Eerste commerciële kernfusieproject aangekondigd

Fusie, de ultieme energiebron

Omdat stabiele, betrouwbare, goedkope en CO2-neutrale energievoorzieningen steeds belangrijker worden, zijn alle ogen gericht op nucleaire oplossingen.

Hieronder valt kernsplijting, het splitsen van zware atomen zoals uranium, thorium of plutonium. Deze technologie maakt een dramatische comeback als gevolg van de uitfasering van kolen- en gascentrales, ondanks de noodzaak van basislaststroomopwekking, en de trends van elektrificatie van transport, verwarming en industriële productie.

Het is echter niet zonder problemen, zelfs voor de meer geavanceerde 4e generatie kerncentralesHet meest opvallende is dat het nog steeds gaat om de verwerking van zeer radioactieve materialen, iets waar het publiek nog steeds huiverig voor is en wat nooit volledig milieuneutraal zal zijn.

Daarom hebben wetenschappers gekeken naar de mogelijkheden van kernfusie, waarbij atomen als waterstof samensmelten. Dit is hetzelfde fenomeen dat de zon aandrijft.

Bron: NATUUR

Dit zou een brandstof gebruiken die het meest voorkomende element in het heelal is en alleen onschadelijk helium of lithium produceren. Het zou ook krachtig genoeg zijn om in wezen oneindige energie beschikbaar te maken, met nul risico op explosie of een kettingreactie die op hol slaat.

Het probleem is dat het zo moeilijk is om de vereiste omstandigheden te creëren dat nog geen enkele fusiereactor tot nu toe in de buurt van commerciële toepassing is gekomen.

Volgens Commonwealth Fusion Systems (CFS) zou dit binnen minder dan tien jaar kunnen veranderen. Het bedrijf heeft zojuist aangekondigd dat het bezig is met de bouw van de eerste commerciële fusiereactor in Virginia.

CFS-reactorproject

Commonwealth Fusion Systems wil met zijn ARC-reactor 400 MW opwekken voor het elektriciteitsnet van Virginia. Dat is genoeg om 150,000 huishoudens van stroom te voorzien.

Dit is een radicale vooruitgang voor het gebied van kernfusie, aangezien het altijd leek alsof de eerste scale-up reactor nog 20-30 jaar op zich zou laten wachten. Zelfs de enorme internationale onderneming ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) zal naar verwachting niet voor 2039 klaar zijn.

Ter vergelijking: de CFS-reactor zal worden gebouwd op een terrein dat eigendom is van het energiebedrijf Dominion (D + 1.06%)Zij denken dat het al in de vroege jaren 2030 haalbaar is.

“De groeiende behoefte van onze klanten aan betrouwbare, koolstofvrije energie profiteert van een zo divers mogelijk menu aan opties voor energieopwekking. In die geest zijn we verheugd CFS te kunnen helpen bij hun inspanningen.”

Edward H Baine – Dominion-president

Commonwealth Fusion-systemen Fusion

CFS-technologie

Om te begrijpen hoe realistisch dit project is, moeten we kijken naar de geschiedenis van CFS. Het bedrijf werd in 2018 afgesplitst van MIT en heeft sindsdien $ 2 miljard opgehaald, met name van de Italiaanse oliegigant Eni. CFS ontwikkelt een fusiereactor op basis van het "klassieke" tokamak-ontwerp, dat een plasma vormt in een torus (donutvorm).

Bron: DOE

(U kunt meer leren over kernfusie en verschillende reactorontwerpen in “Kernfusie – de ultieme oplossing voor schone energie aan de horizon" en supergeleiding in "Vooruitgang op het gebied van supergeleiding maakt plaats voor een nieuwe technologische revolutie")

CVS gebruikt Hoge-temperatuur supergeleidende (HTS) magneten ontwikkeld in samenwerking met MIT. Ze zullen het deuterium-tritiumplasma controleren en comprimeren om kernfusie te creëren.

Een vloeibare "deken" vangt die energie op als warmte en brengt het over naar water dat een stoomturbine aanzet om energie op te wekken. Deuterium is bijna overal verkrijgbaar en kan uit zeewater worden gefilterd, terwijl ARC-dekens op natuurlijke wijze tritium produceren.

In 2021 ontwikkelde het een 20 tesla HTS-magneet, een verbetering van 100-1,000x ten opzichte van de vorige magneetprestaties en de grootste die ooit is gebouwd.

Deze magneten zijn nu geassembleerd in een nieuw, recordbrekend ontwerp genaamd de Centrale Solenoïde Model Spoel (CSMC). In 2024 publiceerde het bedrijf ook zijn technologie voor een supergeleidende kabel met hoge stroomdichtheid en hoge temperatuur die stroom naar deze magneten voedt.

Het brandstofverbruik zal, net als bij alle kernfusietechnologieën, zeer compact zijn:

“Omdat er maar kleine hoeveelheden nodig zijn, kan er ARC-brandstof voor 30 jaar worden geleverd door één enkele vrachtwagen wanneer een nieuwe fabriek wordt geopend, zonder risico's op prijsveranderingen in de toekomst en zonder koppelingen met wereldwijd gespannen toeleveringsketens.”

Aankomende serie reactoren

De HTS-magneten worden gebruikt om te bouwen SPARC, met als doel de eerste netto-energiefusiereactor te worden. Dat wil zeggen dat er meer energie uit kernfusie wordt opgewekt dan er wordt verbruikt door het ontsteken van waterstofplasma.

SPARC is al in aanbouw op de campus van CFS in Massachusetts, maar heeft nog steeds zijn eerste plasma niet geproduceerd.

Bron: CVS

Als alles goed gaat met de SPARC-demonstrator, ARC, dat in Virginia gebouwd gaat worden, is de volgende stap.

Bron: CVS

Terwijl SPARC er is om de technologie te testen, zal ARC er zijn om de economie van het ontwerp te testen. Elke ARC zal ongeveer zo groot zijn als een grote winkel met ongeveer dezelfde locatiebehoeften.

Bron: CVS

De volgende stap is om ARC massaal te produceren, met als doel de productiekosten te verlagen en de R&D-kosten te spreiden.

Serieuze aanbevelingen

CFS wordt niet alleen onderschreven door Dominion en Eni, maar ook door het Britse Atomic Energy Agency, waarmee het in 2022 een samenwerkingsovereenkomst voor vijf jaar heeft gesloten.

De onderzoeksinspanningen van CFS werden gefinancierd door subsidies van twee instanties van het Amerikaanse ministerie van Energie: Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) en Fusion Energy Sciences (FES).

De experts van het MIT zijn ook nauw betrokken bij CVS:

“Waar de missie van de TFMC was om een ​​constante kracht te tonen, moest de CSMC snelheid tonen.

Honderden handen hebben deze spoel aangeraakt, van het begin op de tekentafel tot het lange en ingewikkelde testprogramma. De vindingrijkheid, het doorzettingsvermogen en het hart van dit hechte team waren net zo indrukwekkend als de spoel die uit hun werk voortkwam.”

Ted Golfinopoulos, een van de hoofdonderzoekers van MIT op het gebied van fusiereactoren.

Beoordeling van CVS

De prestaties van Commonwealth Fusion Systems op het gebied van magneettechnologie zijn van wereldklasse. Stabiele magnetische opsluiting, het centrale concept van een tokamakreactor, zou de ontbrekende sleutel kunnen blijken tot het oplossen van de puzzel van kernfusie.

Het zal in ieder geval een zeer waardevolle technologie zijn, niet alleen voor fusietoepassingen.

Het is echter nog wat vroeg om te zeggen hoe optimistisch de CFS-doelen en tijdlijn zijn. Kernfusie is een veld vol veelbelovende prototypes die minder stabiel of productief zijn gebleken dan gehoopt.

Het is dus onduidelijk of de extra kracht van de magneten van CFS voldoende zal zijn om betrouwbaar en winstgevend fusieplasma te produceren.

Als voorbeeld van mogelijke onopgeloste problemen, is de tritiumproducerende deken in de reactor mogelijk niet zo productief of duurzaam als verwacht, zelfs als de plasmageneratie soepel verloopt. Het terugwinnen van de energie en het omzetten in elektriciteit zonder de reactor te beschadigen gedurende tientallen jaren van werking, kan ook lastig blijken.

Het vertrouwen dat CFS en Dominion Energy tonen, laat echter zien dat kernfusie grote vorderingen maakt. Samen met AI kan nieuw materiaal ontwikkelen of plasma in real-time stabiliseren, zijn we misschien nog maar 1-2 decennia verwijderd van onbeperkte goedkope energie, wat onmiddellijk de grootschalige inzet van ontzilting, ruimteonderzoek, binnenhuislandbouw, etc. mogelijk zou maken.

Fusiebedrijven

Momenteel is geen van de bedrijven die zich uitsluitend toeleggen op het commercieel levensvatbaar maken van kernfusie, beursgenoteerd. Dit omvat Helion, Algemene fusie, Gemenebestfusie, TEA-technologieën, ZAP Energieen NEO Fusion.

U vindt een uitgebreide lijst met startups in de kernfusieruimte op de speciale pagina van Dealroom.

Toch is er één beursgenoteerd bedrijf actief op het gebied van kernfusie, met een heroriëntatie van het concept van energieproductie naar ruimtevoortstuwing: Lockheed Martin.

Lockheed Martin Corporation

Een opmerkelijke uitzondering op particuliere startups die het veld domineren, is het beursgenoteerde bedrijf Lockheed Martin Corporation, een reus van de defensie-industrie.

Lockheed werkte sinds begin 2010 Compacte fusie, een kernfusiereactor die naar verwachting in de jaren 2020 klaar zou zijn. Inmiddels is echter bekend geworden dat de werkzaamheden aan het project in 2021 zijn stopgezet.

Het bedrijf is sinds de eerste openbare aankondiging erg discreet geweest over dit project. Tot op de dag van vandaag is het onduidelijk wat het bedrijf ertoe heeft aangezet het idee te laten varen.

Tegelijkertijd lijkt het erop dat zij het concept niet volledig heeft opgegeven, met name met investeringen in 2024 in Helicity, een startup die een fusiemotor ontwikkelt.

Het idee is om ruimtevaartuigen voort te stuwen met korte uitbarstingen van fusie. Helicity is van plan om een ​​plasmakanon te gebruiken, dezelfde aanpak als General Fusion. Mogelijk hebben de interne resultaten van Lockheed aangetoond dat het ontwerp fusie niet op een manier in stand kan houden die compatibel is met energieproductie.

Maar misschien zijn korte bursts tegelijkertijd genoeg voor de behoefte aan voortstuwing in de ruimte en veel dichter bij het worden van een echt product? Het zou ook beter passen bij het algehele lucht- en ruimtevaart- en defensiegerichte profiel van het bedrijf.

Je kunt lees meer over Lockheed, inclusief zijn belangrijkste activiteit in wapenproductie, in een speciaal rapport van november 2024.