Het bedrijf Tokamak Energy in Oxford werkt sinds 2009 aan een kernfusiereactor die in vaktaal een tokamak wordt genoemd. Het is een spin-off van het Engelse Culham Centre for Fusion Energy dat al decennialang onderzoek doet naar kernfusie. De kernfusiereactor moet onbeperkte productie van schone atoomstroom mogelijk maken, maar dan zonder het gevaarlijke, radioactieve afval dat een gewone kerncentrale oplevert.

Wat is een tokamak?

Een tokamak is een donutvormig apparaat waarin een waterstofplasma van miljoenen graden zwevend wordt gehouden in een sterk magnetisch veld. Dit is noodzakelijk omdat geen enkel bekend materiaal bestand is tegen zulke hoge temperaturen.

Hoe werkt zo’n tokamak?

In het plasma dat rondzweeft in de tokamak, heeft een kernfusiereactie plaats tussen waterstofkernen. Bij miljoenen graden fuseert waterstof spontaan tot onschadelijk helium, net als in het binnenste van de zon. Deze fusiereactie levert een enorme hoeveelheid warmte op die kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken.

Er wordt toch al jaren onderzoek gedaan naar kernfusiereactoren?

Dat klopt. De ogen van de wereld zijn al decennialang gericht op het ITER-consortium in het Franse Saint-Paul-lès-Durance. De ITER-samenwerking dateert van 1985. In het consortium werken 33 landen samen, waaronder de Europese Unie, het Verenigd Koninkrijk, Japan, Zuid-Korea, China, India, de Verenigde Staten en Rusland. In 2025 zouden de eerste testen moeten plaatshebben; in 2035 de eerste opwekking van energie.

De miljarden euro’s kostende ITER lijkt nu achter de feiten aan te lopen. Tokamak Energy investeerde ‘slechts’ 70 miljoen euro om zijn ST40-tokamak te ontwikkelen.

Waarom moet de ontwikkeling van een werkende kernfusiereactor zo lang duren?

Tijdens een kernfusiereactie treden allerlei ongewenste nevenverschijnselen op, die om een oplossing vragen. Het plasma stroomt niet in een ideale cirkel door de tokamak. Aan de randen is het plasma koeler dan in de kern. Daardoor treedt turbulentie op als een wolkje koude melk in hete thee. De fusiereactie is daardoor minder effectief. Die haalt daardoor de benodigde minimale temperatuur niet. Maar die hoge temperatuur is wel noodzakelijk om meer energie op te wekken dan nodig is om de reactor draaiend te houden.

Dan is er nog de slijtage van de tokamak. De binnenwanden worden voortdurend geteisterd door een bombardement van radioactieve waterstofdeeltjes. Daardoor slijt een beetje van de binnenwand af.

Hoe hebben de Engelsen deze problemen onder de knie gekregen?

Dat is niet bekend. Maar Tokamak Energy zegt een drempeltemperatuur van 100 miljoen graden Celsius nodig te hebben voor een rendabele kernfusiereactor. De hoeveelheid energie die de reactor dan oplevert, overtreft de hoeveelheid energie die nodig is om de centrale draaiend te houden. Ter vergelijking: de ITER-reactor vergt een drempeltemperatuur van 150 miljoen graden.

De belangrijkste reden dat de Britten toe kunnen met een minder hoge temperatuur, is dat hun tokamak een heel stuk minder groot is dan die van ITER. Daardoor zijn alle onderdelen van de ruim manshoge Britse reactor kleiner. De supergeleidende magneten kunnen daardoor worden gekoeld met stikstof in plaats van met het veel duurdere helium. Er is daardoor minder energie nodig om de Britse tokamak te laten draaien de fusiereactor van ITER.

Wanneer denkt Tokamak Energy de eerste fusiereactor in de markt te zetten?

Tokamak Energy denkt begin 2030 de eerste commerciële stroom op te kunnen wekken. Vervolgens hoopt het bedrijf een commerciële, modulaire kernfusiereactor in de markt te zetten als alternatief voor een gewone kerncentrale.