Energie

Kernfusion: Energie ohne CO2 und Atommüll – wo ist der Haken?

Tokamak von ITER. © ITER.org
Tokamak von ITER. © ITER.org

Was wir heute Kernkraft nennen, basiert darauf, große Atome in kleinere zu teilen. Kernfusion ist das Gegenteil – kleine Atome werden zu größeren fusioniert, wobei Energie freigesetzt wird.

© Steffi Tan at Climate Science
© Steffi Tan at Climate Science

Kernfusion ist, was die Sonne antreibt. Die Vorteile von Kernfusion als Energiequelle auf der Erde sind gigantisch:

  • Keine direkten CO2-Emissionen
  • Kein Langzeit-radioaktiver Müll
  • Kein Explosionsrisiko

Kernfusion war schon immer “die Technologie der Zukunft“, nicht der Gegenwart. Es gibt aber tatsächlich guten Fortschritt. Wie weit sind wir also wirklich von Kernfusionsenergie entfernt?

Alle Reaktoren, die bislang gebaut wurden, benötigen mehr Energie im Betrieb als sie produzieren. Das Verhältnis von Input zu Output Energie wird “Q“ genannt. Wenn Q größer als 1 ist, produzieren wir Energie. Bislang ist das beste erreichte Wert Q=0.67 und der Fortschritt dort hin war tatsächlich sehr rasant – aber dann stoppte es…

© Soleil Hayes-Pollard at Climate Science
© Soleil Hayes-Pollard at Climate Science

So knapp! Was stoppt uns?

Um Atome zu fusionieren, müssen wir das Fusionsmaterial 100.000.000°C erhitzen und es unter hohem Druck für halten. Dies benötigt Energie.

Die zwei populärsten Strategien um Q zu erhöhen sind

  1. Größere Reaktoren bauen
  2. Stärkere Magnete um das Fusionsmaterial zu halten

Oft ist groß gut. Tesla’s Gigafactory hat die Produktion von Elektroautos drastisch billiger gemacht. Dieses Prinzip trifft leider nicht auf Fusionsreaktoren zu.

ITER ist ein internationales Experiment mit dem Ziel, Q=10 zu erreichen und ist deshalb um einiges größer als seine Vorgänger.

© ITER (iter.org)
© ITER (iter.org)

Rechts unten auf der grauen Platform ist eine Person abgebildet. Kannst du sie sehen? Der ITER-Reaktor ist wirklich groß. Zu groß? Ja. ITER kostet zig-Milliarden und die Konstruktion dauert Jahrzehnte.

Stärkere Magnete, kleinere Reaktoren?

© ARC rendering by Alexander Creely (from MIT News)
© ARC rendering by Alexander Creely (from MIT News)

“REBCO Elektromagnete” sind eine relative neue Magnettechnologie, die für Kernfusion viel besser geeignet sein könnten als momentan verwendete Technologien. Wenn die Integration funktioniert, würden sie eine Verdopplung der Magnetfeldstärke im Reaktor erlauben, was es erlaubt den Reaktor kleiner zu halten während Q weiterhin über 1 liegt.

ITER nutzt noch die schwächeren Magnete. REBCO Elektromagnete könnten ein essentieller Schritt in Richtung Kernfusion mit Q > 1 sein – schneller und günstiger.

Forschungslabore an Universitäten wie dem MIT sowie private Firmen arbeiten nun daran, diese Magnete in Fusionsreaktoren zu integrieren. Eine solche Firma, ein MIT Spin-off, sagt, sie wollen Q=20 schon im Jahr 2030 erreichen können.

Wann wird unser Strom von Kernfusion kommen?

Der Fortschritt in der Verwendung von stärkeren Magneten in Fusionsreaktoren wird ein Schlüsselindikator der Zukunft von Kernfusion sein. Die Konstruktion eines Prototypen wird wahrscheinlich einige Jahre dauern und ein kommerzielles Design aufzustellen, danach noch ein paar. aber Schritt für Schritt kommen wir dem Ziel näher.

Vorhersagen wann Kernfusion auf dem Markt sein wird sind relative uninteressant. Die Technologie ist noch in der Forschungsphase, daher weiß niemand verlässlich, wann sie soweit sein wird. Was allerdings interessant ist, ist, dass wir guten Fortschritt in Richtung leistbarer und nachhaltiger Energie machen.

Selbst wenn Reaktoren mehr Energie produzieren als sie konsumieren, muss der Preis noch so niedrig sein wie der von Gas, Solar, und Wind. Es ist nicht garantiert, dass dies jemals geschehen wird. Aber: Die heutige Kernkrafttechnologien (basierend auf Kernspaltung) sind, je nach Land, um einiges teurer als die genannten Alternativen.

Wenn du mehr über potentielle Lösungen des Klimawandels lernen möchtest, schau bei https://climate-science.com vorbei. Unser voller Kurs über Energie kommt Anfang Juli 2020 raus!

Special thanks für Feedback: Pandora Dewan, Criodán Ó Murchú, und Or Hadas.

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