Technische Innovation

Die Sonne als Vorbild: Erster Fusionsreaktor soll in 15 Jahren fertig sein

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Bis 2033 wollen Forscher den ersten Fusionsreaktor errichten, der einen positiven Energie-Nettogewinn durch die Verschmelzung von Atomkernen ermöglicht.

Bislang hat jede Nation, die durch Industrialisierung ein besseres Leben für ihre Bürger ermöglicht hat, dies auf Kosten der Umwelt getan. Angesichts der weltweit spürbaren Folgen des damit einhergehenden Klimawandels ist eine Alternative zu fossilen Brennstoffen, die durch langwierige Prozesse aus abgestorbenem organischen Material entstanden sind, allerdings unerlässlich. Als solche sehen viele Experten die Kernfusion: Sie soll als Quelle für günstige und praktisch unbegrenzte Energie dienen – und zwar ohne das Risiko katastrophaler Störfälle und die Notwendigkeit der Endlagerung langlebiger radioaktiver Abfälle.

Dass die Energieerzeugung durch die Verschmelzung von Atomkernen möglich ist, zeigt unter anderem die Sonne. Eine zentrale Rolle spielen dabei leichte Elemente wie Wasserstoff, die miteinander kollidieren und schwerere Elemente – zum Beispiel Helium – bilden. Die bei diesem Prozess freigesetzte Energie ist enorm. Doch warum gibt es dann nicht schon längst Fusionsreaktoren auf der Erde?

Konkrete Pläne für Fusionsreaktor vorgestellt

Damit Wasserstoffisotope ein Plasma bilden und zu Helium verschmelzen können, müssen extreme Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius erzeugt werden. Dies ist außer mit Wasserstoffbomben auch schon in diversen Versuchsanordnungen für wenige Sekunden gelungen, allerdings war die dabei benötigte Energie immer um ein tausendfaches höher als die extrahierte. Eine besondere Herausforderung stellt unter anderem die Tatsache dar, dass das Plasma aufgrund seiner extremen Hitze die Wände der Experimentierkammer nicht berühren darf und von einem Magnetfeld in der Schwebe gehalten werden muss.

Durch die Verwendung von Hochfeldmagneten wollen die MIT-Forscher den ersten Fusionsreaktor mit positiver Netto-Energieabgabe erschaffen. Bild: PSFC research – Ken Filar

Jetzt hat allerdings das Massachusetts Institute of Technology (MIT) konkrete Pläne für einen Fusionsreaktor vorgestellt, der bereits in 15 Jahren in der Lage sein soll, 200 Megawatt (MW) Energie zu erzeugen – dies entspräche in etwa dem Leistungsvermögen eines modernen kommerziellen Kraftwerks. In den kommenden drei Jahren sollen zu diesem Zweck zunächst die leistungsstärksten supraleitenden Elektromagnete der Welt entwickelt werden. Diese wiederum würden ein viermal stärkeres Magnetfeld erzeugen können als jene, die bislang in Fusionsexperimenten zum Einsatz gekommen sind. Laut MIT würde dies die mögliche Energiegewinnung verzehnfachen.

Wegbereiter für kommerzielle KErnfusionsanlagen

Sobald die Magnete fertiggestellt sind, sollen sie im Fusionsexperiment SPARC Verwendung finden. Dieses wird, sofern alles nach Plan verläuft, circa 100 MW Wärme erzeugen. Zwar kann sie nicht komplett in Elektrizität umgewandelt werden, allerdings soll in Pulsen von jeweils zehn Sekunden ausreichend Energie erzeugt werden, um eine kleine Stadt damit zu versorgen. Dies wäre in etwa doppelt so viel, wie für das Aufheizen des Plasmas benötigt würde. Damit wäre ein technischer Meilenstein erreicht: Ein positiver Energie-Nettogewinn aus der Kernfusion. Der Weg wäre also frei für kommerzielle Kernfusionsanlagen.

Der Fusionsreaktor vom Typ Tokamak basiert auf dem Konzept der Fusion mittels magnetischen Einschlusses. Bild: PSFC – Dennis Whyte

So verheißungsvoll diese Ankündigungen allerdings klingen mögen: An der Möglichkeit, Fusionsenergie kontrolliert und friedlich nutzbar zu machen, wird bereits seit den 1950er Jahren geforscht. In Fachkreisen gilt es inzwischen als Running Gag, dass der Erfolg dieser Mission von den verantwortlichen Wissenschaftlern bereits seit damals immer mit „eine Generation in der Zukunft“ oder „in etwa 50 Jahren“ datiert wird. Dementsprechend ist die Aussage des MIT-Teams, ihr Projekt werde in den kommenden 15 Jahren Früchte tragen, zumindest mit Vorsicht zu geniessen. Sollte es allerdings tatsächlich einen erfolgreichen Abschluss finden, würde dies einen enormen Fortschritt für die Menschheit – und unsere Umwelt – bedeuten.

Cover-Foto: Wikipedia – Bobmumgaard (CC BY-SA 4.0)

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