Financiering en ontwikkeling componenten van het internationale

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