In discussies over klimaatbeleid en de energietransitie wordt kernfusie regelmatig genoemd als alternatief voor alles waar aan gewerkt wordt. Kernfusie zou beter zijn dan windenergie, zonne-energie, biomassa, CO2-opslag enzovoort. Nu is kernfusie potentieel een geweldige energiebron. Het kan met weinig materiaal grote hoeveelheden energie leveren op basis van hetzelfde proces als de zon. Dat proces gaat echter gepaard met zeer uitdagende omstandigheden. Je moet namelijk een plasma van miljoenen graden Celsius onder controle zien te houden. Er wordt hard aan gewerkt, maar volgens kenners duurt het nog wel tot 2060 of 2070 voordat kernfusie een rol van betekenis kan spelen in onze energievoorziening. Vóór die tijd moet onze CO2-uitstoot al zeer vergaand terug gebracht zijn. Dat zullen we daarom zonder kernfusie moeten doen.
Demonstratie van elektriciteitsproductie met kernfusie pas na 2050 verwacht
Er wordt al jarenlang hard gewerkt om kernfusie te ontwikkelen als energiebron op aarde. Het is inmiddels op verschillende plaatsen ter wereld gelukt om een plasma te maken waarin het heet genoeg is om kernfusie plaats te laten vinden. Het is echter nog niet gelukt om een kernfusiereactor meer energie te laten produceren dan erin gaat. En tot nu toe kan het plasma nog maar kort op de temperatuur gehouden worden die nodig is voor kernfusie. Het record staat sinds eind 2020 op 20 seconden, zie dit artikel in Kijk.
In Zuid-Frankrijk wordt gebouwd aan de ITER kernfusiereactor. Een van de doelstellingen van ITER is om gedurende 7 tot 10 minuten een vermogen van 500 megawatt te produceren. ITER zal dat vermogen niet omzetten in bruikbare elektriciteit, maar aantonen dat nuttig vermogen geleverd kan worden met een kernfusiereactor. In 2035 zou ITER volledig moeten functioneren.
De bedoeling is dat na ITER een demonstratiereactor wordt gebouwd die daadwerkelijk elektriciteit kan produceren. Volgens de Europese routekaart voor kernfusie is de bedoeling dat een Europese DEMO reactor vroeg in de 2e helft van deze eeuw honderden megawatts elektriciteit kan leveren voor minimaal een aantal uur. Dat betekent dat het doel is om deze demonstratiereactor niet al te lang na 2050 in werking te hebben.

Kernfusie kan op z’n vroegst rond 2060 significant bijdragen
Als bewezen is dat elektriciteitsproductie met kernfusie op deze schaal mogelijk is, dan zouden daarna commerciële fusiecentrales ontwikkeld en gebouwd kunnen worden. Fusieonderzoeker prof. Niek Lopes Cardozo van de TU Eindhoven zei in Kijk dat de eerste generatie commerciële kernfusiecentrales er in 2070 zou kunnen zijn. Hij voegde eraan toe dat we nog niet weten of het echt kan. Dat moet blijken uit de experimenten die komende jaren gedaan worden.
In de Volkskrant zei hoogleraar kernfusie Marco de Baar daarover eerder: “Op z’n vroegst kan kernfusie rond 2060 significant gaan bijdragen aan onze energieproductie. Gegeven die tijdlijn, zal fusie dus geen bijdrage leveren aan de huidige energietransitie. [..] Voor de huidige energietransitie komt deze technologie zelfs in het meest optimistische scenario veel te laat.’
Welke rol kan kernfusie na 2050 spelen?
Recent wees Gieljan de Vries op twitter op dit interessante artikel van kernfusieonderzoekers Tom Nicholas et al. in het wetenschappelijke tijdschrift Energy Policy. Het gaat over de rol die kernfusie wel en niet kan spelen in de energietransitie. De auteurs van het artikel gaan er op basis van de Europese routekaart voor kernfusie vanuit dat de eerste echte kernfusiereactor op zijn vroegst in 2055 kan draaien. De Europese elektriciteitsvoorziening moet in 2050 al voor 95-100% CO2-vrij zijn. Ook deze auteurs stellen dat kernfusie pas beschikbaar komt als de elektriciteitsvoorziening al vergaand veranderd is. De auteurs analyseren daarom de mogelijke rol die kernfusie kan spelen in de elektriciteitsvoorziening ná 2050 in een elektriciteitssysteem dat voor een groot deel gebaseerd is op hernieuwbare bronnen. Ze beoordelen die rol op flink aantal aspecten.
Kostprijs elektriciteit uit kernfusie naar verwachting hoger dan uit wind en zon
Een van de aspecten die de auteurs bekijken zijn de verwachte kosten. Ik had eerder geen schattingen gezien van de toekomstige productiekosten van elektriciteit uit kernfusie. De auteurs verwijzen naar een artikel van Entler et al. uit 2018 waarin de kosten van elektriciteit over de hele levensduur (LCOE) uit de 1e kernfusiecentrale worden geschat op $175/MWh (ca. 14 eurocent per kilowattuur). Nicholas et al. gaan ervan uit dat het realistisch is om aan te nemen dat de kosten van elektriciteit uit kernfusie ook op ook daarna boven de $100/MWh zullen liggen. Daarmee zou elektriciteit uit kernfusie in hun ogen aanzienlijk duurder zal zijn dan windenergie op land ($29-56/MWh) en zonne-energie (40-46/MWh).
Inzetten op kernfusie als flexibele vorm van stroomproductie
De auteurs concluderen vervolgens dat kernfusie vooral een rol zou kunnen spelen door flexibele elektriciteitsproductie te leveren. Fusiereactoren zouden dan elektriciteit leveren op het moment dat wind en zon niet voldoende leveren. Het huidige ontwerp van de eerste Europese kernfusie demonstratiereactor (DEMO) is volgens het artikel echter gebaseerd op continue productie (‘baseload’). De auteurs concluderen dat het onderzoek naar kernfusie meer gericht zou moeten worden op flexibele elektriciteitsproductie dan op ‘baseload’.
Conclusie: energietransitie zal zonder kernfusie moeten
Er wordt hard aan gewerkt, maar volgens kenners duurt het nog wel tot 2060 of 2070 voordat kernfusie een rol van betekenis kan spelen in onze energievoorziening. Vóór die tijd moet onze CO2-uitstoot al zeer vergaand terug gebracht zijn. Dat zullen we daarom zonder kernfusie moeten doen. Daarna kan kernfusie mogelijk een rol spelen in flexibele elektriciteitsproductie.