Start-up bouwt kernfusiereactor zo klein dat hij op een bureau past

Kernfusie associëren de meeste mensen met gigantische hallen vol magneten of lasers. Het Amerikaanse bedrijf Cambridge Heavy Industries laat zien dat het ook anders kan. Vanuit een klein lab bij MIT in Cambridge (Massachusetts) bouwde de start-up in stealth-modus een kernfusiereactor die op een tafelblad past. Techwebsite TechCrunch kreeg als eerste een exclusieve kijk achter de schermen.

Medeoprichter en CEO Yun Kai vertelt dat de kleine omvang bewust is gekozen. "We hebben expres een kleine, modulaire reactor gebouwd. Omdat hij klein is, wordt alles makkelijker," zegt hij. Het bedrijf kan daardoor tot wel 50 tot 80 experimenten per dag draaien. Die data voeden vervolgens simulaties waarin kunstmatige intelligentie het ontwerp verder optimaliseert. Die snelle manier van werken trok ook investeerders: Cambridge Heavy haalde 6,2 miljoen dollar aan startkapitaal op, geleid door Azolla Ventures, met onder meer Overlay, de Neta Foundation en MassCEC als deelnemers.

Lasers die naar binnen persen

De reactor werkt via inertiële opsluiting: lasers persen een klein brandstoftarget zo hard samen dat er fusie ontstaat. Dat is in grote lijnen dezelfde aanpak waarmee Amerikaanse onderzoekers eerder al aantoonden dat gecontroleerde fusie meer energie kan opleveren dan ze kost. Het verschil is dat Cambridge Heavy met veel minder lasers toe wil. Eén hoofdlaser wordt gesplitst in meerdere bundels die in concentrische ringen op het ronde, platte brandstoftarget worden gericht. De buitenste ring raakt het target eerst en zet een schokgolf in gang die naar binnen beweegt. De volgende ringen laserlicht zijn precies op tijd getimed om die golf verder op te stuwen. Zodra de golf het centrum bereikt, vuurt nog een laser op het target, wat warmte en een magnetisch veld opwekt. Bij voldoende druk en hitte volgt dan de ontsteking: de implosie van het target zet kernfusie in gang. Volgens Kai levert dit ontwerp hoge drukken op met relatief weinig laservermogen. Het idee ontstond in het lab van MIT-scheikundige Keith Nelson, waar onderzoekers laserpulsen gebruikten om materialen onder extreme druk te bestuderen — tot ze merkten dat ze al dicht bij fusiewaardige omstandigheden zaten.

Eerst tritium, dan een centrale

Cambridge Heavy wil over ongeveer tien jaar een opgeschaalde energiecentrale bouwen, ter grootte van zo'n twee basketbalvelden, om te testen of de techniek genoeg energie kan leveren voor het elektriciteitsnet. Tot die tijd wil het bedrijf zijn kleinschalige reactoren inzetten om tritium te produceren: een zeldzaam isotoop van waterstof dat vrijwel elke fusiecentrale in ontwikkeling nodig heeft als brandstof. Tritium is schaars en duur — ongeveer 30.000 dollar per gram — en er bestaat wereldwijd maar circa 40 kilogram van. Eén studie voorspelt dat de fusie-industrie zonder nieuwe bronnen in 2054 zo'n 28 kilogram te kort komt, omgerekend ruim 840 miljoen dollar aan waarde. Fusiebedrijven werken aan brandstofsystemen die reactoren grotendeels zelfvoorzienend moeten maken, maar dat proces kan volgens Kai nog tien jaar duren. In die periode kan Cambridge Heavy inkomsten genereren met tritiumverkoop, terwijl het toewerkt naar zijn eigen energiecentrale.