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Kernfusion

29 August 2019, 18:25

Technik





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Energiequelle der Zukunft?

Die Weltbevölkerung wächst ebenso stetig wie der globale Wohlstand. Das ist eigentlich eine gute Nachricht. Allerdings steigt damit auch der globale Energiebedarf enorm an und stellt so auch die regenerative Energieerzeugung vor enorme Herausforderungen. Immerhin soll der Primärenergiebedarf nach einer Prognose bis zum Jahr 2050 vor allem in Asien noch massiv zunehmen.

Kernfusion – Milliardengrab oder Energiequelle der Zukunft?

Quelle: istockphoto.com/gremlin

Was aber wäre, wenn es eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle gäbe, die zudem nicht nur sicher ist, sondern auch das Klima nicht belastet? Diese Energiequelle gibt es! Und wir kennen Sie alle: die Sonne. Denn bei dem Stern, der das Leben auf dieser Erde überhaupt erst ermöglicht, handelt es sich um einen riesigen Fusionsreaktor, der unermessliche Mengen an Energie freisetzt. Leider können wir selbst mit modernster Solartechnologie nur einen Bruchteil dieser Energie nutzen. Gelingt es uns aber, solche Kernfusionsreaktoren auf der Erde in Betrieb zu nehmen, könnten unsere Energieprobleme auf alle Zeit gelöst sein. Wie aber funktioniert die Kernfusion? Wie weit ist die Forschung? Und ist das wirklich sicher?

1. Wie funktioniert Kernfusion?

Die Kernfusion ist ein völlig natürlicher Prozess und der Grund, warum es im Universum überhaupt Leben gibt. Ohne diese Form der Energie gäbe es weder Licht noch Wärme. Anders als bei der Kernspaltung, wie wir sie in klassischen Nuklearkraftwerken betreiben, werden Atomkerne hier nicht gespalten, sondern bei extremen Temperaturen über 100 Millionen Grad Celsius in einem Plasmafeuer miteinander verschmolzen.

Im Gegensatz zur Kernspaltung werden hier aber nicht schwere Atome wie Uran aufgespalten, sondern leichte Atome wie Deuterium und Tritium zu schweren Atomen wie Helium verschmolzen. Dabei werden vor allem durch die Geschwindigkeit der freiwerdenden Neutronen enorme Energiemengen frei, die noch wesentlich größer sind als bei der konventionellen Kernspaltung. Zum Vergleich: Die Energie, die wir mittels Kernfusion aus einem einzigen Gramm Wasserstoff erzeugen können, entspricht in etwa 90.000 Kilowattstunden oder der Energie aus rund sieben Tonnen Erdöl bzw. elf Tonnen Kohle.

 

Prognostizierter golbaler Energieverbrauch in Billiarden
BTU = British Thermal Units; Quelle: statista.com

2. Vorteile der Kernfusion überwiegen

Der größte Vorteil der Kernfusion ist natürlich die Energieausbeute aus einem Brennstoff, der auf unserer Erde beispielsweise im Meerwasser in nahezu unbegrenzter Menge verfügbar ist. Damit ließe sich der Energiebedarf der Menschheit also spielend decken, selbst wenn sich dieser noch verhundertfachen sollte. Durch die ausgezeichnete Verfügbarkeit der Fusionsbrennstoffe ist die Kernfusion langfristig zudem eine sehr günstige Form der Energiegewinnung. Sobald entsprechende Kraftwerkstechnologien ausgereift sind, rechnen Forscher mit Erzeugungskosten von fünf bis acht Cent pro Kilowattstunde.
Verständlicherweise haben viele Menschen aus Angst vor nuklearen Katastrophen Zweifel, wenn es um Kernenergie geht. Diese Angst ist bei der Kernfusion jedoch völlig unbegründet, denn Fusionskraftwerke sind sicherer als konventionelle Nuklearkraftwerke. Fiele beispielsweise die Kühlung aus, käme der Fusionsprozess automatisch zum Erliegen, während dieser bei der Kernspaltung unvermittelt weiterginge. Selbst wenn ein solcher Reaktor explodieren sollte, läge die austretende Strahlendosis noch weit unterhalb der Grenze, die eine Evakuierung der Kraftwerksumgebung notwendig machen würde.
Auch die Menge der radioaktiven Abfälle hielte sich in Grenzen. Immerhin werden nur die Wände des Reaktors radioaktiv aufgeladen. Aber auch die Strahlung dieses Materials ist nur minimal und das auch nur für einen Zeitraum von knapp 100 Jahren, wonach es recycelt werden kann. Da zudem nur sehr geringe Mengen anfallen, sind auch keine unterirdischen Atommüllendlager notwendig.

3. Internationales Mammutprojekt nimmt Fahrt auf

Ohne Zweifel: Die Kernfusion hat enormes Potential, die Energieprobleme dieser Welt ein für alle Mal zu lösen. Rein theoretisch ist der Prozess auch in großem Maßstab mit Fusionskraftwerken umsetzbar. Das Problem ist aktuell jedoch noch die technische Umsetzung, denn für die Kernfusion braucht es im Inneren des Reaktors Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius. Und da kein bekanntes Material dieser Hitze standhält, arbeiten Forscher unter hohem Mitteleinsatz an technologischen Lösungen. Das aktuell vielversprechendste Verfahren sorgt durch Magnetfelder dafür, dass das heiße Plasma die Reaktorwand nicht berührt, sodass dieser nicht beschädigt wird.
Die Fortschritte sind allerdings sichtbar. Beispielsweise entsteht im französischen Cadarache unter dem Projektnamen ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ein internationales Gemeinschaftsprojekt, an dem neben der EU auch China, Indien, Japan, Südkorea, Russland und die USA arbeiten. Laut aktuellen Planungen soll die Anlage erstmals 2025 in Betrieb genommen werden, um Wasserstoffplasma zu erzeugen. Auch anderswo auf der Welt entstehen derzeit Forschungsreaktoren, mit denen Grundlagenforschung zur Kernfusion betrieben wird. Darunter auch der Versuchsreaktor Wendelstein 7-X des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald.

4. Fazit – Megachance oder Milliardengrab?

Nehmen Sie einmal ein Blatt Papier oder einen Draht zur Hand und falten bzw. knicken Sie diesen Gegenstand ein paar Mal in der Mitte. Was passiert? Richtig, der Draht bricht nach einer Weile und das Blatt weißt eine deutliche Faltmarke auf. Letztere ist umso deutlicher, desto geringer der Faltradius wird. Und vor genau diesen Problemen stehen auch die Smartphone-Hersteller.
Ein Beispiel: Wie wir bereits in unserem Artikel zur explodierenden Bildschirmzeit berichtet haben, greifen wir täglich durchschnittlich 30 Mal zum Smartphone. Das wären bei einem Falt-Smartphone 30 Faltvorgänge pro Tag. In einem Jahr kämen so bereits 10.950 Faltungen und Entfaltungen zusammen. Das ist selbst für Hightech-Materialien eine enorme Belastung und hinterlässt im Displays irgendwann Spuren in Form deutlicher Faltmarken. Auch die verbauten Drähte könnten irgendwann brechen. 
lifestrom.de


Quelle: unbekannt


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