COMPASS MAGAZINE #10
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KERNFUSION – ENERGIE DER ZUKUNFT Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass die Kernfusion den Energiebedarf zukünftiger Generationen decken wird

Vom Potenzial der Fusionskraft ist seit fast einem Jahrhundert die Rede. Wenngleich die kommerzielle Produktion weiter auf sich warten lässt und Befürworter erneuerbarer Energien Megaprojekte wie ITER kritisieren, da diese noch meilenweit von einer baldigen Lösung entfernt sind, verkünden kleine private Start-up-Unternehmen vielversprechende Forschungsergebnisse, die eine frühere Nutzung der Fusionskraft in Aussicht stellen.

Seit den 1930er Jahren halten es Wissenschaftler für möglich, die Energieerzeugung der Sonne nachzustellen und Fusionsenergie zu gewinnen. „Um Energie freizusetzen, müssen zwei leichte Atomkerne miteinander zu einem schweren Atomkern verschmolzen werden“, erklärt Ian Hutchinson, Professor für Nuklearwissenschaft und -technik am Plasma Science and Fusion Center (PSFC) des Massachusetts Institute of Technology. „Dafür wird Gas aus unterschiedlichen Wasserstoffarten auf Temperaturen erhitzt, die 10-mal heißer sind als die Sonne – also über 100 Million Grad Kelvin (in Celsius gemessen ist die Temperatur nahezu gleich). Das heiße Gas, Plasma genannt, wird eingeschlossen. Dies geschieht üblicherweise in einer ringförmigen magnetischen Kammer, dem Tokamak.“

Ein Plasma ist ein elektrisch geladenes Gas, in dem negativ geladene Elektronen vollständig getrennt von positiv geladenen Atomkernen vorliegen. Die Bezeichnung „Tokamak“ kommt aus dem Russischen, da die ersten Kammern dieser Art in den 1950er Jahren von sowjetischen Physikern entwickelt wurden.

SICHTBARE FORTSCHRITTE

Zwei prominente Projekte – JET und ITER – ziehen zwar die Aufmerksamkeit der Presse auf sich, jedoch scheinen kleinere Vorhaben mit weniger großem Finanzierungsbedarf schneller Fortschritte zu machen.

Der Joint European Torus (JET) im Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) in Abingdon, Oxfordshire, Großbritannien ist der weltweit größte und leistungsstärkste Tokamak. „Mit dem JET gelang 1991 die weltweit erste kontrollierte Deuterium-Tritium-Kernfusion. Zudem hält der JET bis heute den Weltrekord in Sachen Fusionsenergie“, erklärt Greg Keech, ein Ingenieur bei CCFE. Dieser Rekord wurde 1997 mit einer Fusionsleistung von 16 MW erzielt.

Das Experiment zeigte zwar, dass es möglich ist, mithilfe der Kernfusion Energie zu erzeugen, für die gewonnenen 16 MW mussten jedoch 24 MW Energie aufgewendet werden. „Der nächste Schritt ist, mehr Energie aus der Reaktion herauszuholen als wir hineinstecken“, sagt Keech. „Und dies soll mit ITER erreicht werden.“

ITER, die Abkürzung für International Thermonuclear Experimental Reactor (lateinisch für „der Weg“), ist der größere Nachfolger von JET und gilt mit einem Investitionsvolumen von über 13 Mrd. Euro als das weltweit ambitionierteste Energieprojekt. Ein Konsortium von 35 Nationen arbeitet gemeinsam an ITER, mit dem Ziel, einen Tokamak zu entwickeln, der in seiner linearen Abmessung zweimal so groß ist wie JET und das 10-fache Volumen hat. „ITER wird derzeit im südfranzösischen Saint-Paul-lez-Durance errichtet und soll eine Fusionsleistung erzielen, die die aufgewendete Energie um das 10-fache übersteigt“, sagt Laban Coblentz, Leiter der Kommunikation bei ITER.

„Wenn es uns gelingt, brauchbare Energie- mengen zu erzeugen, wird aus dem ITER-Projekt ein industrietauglicher Prototyp einer Fusionsanlage hervorgehen, der erstmals Elektrizität in das Stromnetz einspeisen wird“, ergänzt Keech.

EINE FRAGE DER ZEIT

Sind diese Projekte erfolgreich, bergen sie ein enormes Potenzial, insbesondere für Entwicklungsländer mit einem hohen Grad an Urbanisierung, denn diese werden in großem Umfang nachhaltige Energie erzeugen müssen. „Die Kernfusion wir unser Leben verändern“, ist Keech überzeugt. „Wir werden Energie im Übermaß zur Verfügung haben, sowohl für Entwicklungs- und Schwellenländer als auch für die Industrienationen.“

Steven Cowley, Direktor des CCFE, formuliert es so: „Kernfusion kann die Welt mit Energie versorgen, bis sie in 4 bis 5 Milliarden Jahren von der Sonne verschluckt wird. Es ist die perfekte Art, Energie zu erzeugen – außer dass die Umsetzung sehr schwierig und kostenintensiv ist.“ Und genau das ist der Haken. Aufgrund der immensen Kosten und der hohen Komplexität wird das ITER-Projekt laut Keech nicht vor 2025 fertiggestellt werden; die Fertigstellung der DEMO- Anlage (DEMO als Abkürzung für „Demonstration Power Plant“) ist für 2050 geplant. Und tatsächliche Energie aus Kernfusion wird möglicherweise nicht vor 2070 zur Verfügung stehen – sofern die Forschungsprojekte überhaupt erfolgreich sind.

„DIE KERNFUSION WIRD UNSER LEBEN VERÄNDERN.“

GREG KEECH ENGINEER, CULHAM CENTRE FOR FUSION ENERGY

ZU GUT, UM WAHR ZU SEIN?

Kritiker befürchten, dass die Fusionsreaktoren niemals in der Lage sein werden, Energie auf kommerzieller Basis zu erzeugen, und warnen vor den ungewissen Risiken der Reaktoren, die ebenso wie die heutigen Kernreaktoren radioaktiven Müll produzieren. „ITER zieht die Aufmerksamkeit ab von Themen wie erneuerbare Energien und Energiespeicherung“, erklärt Charlotte Mijeon von Sortir du Nucléaire in einem Artikel auf SmartPlanet.com aus dem Jahr 2013.

Aus denselben Gründen argumentiert der in Polen lebende Experte für Nuklearenergie und Energiepolitik bei Greenpeace International in Amsterdam, Jan Haverkamp, dass Fusionsenergie niemals eine tragfähige Energiequelle sein wird.

„Mein Professor für Nuklearphysik erzählte mir bereits 1979, dass Fusionsanlagen in 50 Jahren Realität sein werden“, so Haverkamp. „Aber dieses Ziel ist auch heute noch 50 Jahre entfernt. The Energy [R]evolution Scenario und andere Berichte belegen, dass erneuerbare Energien die Welt von heute mit ausreichend Strom versorgen können – und das auf vernünftigere Art und Weise. Fusionsenergie ist eine größenwahnsinnige technische Idee.“

Stewart Prager, Direktor des Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) in Princeton, New Jersey, einer Forschungseinrichtung des US- Energieministeriums, sieht solche Aussagen als kurzsichtig an und argumentiert, dass es töricht sei, die Möglichkeiten der Kernfusion zu ignorieren, bevor Ergebnisse vorliegen. „Niemand kann mit Sicherheit sagen, ob erneuerbare Energiequellen genug Strom für die Zukunft bereitstellen können“, gibt Prager zu bedenken. „Wir sind schon so weit, wir dürfen uns nicht von Zeit- oder Kostenfaktoren aufhalten lassen.“

ALTERNATIVE WEGE

ITER hat jedoch mit Verzögerungen und ausufernden Kosten zu kämpfen, die auf über 50 Mrd. US-Dollar steigen könnten, rund das 10-fache der ursprünglichen Projektkostenschätzung. Einige kleinere, eigenständige Fusionsprojekte, die weltweit am Laufen sind, scheinen indessen mehr Erfolg dabei zu haben, sowohl Kosten als auch Markteinführungszeiten zu senken.

Versteckt im Santa-Ana-Gebirge östlich von Irvine, Kalifornien, erprobt Tri Alpha Energy einen linearen Reaktor, der kleiner, einfacher und weniger kostenintensiv sein soll als ein Tokamak – und in kaum mehr als 10 Jahren zu einer kommerziellen Fusionsanlage führen könnte, weit vor den Tokamak-Anlagen, für die 30 bis 50 Jahren bis zur Marktreife angesetzt sind.

Im kanadischen Burnaby haben unterdessen Forscher bei General Fusion einen Reaktor mit dampfgetriebenen Kolben entwickelt. Das Unternehmen hat bereits ca. 100 Mio. US-Dollar von Risikokapitalgebern und dem kanadischen Staat einsammeln können. „Sollte General Fusion erfolgreich sein, werden wir mit unserem Ansatz Jahrzehnte vor den anderen Fusionskraftwerke errichten können“, sagt Michael Delage, Vizepräsident des Unternehmens für Technologie und Unternehmensstrategie.

Insgesamt blicken Branchenkenner zuversichtlich in die Zukunft der Fusionsenergie. „Es sind aufregende Zeiten“, so Delage. „Wir gehen mit Sicherheit davon aus, dass eines der weltweiten Projekte in den nächsten Jahren erfolgreich Fusionsstrom erzeugen wird.“

Kernfusion wird nicht nur funktionieren, glaubt Hutchinson, sie muss. „Es gibt zwar noch jede Menge zu tun, aber Fusionsenergie ist für künftige Generationen eine unentbehrliche Energiequelle.“

Das Potenzial der Kernfusion, so Prager, wird die Welt verändern. „Für mich steht außer Frage, dass Fusionsenergie die Zukunft ist“, bekräftigt er. „Ich kann meine Begeisterung über den Einfluss, den die Fusionskraft in den kommenden Jahren haben wird, kaum in Worte fassen.“ ◆ 

von Lindsay James Zurück zum Seitenbeginn
von Lindsay James

Wird Kernfusion zur Realität?
http://bit.ly/FusionReality