Amerikaans bedrijf onthult compacte stellarator voor 400 megawatt fusiestroom

Fusie-energie geldt als een van de heilige gralen van de energietransitie: onuitputtelijke stroom zonder CO2-uitstoot en zonder het langlevende radioactieve afval van huidige kerncentrales. Het Amerikaanse bedrijf Thea Energy, gevestigd in New Jersey, zet nu een concrete stap richting die belofte. Op 9 september publiceerde het bedrijf zestien wetenschappelijke artikelen in een speciale editie van het vaktijdschrift Fusion Engineering and Design, waarin het ontwerp van zijn fusiecentrale Helios in detail wordt beschreven.

Helios is een stellarator, een type fusiereactor dat gloeiend heet plasma in bedwang houdt met sterke magneetvelden. Waar traditionele stellarators werken met ingewikkeld gevormde 3D-spoelen die lastig te produceren en te onderhouden zijn, kiest Thea Energy voor een andere aanpak. Helios gebruikt platte, vlakke magneten die via software worden aangestuurd. Dat maakt het ontwerp volgens het bedrijf robuuster: kleine productiefouten of slijtage tijdens jarenlang gebruik hoeven de werking niet in gevaar te brengen.

Compacter en dus goedkoper

Een belangrijk voordeel van de gekozen configuratie, die natuurkundigen 'quasi-axisymmetrisch' noemen, is dat de reactor compacter kan worden gebouwd dan andere geoptimaliseerde stellarator-ontwerpen. Helios krijgt een zogeheten grote straal van acht meter. Hoe kleiner een fusiereactor kan blijven, hoe lager doorgaans ook de bouwkosten uitvallen, wat cruciaal is om fusie-energie ooit commercieel rendabel te maken. David Gates, medeoprichter en technisch directeur van Thea Energy, noemt het ontwerp 'technisch haalbaar en robuust, zonder dat er wetenschappelijke wonderen voor nodig zijn'.

Continu stroom leveren in plaats van pulsen

Veel experimentele fusie-installaties werken met korte, krachtige pulsen plasma. Helios is juist ontworpen om onafgebroken te draaien, zodat het een stabiele basislast kan vormen voor het stroomnet. Zulk basislastvermogen is nodig om zonder onderbrekingen huizen en bedrijven van stroom te voorzien. Om dat te bereiken, gebruikt het ontwerp een X-punt divertor, een systeem dat voortdurend het 'uitlaatgas' van de fusiereactie afvoert. Ook is de centrale opgedeeld in aparte, bereikbare secties, zodat onderdelen tijdens de operationele levensduur onderhouden of vervangen kunnen worden zonder de hele installatie stil te leggen.

De nu gepubliceerde papers behandelen niet alleen de magnetische opsluiting van het plasma, maar ook onderwerpen als koeling op extreem lage temperaturen, warmteafvoer, stroomvoorziening, meetapparatuur en de bouw van de vlakke magneetspoelen zelf. Benedikt Geiger, hoogleraar aan de University of Wisconsin-Madison en mede-eindredacteur van de publicatie, noemt de artikelen een aanpak om risico's te verkleinen die van oudsher aan stellarator-centrales kleven.

Erkenning van het Amerikaanse ministerie

Het Amerikaanse ministerie van Energie certificeerde het voorlopige ontwerp van Helios al eerder, als onderdeel van een overheidsprogramma voor de ontwikkeling van fusietechnologie. Thea Energy was het eerste deelnemende bedrijf dat voor zijn centrale-ontwerp zo'n onafhankelijke goedkeuring kreeg. Voordat Helios daadwerkelijk gebouwd wordt, wil het bedrijf eerst Eos ontwikkelen: een grootschalige testinstallatie met dezelfde vlakke-magneettechniek, die moet aantonen dat de aanpak ook in de praktijk presteert zoals verwacht.