MIT ontwikkelt rekenmodel om winstgevendheid van kernfusie te toetsen

Tien knoppen om fusie-economie te doorgronden

Kernfusie belooft schone, vrijwel onuitputtelijke energie, maar niemand weet precies wanneer - of onder welke voorwaarden - dat businessmodel gaat werken. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben daarom een rekenmodel ontwikkeld dat voor het eerst helder in kaart brengt wanneer een fusiecentrale winstgevend kan zijn. De studie, gepubliceerd in het Journal of Fusion Energy, onderscheidt tien parameters waarmee de economische haalbaarheid van een fusiecentrale kan worden getoetst, ongeacht welke techniek een bedrijf gebruikt om het fusieproces op te wekken.

Een deel van de tien knoppen is natuurkundig van aard en gaat over hoeveel energie een centrale verbruikt en oplevert. Het merendeel valt echter in het domein van techniek en financiën: de bouwkosten van een centrale, het rendement waarmee fusie-energie wordt omgezet in een verkoopbaar product zoals stroom, en de levensduur van onderdelen die voortdurend blootstaan aan extreme hitte en straling. Ook kosten- en marktfactoren, zoals de verwachte opbrengst van geïnvesteerd kapitaal, maken deel uit van het model. Volgens onderzoeksleider Dennis Whyte, hoogleraar nucleaire wetenschap aan het MIT, is het doel simpel: "We willen een raamwerk waarin alle economische aspecten helder zijn, zodat we begrijpen wat een ontwerpkeuze voor een fusiecentrale werkelijk betekent." Coauteur Andrew Lo, hoogleraar finance aan de MIT Sloan School of Management, benadrukt dat dit soort techno-economische analyse onmisbaar is om investeerders te overtuigen: zonder heldere cijfers over kosten en opbrengsten komt er volgens hem geen geld los voor verdere ontwikkeling.

Waarom vermogensdichtheid niet alles is

Een opvallende uitkomst van het onderzoek is dat een zeer lage vermogensdichtheid - dus een compacte centrale die relatief weinig vermogen per volume-eenheid levert - niet automatisch de weg is naar een rendabele fusiecentrale, zoals in de sector vaak wordt aangenomen. Het model laat juist zien dat goedkope financiering een doorslaggevende factor is voor het economisch succes van elke nieuwe fusiecentrale. Ook de vervangingskosten en -frequentie van het zogeheten controleoppervlak, het onderdeel dat direct met het hete plasma in aanraking komt, blijken zwaarder te wegen dan gedacht. Omdat het model geen kennis vereist van de specifieke techniek achter een reactor - of die nu draait op een tokamak-ontwerp of een andere aanpak - kunnen ontwikkelaars het gebruiken om verschillende ontwerpkeuzes eerlijk met elkaar te vergelijken. De onderzoekers benadrukken dat de eenvoud en transparantie van hun rekenmodel juist de kracht ervan zijn: het is toepasbaar op elke centrale, van klein tot groot, zolang de opbrengsten op termijn de investeringen maar overtreffen.

Whyte vertrekt naar Britse fusieautoriteit

Het onderzoek krijgt extra gewicht door het nieuws dat Whyte later dit jaar aantreedt als bestuursvoorzitter van de United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA). Hij volgt daarmee een internationale wervingsprocedure op en gaat leiding geven aan meer dan 2.600 medewerkers verspreid over vier locaties, waaronder de Culham Campus, een belangrijk Europees centrum voor fusieonderzoek. Whyte was eerder hoofd van de afdeling nucleaire wetenschap en techniek van het MIT en medeoprichter van het bedrijf Commonwealth Fusion Systems, een spin-off van de universiteit die commerciële fusiereactoren ontwikkelt. Bij de UKAEA moet hij de vertaalslag maken van wetenschappelijke doorbraken naar praktische, commerciële toepassingen. Whyte noemt zijn aanstelling een kans om voort te bouwen op wat hij bij MIT al liet zien: hoe fundamenteel onderzoek, zoals de ontwikkeling van hogetemperatuur-supergeleidende magneten, kan uitgroeien tot serieuze commerciële techniek. Met het nieuwe economische rekenmodel als vertrekpunt hoopt hij dat de fusiesector wereldwijd scherpere, beter onderbouwde keuzes gaat maken over welke technologie het uiteindelijk gaat redden.