Forschung

Energieerzeugung der Zukunft: Forschende mit Durchbruch bei Kernfusion

Durchbruch in Kernfusion
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Eindrücke aus dem experementellen Fusionsreaktor HL-2M Tokamak im chinesischen Chengdu. (Archivfoto)

Fusionsreaktoren werden von Fachleuten als Energiequelle der Zukunft gesehen. Nun gelingt Forschenden in Kalifornien ein Erfolg.

Livermore – Fusionsreaktoren könnten einen entscheidenden Beitrag zur emissionsfreien Energieerzeugung* und damit zum Klimaschutz* leisten.

Mehrere Forschungsprojekte arbeiten derzeit an der Entwicklung dieser Reaktoren, welche das Prinzip der Energieerzeugung der Sonne auf die Erde übertragen: Diese zieht ihre Energie aus der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium.

Fachleute vom Lawrence Livermore National Laboratory in der Nähe von San Francisco können jedoch Fortschritte vorweisen. Die Beteiligten am National Ignition Facility (NIF) konzentrieren sich bei ihren Versuchen darauf, die Trägheitsfusion in Gang zu setzen, also den Fusionsprozess zu zünden. Das Prinzip ähnelt dem einer Wasserstoffbombe, wird jedoch in kleinerem Maßstab angewendet.

Energieerzeugung der Zukunft: Kernfusion soll in Gang gesetzt werden

Dabei richten die Forschenden den stärksten Laser der Welt, der auf 192 Strahllinien verteilt ist, auf eine Kapsel mit den Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium. Durch die Energie des Lasers soll Plasma und die nötige Hitze entstehen*. Bei 100 Millionen Grad Celsius verschmelzen die Wasserstoffatome zu Helium. Dadurch wird Energie frei. Sobald der Fusionsprozess gestartet ist, sollen die Reaktionen selbst für die nötige Hitze für weitere Fusionen liefern.

Energieerzeugung: Kernfusion ist aktuell noch Verlustgeschäft

In Fusionsreaktoren wird die Zündung dann erreicht, wenn die Energie, die bei der Kernfusion* freigesetzt wird, größer ist als die vom Laser eingesetzte Energie. Das sind 1,9 Megajoule. Beim Experiment am 8. August 2021 wurden 1,35 Megajoule erreicht, was rund 70 Prozent der Laserenergie entspreche, die der Brennstoffkapsel zugeführt werde, berichtet der Spiegel.

Eindrücke aus dem experimentellen Fusionsreaktor HL-2M Tokamak im chinesischen Chengdu. (Archivbild)

Das Experiment in Kalifornien ist daher noch ein Verlustgeschäft und noch lange nicht praxistauglich. Die Forschenden stehen jedoch an der Schwelle zur Zündung, wie sie selbst in einer Mitteilung berichten. Im Vergleich zu einem Experiment im Jahr 2018 sprechen die Fachleute von einer 25-fachen Effizienzsteigerung. Die Ergebnisse eröffneten außerdem den Zugang zu weiteren Versuchen. Sie kündigten außerdem an, ihre Daten - wie in der Wissenschaft üblich - in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift zu veröffentlichen, um sie der Begutachtung unabhängiger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu unterziehen.

Energieerzeugung: Fusionsreaktoren wohl erst Mitte des Jahrhunderts wirtschaftlich nutzbar

Nach der ersten Stellungnahme gratulierte der Plasmaphysiker Stephen Bodner, der laut Spiegel als Kritiker des Projekts gilt, der Forschungsgruppe. Demnach sei das Team dem Ziel der Zündung und der Gewinnschwelle nahe genug gekommen, um es als Erfolg zu bezeichnen. Siegfried Glenzer, Professor für Photonenwissenschaft, bezeichnete die Ergebnisse als vielversprechend, um eine CO2-neutrale Energiequelle zu erreichen.

Bis Fusionsreaktoren in der Praxis eingesetzt werden können, wird jedoch noch einige Zeit vergehen. Fachleute vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik gehen davon aus, dass ein Fusionskraftwerk in der Mitte des Jahrhunderts wirtschaftlich nutzbare Energie liefern könnte, wie sie auf ihrer Internetseite berichten. Die Grundstoffe für die Fusion seien jedoch in großer Menge auf der Welt vorhanden und schon ein Gramm Brennstoffe könne soviel Energie freisetzen wie elf Tonnen Kohle, beschreiben sie die Vorteile.

Das sind die Vor- und Nachteile von Fusionsreaktoren

In Fusionsreaktoren entstehen jedoch auch radioaktive Abfälle, da die Neutronen, die bei der Fusion entstehen, die Wände des Plasmagefäßes aktivieren, berichtet das Max-Planck-Institut. Wie lange die Aktivierung ausfalle, hänge von den Materialen ab. In einer 30-jährigen Laufzeit werde ein Fusionskraftwerk zwischen 60.000 und 160.000 Tonnen radioaktiven Materials erzeugen, das zwischengelagert werden müsse.

Die Radioaktivität nehme nach 100 Jahren auf ein Zehntausendstel des Anfangswertes ab und sei nach ein- bis fünfhundert Jahren vergleichbar mit dem Gefährdungspotential der gesamten Kohleasche eines Kraftwerks, die auch natürliche radioaktive Stoffe enthalte. (Max Schäfer) *fr.de ist ein Angebot von IPPEN.MEDIA

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