Das Kernfusionslabor des US-Energieministeriums sagt, dass am Dienstag ein „großer wissenschaftlicher Durchbruch“ angekündigt wird, da Medien berichten, dass Wissenschaftler endlich einen wichtigen Meilenstein für die Technologie überschritten haben: mehr Energie herauszuholen als zugeführt wurde.
Die Ankündigung hat die wissenschaftliche Gemeinschaft in Aufregung versetzt, da die Kernfusion von einigen als die Energie der Zukunft angesehen wird, insbesondere weil sie keine Treibhausgase erzeugt, wenig Abfall hinterlässt und kein Risiko von nuklearen Unfällen birgt.
Hier ist ein Update darüber, wie die Kernfusion funktioniert, welche Projekte im Gange sind und Schätzungen, wann sie abgeschlossen sein könnten:
Energie der Sterne
Die Fusion unterscheidet sich von der Spaltung, der derzeit in Kernkraftwerken verwendeten Technik, dadurch, dass zwei Atomkerne miteinander verschmolzen werden, anstatt einen zu spalten.
Tatsächlich ist Fusion der Prozess, der die Sonne antreibt.
Zwei leichte Wasserstoffatome verschmelzen bei sehr hoher Geschwindigkeit zu einem schwereren Element, Helium, und setzen dabei Energie frei.
„Die Kontrolle über die Energiequelle der Sterne ist die größte technologische Herausforderung, der sich die Menschheit jemals gestellt hat“, twitterte der Physiker Arthur Turrell, Autor von „The Star Builders“.
Zwei unterschiedliche Methoden
Die Erzeugung von Fusionsreaktionen auf der Erde ist nur möglich, indem Materie auf extrem hohe Temperaturen erhitzt wird – über 100 Millionen Grad Celsius (180 Millionen Fahrenheit).
„Also müssen wir Wege finden, diese extrem heiße Materie von allem zu isolieren, was sie abkühlen könnte. Das ist das Problem der Eindämmung“, sagte Erik Lefebvre, Projektleiter bei der französischen Atomenergiekommission (CEA), gegenüber .
Eine Methode besteht darin, die Fusionsreaktion mit Magneten „einzuschränken“.
In einem riesigen Donut-förmigen Reaktor werden leichte Wasserstoffisotope (Deuterium und Tritium) erhitzt, bis sie den Plasmazustand erreichen, ein Gas mit sehr geringer Dichte.
Magnete halten das wirbelnde Plasmagas fest und verhindern, dass es mit den Wänden der Kammer in Kontakt kommt, während die Atome kollidieren und zu verschmelzen beginnen.
Dies ist der Reaktortyp, der in dem internationalen Großprojekt ITER, das derzeit in Frankreich gebaut wird, sowie dem Joint European Torus (JET) in der Nähe von Oxford, England, zum Einsatz kommt.
Eine zweite Methode ist die Trägheitsfusion, bei der hochenergetische Laser gleichzeitig in einen fingerhutgroßen Zylinder gerichtet werden, der den Wasserstoff enthält.
Diese Technik wird vom französischen Megajoule-Laser (LMJ) und dem weltweit fortschrittlichsten Fusionsprojekt, der in Kalifornien ansässigen National Ignition Facility (NIF), verwendet.
Der Trägheitseinschluss wird verwendet, um die physikalischen Prinzipien der Fusion zu demonstrieren, während der magnetische Einschluss darauf abzielt, zukünftige Reaktoren im industriellen Maßstab nachzuahmen.
Stand der Forschung
Jahrzehntelang haben Wissenschaftler versucht, einen sogenannten „Nettoenergiegewinn“ zu erreichen – das heißt, durch die Fusionsreaktion wird mehr Energie erzeugt, als zu ihrer Aktivierung benötigt wird.
Laut Berichten der Financial Times und der Washington Post wird dies der „große wissenschaftliche Durchbruch“ sein, der am Dienstag von der NIF angekündigt wurde.
Aber Lefebvre warnt davor, dass „der Weg noch sehr weit ist“ bis „zu einer Demonstration im industriellen Maßstab, die kommerziell tragfähig ist“.
Er sagt, dass ein solches Projekt weitere 20 oder 30 Jahre dauern wird, bis es abgeschlossen ist.
Um dorthin zu gelangen, müssen die Forscher zunächst die Effizienz der Laser erhöhen und das Experiment häufiger wiederholen.
Die Vorteile von Fusion
Der berichtete Erfolg des NIF hat große Aufregung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft ausgelöst, die hofft, dass die Technologie ein Wendepunkt für die globale Energieerzeugung sein könnte.
Im Gegensatz zur Kernspaltung birgt die Fusion kein Risiko von nuklearen Unfällen.
„Wenn ein paar Laser fehlen und nicht zum richtigen Zeitpunkt losgehen, oder wenn der Einschluss des Plasmas durch das Magnetfeld … nicht perfekt ist“, wird die Reaktion einfach aufhören, sagt Lefebvre.
Die Kernfusion produziert auch viel weniger radioaktiven Abfall als heutige Kraftwerke und emittiert vor allem keine Treibhausgase.
„Es ist eine Energiequelle, die völlig kohlenstofffrei ist, sehr wenig Abfall erzeugt und an sich extrem sicher ist“, so Lefebvre, der sagt, dass Fusion „eine zukünftige Lösung für die Energieprobleme der Welt“ sein könnte.
Unabhängig von der Ankündigung vom Dienstag ist die Technologie jedoch noch weit davon entfernt, Energie im industriellen Maßstab zu produzieren, und kann daher nicht als sofortige Lösung der Klimakrise angesehen werden.
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