Energie: US-Forscher melden Durchbruch bei der Kernfusion
In einigen Jahren könnte mithilfe der Kernfusion womöglich klimaneutral und sicher Strom in riesigen Mengen erzeugt werden. Allerdings dürfte bis zur massenhaften Produktion wegen weiterhin großer technischer Hürden noch ein weiter Weg sein.
Foto: dpaNew York, Düsseldorf. US-Wissenschaftlern ist ein lang ersehnter Durchbruch in der Kernfusion gelungen. Erstmals wurde beim Verschmelzen von Atomkernen mehr Energie gewonnen als verbraucht, wie US-Energieministerin Jennifer Granholm am Dienstag in Washington verkündete. „Einfach ausgedrückt ist dies eine der beeindruckendsten wissenschaftlichen Leistungen des 21. Jahrhunderts“.
Dafür erzeugen die Forscher der National Ignition Facility (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien Fusionsenergie durch die „thermonukleare Trägheitsfusion“. Dabei feuerten die Wissenschaftler 200 Laser in einen Hohlraum. Ein darin befindliches Kügelchen aus schwerem Wasserstoff (Deuterium) wird durch die Strahlung komprimiert und erhitzt, was Kernfusionsreaktionen auslöst. Die wiederum produzieren energiereiche Neutronen und Alphateilchen.
Die Energie dieser Teilchen erzeugt dann Wärme in den Wänden, die in Strom umgewandelt werden kann. Was das NIF mit der größten Laseranlage der Welt erfolgreich demonstriert hat, nimmt aktuell einen ganzen Tag in Anspruch. Ein Kraftwerk müsste den Vorgang mehr als zehnmal in der Sekunde schaffen.
Kernfusion: Wichtige Fragen bleiben noch offen
„Das ist ein enormer Fortschritt“ sagte David Edelman vom großen privaten Fusionsunternehmen TAE dem Handelsblatt. „Die Kernfusion schreitet viel schneller vorwärts, als viele in der Wissenschaft noch bis vor wenigen Jahren dachten“. Nun sei vor allem die physikalische Herausforderung geschafft. Jetzt gehe es für Ingenieurinnen und Ingenieure an die praktische Umsetzung.
Kim Budil, Direktorin des Livermore-Laboratoriums, ist etwas vorsichtiger. Sie sagte bei der Vorstellung der Ergebnisse, dass es wohl noch „Jahrzehnte“ dauern werde, bis es Reaktoren gibt, die Strom produzieren.
Für die Fusionstechnologie ist die Nachricht zwar in der Tat eine kleine Sensation. Ob die Gesamtbilanz am Ende positiv bleibt, müsse man aber erst noch abwarten, bremst Klaus Hesch, Sprecher des Fusionsprogramms am Karlsruher Institut für Technologie, die Euphorie. Wie viel elektrische Leistung für die sonstigen Systeme des Reaktors benötigt wird und was dann am Ende wirklich übrig bleibt, sei noch unklar.
Zudem müsste das Verhältnis des Experiments etwa 100-mal größer sein, um einen Prozess zu schaffen, der wesentliche Mengen an Elektrizität erzeugt. „Für ein Kraftwerk ist das vermutlich zu ineffizient“, sagte Sibylle Günter, wissenschaftliche Direktorin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik dem Handelsblatt. Diese und viele andere technologische Fragestellungen müssten noch geklärt werden, bevor man überhaupt an den Bau eines Kraftwerks denken könne.
Seit den 1930er-Jahren träumt die Menschheit von der erfolgreichen Kernfusion, die im Prinzip die Nutzung einer künstlichen Energie der Sonne auf Erden ermöglichen würde. Im Innern der Sonne verschmelzen Wasserstoffkerne zu Heliumkernen und setzen dabei jede Menge Energie frei. Schädliche Nebenprodukte gibt es nicht – im Gegensatz zur herkömmlichen Kernspaltung. Bisher jedoch sind alle Versuche, diese Fusion auf der Erde nachzuahmen gescheitert.
Das größte Problem: Positiv geladene Atomkerne vereinen sich normalerweise nicht. Die sogenannte Coulombbarriere lässt sich nur unter ganz besonderen Umständen überwinden – ein hoher Energieeinsatz und extrem hohe Temperaturen sind eine Voraussetzung.
Auch deutsche Unternehmen forschen an der Kernfusion
Im südfranzösischen Cadarache versuchen Wissenschaftlicher aus zwei Dutzend Staaten schon lange, den Prozess mit dem Iter-Reaktor in Gang zu bekommen. Allerdings setzen sie dabei nicht Laser, sondern riesige Magnete ein. Die erzeugen in extrem heißen Plasmawolken eine nukleare Fusion.
Nach jetzigem Stand ist frühestens 2035 mit einem ersten Versuchsreaktor zu rechnen, mit der kommerziellen Nutzung noch viel später. Ein stabiler, reproduzierbarer Prozess ist bislang nicht gelungen, eine positive Energiebilanz in weiter Ferne.
Mehrere Start-ups und Forschungseinrichtungen glauben deswegen, die Lösung in hochleistungsfähigen Lasern und anderen Brennstoffen gefunden zu haben, wie das NIF sie einsetzt. Darunter sind auch deutsche Unternehmen wie Marvel Fusion aus München oder Focused Energy aus Darmstadt.
Nach zehn Jahren weisen die laserbasierten Verfahren nun also tatsächlich den ersten Erfolg vor. Bis der nächste erwähnenswerte Fortschritt verkündet wird, könnte es wieder Jahre dauern. Denn der jetzige Prozess ist zu ineffizient, um ihn in einem richtigen Kraftwerk einzusetzen und erwähnenswerte Mengen Energie zu erzeugen.
Die möglichen Alternativen sind laut Sybille Günter jedoch wesentlich anfälliger für Instabilitäten. „Ein entsprechendes Szenario zu finden, wird sicher auch zehn Jahre brauchen“, sagte die Kernphysikerin. Wenn es denn überhaupt gelingt. „Da ist noch viel Grundlagenforschung zu leisten“, erklärte Günter.