IA Brussel Davy Pieters, meer informatie: www.ianetwerk.nl
Financiering en ontwikkeling componenten van het internationale kernfusieproject ITER Auteur: Matthijs van der Beek (stagiair), onder eindverantwoording van Davy Pieters (IA Brussel). Samenvatting De Europese Unie is gastheer van het internationale kernfusieproject ITER. Dit project onderzoekt de haalbaarheid van kernfusie als energiebron die in de toekomst mede zou kunnen voorzien in de toenemende energievraag. Inmiddels is flinke ervaring over kernfusie opgebouwd, maar er zijn ook nog grote technologische uitdagingen. Een aantal ITER-componenten is nog in ontwikkeling en verschillende Nederlandse bedrijven hebben kans hieraan een bijdrage te leveren. De Europese Commissie (EC) lanceerde onlangs het plan voor de financiering van het ITER-project voor 2014 tot en met 2020. De EC wil ITER niet langer binnen het EU Meerjarig Financieel Kader (MFK) financieren, maar de onderhandelingen hierover lopen nog.
ITER Historische achtergrond Al sinds de jaren dertig speculeren wetenschappers over het gebruik van kernfusie als energiebron. Tijdens de Conferentie voor Vreedzaam Gebruik van Atoomenergie in 1955, sprak voorzitter Homi J. Bhahba zich voor het eerst in het openbaar uit over de mogelijkheid van fusie -energie. Een jaar later maakten Russische onderzoekers een eerste concept voor een tokamak, een toroïdale magnetische kamer. Dit is een torusvormig apparaat waarin met behulp van magnetische velden een plasma kan worden beheerst. Vanaf begin jarig zeventig besloten de Verenigde Staten, de EU, Japan en de Sovjet-Unie om elk hun eigen tokamak te bouwen. Volgens natuurkundige en wetenschapsjournalist Bennie Mols waren wetenschappers toen voor het eerst in staat om kenmerken van het plasma, zoals dichtheid, temperatuur, volume en zuiverheid, tegelijkertijd te meten. Dat maakte het mogelijk het fusievermogen te voorspellen. i De eerste concrete stap naar de ontwikkeling van een Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor (ITER) werd gezet tijdens de Genève Top in 1985. Sovjetleider Gorbatsjov deed hierover een voorstel aan de Amerikaanse President Reagan. Daaruit volgde in 1987 het eerste ITER-akkoord tussen de VS, de EU, Japan en de Sovjet-Unie. Al in 1984 was in Engeland de Joint European Torus gebouwd voor gemeenschappelijk Europees fusieonderzoek. Hier werd in 1991 voor het eerst gecontroleerd fusievermogen opgewekt, zij het dat er nog meer energie inging dan er uitkwam. Mede op basis van de relatief kleine JET-reactor begonnen de partnerlanden aan het ontwerp voor de driemaal zo grote ITER-installatie. ITER moet tienmaal zoveel energie opleveren als gebruikt zal worden voor de verhitting van het plasma. Na uitvoerige discussies over de locatie van de reactor besloten de aangesloten landen in 2005 om ITER in Cadarache in Zuid-Frankrijk te bouwen. China, Zuid-Korea en India hadden zich toen ook al bij het project gevoegd. In oktober 1
2007 bezorgde ratificatie het ITER-verdrag ii een juridische basis. Sinds augustus 2011 is de aanleg van de fundering van de kernfusiereactor in volle gang. Naar verwachting is de ITER-installatie in 2020 afgerond. Dat duurt nog zo lang omdat een belangrijk deel van de componenten nog moet worden ontwikkeld. In de tien jaar na de bouw starten de testfases. Afhankelijk van deze testen duurt het waarschijnlijk nog enkele decennia voordat de eerste commerciële kernfusiereactoren gebouwd kunnen worden. iii Hoe werkt kernfusie? In beginsel houdt kernfusie in dat kernen van verschillende lichte atomen samensmelten, waarbij een nieuwe kern ontstaat terwijl het verlies aan massa volgens de theorie van Einstein wordt omgezet in energie. Het verschil met kernsplijting is dat bij kernfusie lichte atoomkernen samensmelten en geen zware atoomkernen worden gespleten. ITER maakt gebruik van de waterstofisotopen deuterium en tritium. Na fusie tussen een deuterium - en tritiumatoomkern ontstaat een heliumatoom en komt een neutron vrij, wat gepaard gaat met 17,6 MeV aan vrijkomende energie. Eenvoudig is kernfusie allerminst, aangezien aan twee voorwaarden voldaan moet worden. In de eerste plaats moet de temperatuur dusdanig hoog zijn dat de kernen voldoende snelheid krijgen om te fuseren, omdat zij elkaar anders afstoten. Daartoe worden de atoomkernen door een stroom verhit tot een temperatuur van minstens honderd miljoen graden Celsius, zodat deze in de plasmatoestand komen. iv Voor het beheersen van een dergelijk plasma zijn supergeleidende spoelen nodig, die een magnetisch veld creëren dat voorkomt dat het plasma contact maakt met de wand van de reactor. In de tweede plaats moet de dichtheid van de deeltjes groot genoeg zijn om de kans op fusie te laten toenemen. Een stoomturbine zet de warmte die bij de kernfusie vrijkomt om in elektriciteit (zie afb. 1). Afbeelding 1. Componenten fusiecentrale
v
De technologische uitdagingen voor de constructie van de ITERinstallatie zijn groot. Gezien de zeer hoge temperaturen vormt het ontwikkelen van een bestendige wand de voornaamste uitdaging. De JET-reactor experimenteert momenteel met beryllium en wolfraam, maar aan beide materialen kleven nadelen. Beryllium is niet zo hittebestendig als wolfraam en erodeert relatief snel, terwijl wolfraam, dat gebruikt wordt voor de diverter (het onderste gedeelte van de reactiekamer), het plasma vervuilt op het moment dat atomen losschieten. Tevens moet deze wand bestand zijn tegen de druk waarmee het reactorvat vacuüm wordt gezogen om de 2
heliumdeeltjes uit het plasma te verwijderen. Gedurende het gebruik van de reactor maakt de neutronenstraling de wand langzaam radioactief en moeten complexe op afstand bestuurbare robotarmen reparaties- en onderhoudswerkzaamheden verrichten. Voor een goede controle van de wand is het van belang dat de onderdelen zodanig zijn vormgegeven dat robotarmen erbij kunnen en alles zichtbaar is voor de camera’s. Behalve de fysieke reactoronderdelen, is het noodzakelijk dat goede meetapparatuur voor het monitoren van de kenmerken van het plasma beschikbaar komt. Zo is het bijvoorbeeld nodig om een meetsysteem te ontwikkelen dat turbulentie in het plasma, waardoor grote uitbarstingen van energie op de wand terecht kunnen komen, kan voorspellen. vi
Ontwikkeling ITER-componenten Aanbestedingsprocedures Vanwege de uiteenlopende technologische uitdagingen spelen zowel onderzoeksinstituten als de industrie een rol in de ontwikkeling van de ITER-componenten. De aanbesteding van onderzoek naar en de ontwikkeling van de ITER-componenten gebeurt volgens verschillende procedures. De partnerlanden dragen in verschillende mate bij, zowel in kind door de levering van infrastructuur en componenten, als financieel (o.a. voor het ITER-team). De EU draagt als ‘gastheer’ van het project voor 46% bij aan de bouw van ITER vii, terwijl de overige zes aangesloten landen elk voor 9% bijdragen. De in kind levering van componenten bedraagt het grootste gedeelte van de bijdragen door de partners en is gebaseerd op geschatte kosten. Nadat het ITER-project in 2007 officieel van start ging is een verdeling gemaakt, in sommige gevallen op basis van competitie tussen de verschillende partners, voor welke componenten de partnerlanden moesten leveren. Zodoende is besloten dat de EU voor een groot deel van de hoogtechnologische componenten zal zorgen. viii Op 19 april 2007 is Fusion for Energy in Barcelona opgericht om de inbreng van de EU te coördineren. Deze organisatie heeft de taak om binnen de EU de verschillende opdrachten uit te schrijven. Afhankelijk van de soort opdracht kan het verschillen of de toekenning van een project volgens een geheel open procedure verloopt, een voorselectie plaatsvindt of dat een enkel bedrijf geselecteerd wordt conform de Europese aanbestedings procedures. Het is de bedoeling dat Fusion for Energy de evaluatie van ingediende projectvoorstellen zo transparant mogelijk verricht. ix Aandeel Nederlands bedrijfsleven In november 2007 is het consortium ITER-NL gevormd. Daarin werken de kennisinstellingen TNO, DIFFER (het Nederlands Instituut voor Fundamenteel Energieonderzoek, het voormalige FOM Rijnhuizen), NRG en TU Eindhoven samen om de Nederlandse industrie zo goed mogelijk voor te bereiden op deelname aan ITER. ITER-NL geeft voorlichting, begeleidt bedrijven bij aanbestedingen en bevordert de overdracht van kennis van onderzoeksinstituten. Tot op heden zijn Nederlandse organisaties slechts beperkt succesvol geweest in het binnenhalen van projecten. De meeste projecten zijn vooralsnog toegekend aan deelnemers uit Frankrijk, Italië en Engeland. Desondanks liggen er volgens ITER-NL in de verschillende technologische uitdagingen wel degelijk kansen. Uitgaande van de expertise van Nederlandse kennisinstellingen behoren onder andere remote handling en meetapparatuur voor het plasma tot de kansrijke thema’s voor het bedrijfsleven. Vorig jaar is een studiecentrum voor remote handling opgericht als onderdeel van DIFFER. Dit studiecentrum heeft de doelstelling om op afstand bestuurbare onderhoudssystemen te ontwikkelen die gebruikt kunnen worden voor ITER. Daarnaast is ITER -NL actief in de ontwikkeling van optische 3
detectiesystemen, waarmee de kwaliteit van het plasma gemeten kan worden, en in het zogenoemde microgolfsysteem. Dit laatste systeem functioneert eigenlijk als een magnetron en verhit met hoogvermogen microgolven het plasma. x Behalve de toepassing van hoogwaardige technologieën, zijn er ook kansen voor Nederlandse bedrijven in het verkrijgen van een subcontract voor het transport van zware componenten van de Zuid-Franse kust naar Cadarache. xi
Voorstel Europese Commissie voor financiering ITER-project Aanvullend Onderzoeksprogramma voor het ITER-project (2014-2018) De complexiteit van de verschillende componenten en het groot aantal partners uit zowel Azië, Europa als de VS, maken ITER tot een zeer ambitieus project. De coördinatie tussen de partners moet goed zijn zodat de verschillende componenten op tijd worden aangeleverd. Vertraging ligt op de loer en kan hoge kosten met zich meebrengen. Onlangs gingen de Raad van de Europese Unie en het Europees Parlement (EP) akkoord met de extra financiering van in totaal 1,3 miljard euro voor de periode 2012-2013. Gezien het hoge risico van kostenoverschrijdingen heeft de Europese Commissie (EC) op 21 december 2011 het Aanvullend Onderzoeksprogramma voor het ITER -project (2014-2018) gepresenteerd. In tegenstelling tot de voorgaande vijfjarenprogramma’s van Euratom, de Europese Gemeenschap voor Atoomenergie, valt het budget van ITER niet langer binnen het EU Meerjarig Financieel Kader (MFK). Dit betekent dat lidstaten naar rato van het Bruto Nationaal Inkomen zouden moeten bijdragen aan het totale budget van circa 2,6 miljard euro. Nederland zou dan 129 miljoen euro moeten bijdragen. Andere programma’s binnen het MFK zouden volgens de EC hierdoor niet lijden onder mogelijke kostenoverschrijdingen van ITER. Besluitvorming De Raad van de Europese Unie, waarin alle 27 EU-lidstaten zijn vertegenwoordigd, beslist zowel over het MFK als Euratom. In het Verdrag van Lissabon (2007) zijn deze onderdelen buiten de medebeslissingsprocedure met het EP gehouden. Dit betekent dat het EP slechts advies kan uitbrengen over de financiering van ITER. In het EP zijn de meningen verdeeld. Rapporteur Vladimir Remek ziet kernfusie als een belangrijke uitdaging die gesteund moet worden door de EU. De Groenen vinden echter dat de EU zich beter kan richten op hernieuwbare energie, aangezien ITER pas na decennia enig effect kan hebben. xii Ook onder de lidstaten lijkt geen sprake van eensgezindheid. Dit bleek uit de Raad voor Concurrentievermogen van 20 en 21 februari 2012 toen zowel voor als tegenstanders zich uitspraken over het voorstel van de EC. Nederland pleitte voor het plaatsen van ITER binnen het MFK, aangezien dat net als in het geval van het Europese aardobservatieprogramma GMES xiii de begrotingsdiscipline ten goede zou komen. xiv Tegelijkertijd streeft Nederland naar kostenvermindering en het voorkomen van vertragingen die leiden tot kostenoverschrijdingen. xv Samen met enkele andere lidstaten heeft staatssecretaris van Buitenlandse Zaken Ben Knapen in november 2011 een brief gestuurd aan de EC met het verzoek om ITER binnen het MFK op te nemen. xvi Vooralsnog heeft dit verzoek geen wederhoor gevonden. Ondanks de verschillende houdingen binnen de EU -instellingen, is het de verwachting dat de Raad eind 2012 overeenstemming bereikt over het MFK en in 2013 over ITER.
4
Bronnen i
Bennie Mols, ‘Kernfusie – een energieproject van de lange adem’ http://www.kennislink.nl/publicaties/kernfusie-een-energieproject-van-de-lange-adem (11-6-2012).
ii
Europese Commissie, ‘Agreement on the Establishment of the ITER International Fusion Energy Organization for the Joint Implementation of the ITER Project’ http://ec.europa.eu/world/agreements/downloadFile.do?fullText=yes&treatyTransId=5101 (11-6-2012).
iii
ITER, ‘The ITER Story’ http://www.iter.org/proj/iterhistory (11-6-2012).
iv
Het verhitten gebeurt in eerste instantie door een stroom in het plasma te induceren met een transformator. Verdere verhitting vindt plaats door het gebruik van microgolvenstraling en bundels van neutrale deeltjes.
v
M.T. Westra, ‘Kernfusie, een zon op aarde’ http://www.iter-nl.nl/files/images/watisfusie.pdf (11-6-2012) 10.
vi
Anouck Vrouwe, ‘Kernfusie in een nieuw jasje’, NWT Magazine (januari 2012) 24-28.
vii
Tijdens de operationele fase van ITER zal de bijdrage van de EU lager dan 46% zijn.
viii
Fusion for Energy, ‘Our Contribution’ http://fusionforenergy.europa.eu/understandingfusion/ourcontribution.aspx (11-6-2012). Zie hier een overzicht van de componenten waar de EU verantwoordelijk voor is.
ix
Fusion for Energy, ‘Procurements and Grants’ http://fusionforenergy.europa.eu/procurementsgrants/ (11-62012).
x
ITER-NL, ‘Activiteiten’ http://www.iter-nl.nl/nl/activiteiten (11-6-2012). Op deze website is meer informatie te vinden over de verschillende mogelijkheden voor het Nederlands bedrijfsleven.
xi
ITER, ‘Bringing ITER components to Cadarache’ http://www.iter.org/newsline/224/1185 (11-6-2012). Andere bedrijven kunnen naast het Franse bedrijf DAHER voor ondersteuning zorgen.
xii
Europees Parlement, ‘Ontwerp van gewijzigde begroting nr. 1/2012: financiering van ITER’ http://www.europarl.europa.eu/sides/getVod.do?mode=chapter&language=NL&vodDateId=20120419 21:00:07-477 (11-6-2012). Zie hier de bijdragen (met vertaling) van de verschillende deelnemers aan het debat.
xiii
Zie IA-artikel: Matthijs van der Beek, ‘Voorstel Europese Commissie voor aardobservatieprogramma GMES’ http://www.agentschapnl.nl/sites/default/files/120525%20Voorstel%20Europese%20Commissie%20voor% 20aardobservatieprogramma%20GMES.pdf (11-6-2012).
xiv
Voorzitterschap van de Europese Unie, ‘Proposal negotiating box Multi-annual Financial Framework (20142020)’ http://register.consilium.europa.eu/pdf/en/12/st08/st08057-ad01.en12.pdf (11-6-2012).
xv
Tweede-Kamerbrief over nieuwe Commissievoorstellen en initiatieven van de EU-lidstaten, fiche 7: ‘Besluit ITER-project (2014-2018)’ Tweede Kamer, vergaderjaar 2011-2012, 22 112, nr. 1354. (11-6-2012).
xvi
Brief van Ben Knapen e.a. aan Antonio Tajani, Janusz Lewandowski en Máire Geoghegan -Quinn van 10 november 2011 http://www.endseurope.com/docs/111117a.pdf (11-6-2012).
5
