Kernfusie werd decennialang weggezet met een vertrouwde grap: het zou altijd nog 30 jaar weg zijn. Maar een snelle reeks doorbraken in de afgelopen vijf jaar — aangewakkerd door privatisering, de energiebehoefte van de AI-boom en aanhoudende investeringen — heeft het vooruitzicht veranderd, waardoor fusie-energie nu op een volgens onderzoekers realistische en haalbare tijdlijn ligt.

Kernfusie wordt algemeen gezien als de "heilige graal" van schone energie, omdat het, als het op commercieel haalbare en schaalbare wijze wordt benut, vrijwel onbeperkte energie kan leveren met nul uitstoot van broeikasgassen en minimale milieueffecten. Daarmee geldt het als een allesomvattende oplossing voor het mondiale energy trilemma.

"Om het leven van één persoon van energie te voorzien, heb je een badkuip met zeewater en een hoeveelheid lithium ter grootte van een laptopbatterij nodig," zei kernfysicus Annie Kritcher onlangs tegen Fortune. "Dat is niet veel materiaal, en er is geen [langetermijn]radioactief afval zoals bij splijting."

De eerste grote doorbraak vond eind 2022 plaats in het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië, toen een team onder leiding van Kritcher bereikte wat velen onwaarschijnlijk achtten: first ignition, een kunstmatige fusiereactie die voor het eerst in de geschiedenis meer energie opleverde dan zij verbruikte. Sindsdien is deze prestatie herhaald en zijn er wereldwijd in fusieonderzoek extra vooruitgangen geboekt.

Deze doorbraken bestrijken verschillende technologische benaderingen. Het succes bij Lawrence Livermore was gebaseerd op krachtige lasers, terwijl andere toonaangevende kandidaten tokamaks gebruiken — apparaten die met buitengewoon krachtige magneten plasma opsluiten. China's op tokamaks gebaseerde EAST-reactor, vaak een "artificial sun" genoemd, ligt momenteel op koers om in 2027 ignition te bereiken, waarmee het de eerste fusiereactor zou worden die plasma zonder externe verwarming in stand houdt. Een andere veelbelovende route betreft z-pinch systems, die elektrische stromen gebruiken om plasma samen te drukken.

Ondanks overvloedig bewijs dat fusie wetenschappelijk haalbaar en reproduceerbaar is via meerdere technologieën, blijft de vraag naar schaalbaarheid onopgelost. Kernfusie bevindt zich momenteel nog lang niet in de buurt van commerciële haalbaarheid, en de middelen die nodig zijn om zelfs kleine hoeveelheden energie te produceren zijn enorm en onpraktisch voor toepassingen in de echte wereld. Die kloof tussen een laboratoriumresultaat en een centrale die binnen een energiemarkt kan functioneren, is nu de centrale uitdaging voor het vakgebied.

Een nieuw kader dat is ontwikkeld door onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) wil deze uitdaging rechtstreeks aanpakken en een route uitstippelen van laboratoriumprestatie naar industriële en economische realiteit. Het kader beoordeelt "the physical inputs needed to sustain controlled fusion energy production, as well as the cost of building power plants that can compete in energy markets", aldus een recente MIT press release.

De onderzoekers stellen dat de verkennende fase — het testen van uiteenlopende methoden en materialen — feitelijk is afgerond. De wetenschappelijke haalbaarheid van fusie staat vast, en de focus moet nu verschuiven naar rigoureuze economische analyse.

"Het gaat om alle zaken die komen kijken bij het vinden, toewijzen en uitgeven van geld op deze schaal," zei Dennis Whyte, hoogleraar nucleaire wetenschap en techniek aan MIT en mede-auteur van de study, die vorige maand werd gepubliceerd in het Journal of Fusion Energy. "Dit is cruciaal voor wat we doen. We moeten naar de economie kijken. Als we willen dat deze technologie werkelijk betekenis heeft in de wereldeconomie, moeten we eerlijk tegen onszelf worden over deze onderwerpen."

Een belangrijk kenmerk van het kader is dat het toepasbaar is op alle fusie-energiebenaderingen die momenteel in ontwikkeling zijn. In dit vroege stadium van fusieonderzoek is het nog onduidelijk of tokamaks, laser-gestuurde inertiële confinering of z-pinchsystemen uiteindelijk het meest geschikt zullen blijken voor commerciële toepassing. MIT's kader kan helpen verduidelijken welke route de grootste economische belofte biedt.

Whyte omschrijft het kader als "completely agnostic to whatever fusion concept you use, because the physical reality of fusion is that you expend money to build the capability to produce fusion power." Mede-auteur Andrew W. Lo benadrukt het fundamentele economische principe: "It doesn't matter whether the fusion power plant is small or large, the bottom line is: In both cases you better have money coming out that exceeds the money going in, otherwise it's not going to be around for very long."