveel fusie-energie opwekken als grote tokamaks en kunnen ze plasma beter insluiten.

Het bedrijf zegt dat het van plan is om tegen 2027 een tokamak van de tweede generatie te bouwen om aan te tonen dat de methode commercieel levensvatbaar is. Tegen 2035 verwacht het bedrijf een apparaat van de derde generatie te hebben dat stroom aan het net kan leveren.

Met het geld dat China in onderzoek steekt, boekt het tokamakconcept snelle vooruitgang. De Chinese tokamak in het oosten van China, in Hefei, heeft het plasma meer dan 17 minuten stabiel gehouden op 70 miljoen graden Celsius, vijf keer heter dan de kern van de zon. Dit is een wereldrecord en een ongelooflijke doorbraak.

Lasertechnologie

Terwijl China met tokamakreactoren vooroploopt, zien de VS een voorsprong in een andere technologie: lasers.

Eind 2022 vuurden wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië bijna 200 lasers af op een cilinder met een brandstofcapsule ter grootte van een peperkorrel. Dit was 's werelds eerste succesvolle experiment om netto kernfusie-energie op te wekken. De energie die bij dit proces vrijkwam, was groter dan de energie die nodig was om de capsule te verhitten.

Onderdeel van het lasersysteem van het Lawrence Livermore National Laboratory, waar wetenschappers met succes een fusiereactie hebben "ontstoken". Foto: Damien Jemison

Er zijn nog veel meer manieren om kernfusie te bereiken, en de VS zet in op verschillende technologieën.

"Er is mogelijk meer dan één manier, en we weten niet precies welke de beste is" om fusie-energie te benaderen, aldus de in het Verenigd Koninkrijk gevestigde plasmafysicus Melanie Windridge. Ze zei dat het op de lange termijn afhangt van de kosten en andere factoren, maar benadrukte dat de tokamak het best onderzochte concept is.

Terwijl de Chinese overheid geld in kernfusie heeft gestoken, hebben de Verenigde Staten meer particuliere investeringen aangetrokken. Wereldwijd heeft de private sector de afgelopen drie tot vier jaar 7 miljard dollar aan kernfusie uitgegeven, waarvan ongeveer 80 procent afkomstig was van Amerikaanse bedrijven, aldus Allain.

Maar als de Chinese overheid jaarlijks meer dan 1 miljard dollar blijft investeren, zou dat bedrag al snel de Amerikaanse uitgaven kunnen overtreffen, zelfs in de particuliere sector.

En als die investeringen lonen, zullen de kleurrijke festiviteiten in Shanghai China een heel nieuw aanzien geven.

Hoai Phuong (volgens CNN)

Bron: https://www.congluan.vn/trung-quoc-tien-gan-den-viec-lam-chu-nguon-nang-luong-sach-vo-tan-post313167.html