Naamloos document
Dromen over kernfusie-energie, charlatans en de kromme eend. De fles van de zonsenergie zal altijd nog 20 jaar op zich laten wachten.
Door ****Charles Seife| Gepubliceerd op donderdag 3 januari 2013, om 5:00 uur ET
De cryostaat vormt het vacuüm-dichte behuizing rond de vacuümkamer van ITER en de supergeleidende magneten, en werkt eigenlijk als een zeer grote koelkast. Hij wordt gemaakt van roestvrij staal met een dikte tussen de 50 mm en 250 mm. De structuur is ontworpen voor 8.500 m³. De afmetingen zijn 29,4 meter in diameter en 29 meter hoog. Het gewicht zal meer dan 3.800 ton bedragen, waardoor het de grootste roestvrije staal fles ooit gebouwd is.
Slechts enkele weken geleden begon een groep onderzoekers op het gebied van fusie met het gebruik van Zuid-Koreaanse geld aan de ontwikkeling van een machine waarvan niemand echt denkt dat hij ooit gebouwd zal worden en die waarschijnlijk niet zou werken als hij wel zou worden gebouwd. Dat maakt de machine een beetje belachelijker dan de Franse machine die wel of niet gebouwd zal worden en die, als en wanneer hij ooit af is, zeker niet zal dienen voor wat hij oorspronkelijk moest doen. Als je hebt geraden dat de geschiedenis van fusie-energie een beetje vreemd kan zijn, dan heb je gelijk.
Aan de ene kant is de geschiedenis van kernfusie-energie vol met gekken, charlatans, naïef en idealistische dromers die dromen van de oplossing van de energieproblemen van de planeet. Een van de beroemdste, Martin Fleischmann, overleed vorig jaar. Samen met zijn collega Stanley Pons dacht Fleischmann dat hij waterstof had omgezet in helium in een glazen bak in zijn laboratorium, maar het kwam hem nooit te binnen dat als hij het had gedaan, hij en zijn medewerkers zouden zijn verbrand door de straling die uit de reactie zou komen. Fleischmann was niet de eerste: Ronald Richter, een Duitse emigrant die zich had verwikkeld in de intriges van het paleis van Juan Perón, had Fleischmann bijna vier decennia vooruit. En de nieuwe intrigant, Andrea Rossi, zal zeker niet de laatste zijn.
De reden is makkelijk te zien: Op papier heeft fusie-energie een bijna oneindig potentieel. De fusiereactie vrijmaakt een enorme hoeveelheid energie door lichte atomen, zoals waterstof, samen te voegen tot zwaardere atomen, zoals helium. (Voor een vergelijking: fission is het omgekeerde: het breken van zware atomen, zoals uranium, in lichtere atomen.) Fusie is het proces dat de zon voedt, en het is zo efficiënt dat we op aarde genoeg kernbrandstof hebben om alle energiebehoeften van onze beschaving te dekken, en dat vrijwel voor altijd. Het probleem is dat het echt moeilijk is om deze atomen sterk genoeg te laten botsen zodat ze fusieerden. Je moet extreem hoge temperaturen van tientallen of honderden miljoenen graden Celsius bereiken, zodat de atomen snel genoeg zijn om de reactie te starten. Maar terwijl je je brandstof verwarmt, moet je hem geconcentreerd houden. Een plasma van 100 miljoen graden wil in alle richtingen ontploffen, maar als je de reactie actief wilt houden, moet je hem gevangen houden. Hoe maak je de fles? De fles van de zon is de zwaartekracht. Omdat de zon zo massief is – meer dan 300.000 keer de massa van onze planeet – heeft hij een enorm zwaartekrachtsveld. Dat veld en die druk comprimeren en houden de brandstof vast, zodat die niet in alle richtingen weg kan vliegen. Maar zonder een zonnegrote massa om de zwaartekracht te leveren, moet je andere middelen vinden.
Een manier die uitstekend werkt, is het gebruik van een atoombom als fles. Op 1 november 1952 gebruikte Amerika fusie-energie om het eiland Elugelab in de Stille Oceaan van de aardoppervlakte te verwijderen. Het apparaat in het midden van de test “Ivy Mike” was eigenlijk een groot, koud reservoir met zwaar waterstof. Aan één kant zat een plutoniumbom zoals die van Nagasaki, die, bij ontploffing, de brandstof samendrukte, opwarmde tot miljoenen graden en erin hield. In een fractie van een seconde werd de kracht van een zon op aarde losgelaten. De bom die Hiroshima verwoestte, had een kracht van ongeveer 15 kiloton TNT. Ivy Mike had een kracht van ongeveer 10 megaton, bijna 700 keer zo krachtig. En er is geen theoretische bovengrens voor de grootte van dergelijke apparaten als je dat wilt. (De Sovjet-Unie ontplofte een monster van 50 megaton in de jaren zestig.)
Het apparaat werkt, maar het is een behoorlijk slechte oplossing voor de energiebehoeften van de planeet. Het is moeilijk om een fusiewapen om te zetten in een veilige elektriciteitsleverancier. Dat wil niet zeggen dat we niet hebben geprobeerd om gebruik te maken van de waterstofbom. Edward Teller, de vader van Ivy Mike, probeerde de wereld ervan te overtuigen dat fusiewapens voor vreedzame doeleinden konden worden gebruikt, zoals het beheersen van het weer, het winnen van aardgas uit schist, het graven van een haven in de massieve rots van Alaska en zelfs het verpulveren van de maan. Ja, Edward Teller wilde de maan verpulveren, volgens zijn eigen woorden, om “te observeren welke soort verstoringen dat zou kunnen veroorzaken.”
Het droombeeld van Teller van onbeperkte fusie-energie is niet met hem gestorven. Het Lawrence Livermore National Laboratory, vroeger het speelveld van Teller, is nu de locatie van een reusachtige machine van meer dan 4 miljard dollar, het project van fusie dat bekend staat als National Ignition Facility (NIF). Het idee is om een zwaar waterstofkorn, zo groot als een erwtenkorrel, te comprimeren met een laser die zo groot is dat hij een maanverpulveraar trots zou maken. Het veronderstelde doel is om meer energie uit fusie van waterstofatomen te genereren dan de energie die door de laser is geleverd. En de wetenschappers van het NIF voorspelden dat ze in 2010 zouden slagen... dan in oktober 2012... en toen toonde het NIF aan dat de voorspellingen van de wetenschappers van Livermore volledig onjuist waren. (De Franse tegenhanger is het Megajoule-project.)
Het is een perfecte score. Livermore heeft sinds het einde van de jaren zeventig voorspeld dat de laserfusie binnenkort zou slagen, en altijd jammerlijk gefaald om al hun voorspellingen te houden. In feite hebben kritici (ikzelf inbegrepen) lang gezegd dat elke voorstelling van het NIF als bron van fusie-energie een absurde onzin was. De laser is ontworpen voor het onderzoek naar kernwapens, niet voor energieproductie. (En het zou zelfs niet goed zijn in het onderzoek naar wapens.) Toch blijven de wetenschappers van Livermore beweren dat hun hyperduur laseronderzoek op een of andere manier fusie-energie zal opleveren, zelfs als ze de kans op succes moeten veranderen in een Rube Goldberg-achtige constructie. (Voor wie het bijhoudt: het allerlaatste project zal ook een rampzalig falen zijn als het ooit wordt gefinancierd.)
Livermore is niet de enige die de fusie overdrijft. Al in 1955, voor de uitvinding van de laser, voorspelden fysici dat fusie-energie binnen twintig jaar beschikbaar zou zijn. Toen was de enige haalbare manier om een wolk van miljoenen graden waterstof te flessen, zonder een atoombom af te vuren, het gebruik van gigantische magneten. Toen probeerden wetenschappers over de hele wereld machines te ontwerpen die brandende waterstofwolken zouden afsluiten en verwarmen met krachtige elektromagnetische velden. Dat is niet gelukt zoals verwacht, zelfs na tientallen jaren van mislukte pogingen, waren de magnetische flessen gewoon te lek. Toch was de fusie-energie nog steeds net binnen handbereik.
Magnetische fusie was niet alleen voor Amerikanen, maar ook voor Sovjets, Duitsers, Japanners, Engelsen; iedereen die iets voorstelde in onderzoek had een magnetische fusieprogramma dat binnen een paar decennia het netwerk zou kunnen voeden. Tot het Amerikaans-Sovjetisch topontmoeting in Genève in 1985, waar Reagan en Gorbatsjov overeenkwamen dat onze landen samen zouden zoeken naar fusie-energie. Binnen een paar jaar was iedereen die iets voorstelde, onderdeel van het multimiljardenproject om een reusachtige magnetische fusiefles te bouwen, bekend als ITER.
Voor iets zó complex en gek als ITER is een werkelijk internationaal gevecht nodig. Toch, als je alleen de eigen geschiedenis van het ITER-project zou lezen, zou je geen idee hebben hoe hevig het project achter de schermen is geschud. Er wordt nergens melding gemaakt van de epische strijd over de kostenoverschrijdingen in de jaren tachtig en begin negentig. Er is geen aanwijzing hoe wetenschappers die werken aan nationale fusieprojecten – waarvan de budgetten zijn opgevreten door ITER – achter de schermen hebben gewerkt aan het verzwakken van het internationale project. (En ze zijn erin geslaagd: In 1998 trokken de Verenigde Staten zich terug, wat het hele project terug naar de tekeningstafel stuurde.) Er is geen sprake van de spectaculaire verkleining van ITER (nu ITER-Lite). Er is ook geen erkenning dat de nieuwe machine, goedkoper, simpelweg niet in staat zal zijn het oorspronkelijke doel van ITER te bereiken: “duurzame ontbranding en verbranding”, een fusiereactie die eindeloos kan worden onderhouden.
Na het Amerikaanse vertrek kwamen de overgebleven partners bij elkaar, en trokken zich terug op een economische ontwerp en een minimale budget. De Verenigde Staten kwamen terug, en bouwteams begonnen zelfs met de funderingen in Frankrijk op de locatie van de reactor. Maar ondanks deze hoopgevende ontwikkelingen is het herlevende project een ramp, getrokken naar beneden door dezelfde krachten die het oorspronkelijke ITER-project hebben verwoest. Het minimale budget (verondersteld rond de 5 miljard dollar toen de VS het project aansloegen) is uitgegroeid tot Falstaffiaanse proporties (de laatste schatting is 20 miljard dollar), en elk jaar wordt de geplande afwerkdatum steeds verder uitgesteld. (Een snelle blik op de Internet Wayback Machine toont de data in de stroom.)
De huidige ontwikkeling van de heropleving van ITER is voor iedereen die het oorspronkelijke project heeft zien afbranden ongelooflijk vertrouwd. Eerst komen de stijgende kosten en de planningsschuiving, dan onvermijdelijk beginnen de Verenigde Staten moeite te hebben met hun deel van het budget. In 2008 begonnen Amerikaanse functionarissen te zeggen aan het Congres dat, gezien de beperkte budgetten, we waarschijnlijk niet in staat zouden zijn om ons afgesproken deel van de kosten van het ITER-project te dragen. In een poging het budget te sluiten, heeft het ministerie van Energie ons nationale fusieprogramma sterk ingekort, maar er is simpelweg niet genoeg geld voor iedereen. (Zoals Dianne Feinstein vroeg aan minister van Energie Steven Chu in maart: “En als we [ITER] blijven financieren, waar komen de 300 miljoen dollar [voor ons jaarlijks bijdrage aan ITER] vandaan?” Antwoord van minister Chu: “Senaatslid, u stelt een zeer belangrijke vraag die wij ons ook hebben gesteld.”) Natuurlijk zijn de nationale experts in fusie, wiens budgetten zijn afgebroken, aan het panikeren.
In dit licht is de recente aankondiging van het Princeton Plasma Physics Laboratory dat ze samen met Zuid-Korea werken aan de ontwikkeling van een fusiereactor – die net zo weinig kans heeft om gebouwd te worden als een sneeuwbal in de hel – een bewijs van de chaos die de fusiegemeenschap heeft overvallen. De wetenschappers van het PPPL beloven een prototype-fusie-installatie van één miljard watt voor de jaren 2030 (over 20 jaar!), zonder hulp van gegevens uit het ITER-project. Aangezien het doel van het ITER-project is om bij te dragen aan de ontwikkeling van een demonstratiecentrale voor fusie, lijkt het erop dat het 20 miljard dollar project vrijwel nutteloos is. (Zonder enige vorm van cognitieve dissonantie, zelfs de ITER-website suggereert dat wetenschappers de ontwerp van een prototype elektriciteitscentrale zullen voltooien in 2017, twee jaar voordat ITER aangesloten wordt, en tegelijkertijd benadrukt hoe cruciaal ITER is voor de toekomstige ontwikkeling van een fusiecentrale.)
Gezien deze geschiedenis is het makkelijk te begrijpen waarom fanatieke aanhangers van ongebruikelijke benaderingen voor fusie-energie worden aangetrokken, of het nu de zachte dromers van koude fusie zijn of systemen bedacht door startups die meer geld hebben dan hersenen. De traditionele wetenschappers die het droombeeld hebben nagestreefd, hebben ons achtergelaten met een paar ongevulde beloften en een hoop teleurstellingen. En als we hen nu moeten geloven, na zestig jaar werk, is de schone en vrijwel onbeperkte energie van fusie nog steeds voor 20 jaar. Op deze manier zal het nooit veranderen.
Afbeeldingen