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Kernfusion nutzt die Kernenergie, die bei der Verschmelzung von 2 Wasserstoff Atomen zu Helium entsteht. Es ist der gleiche Prozess, der in der Sonne stattfindet. Durch die bekannten Tests mit Wasserstoffbomben wurde der Effekt erschreckend und eindrucksvoll demonstriert.


Wie steht es aktuell um die friedliche Nutzung der Kernfusion in einem Fusionsreaktor?

Seit Erklärung der physikalischen Grundlagen, wie die Sonne ihre unendliche Energie über Milliarden von Jahren schöpft, wetteifern Wissenschaftler auf der ganzen Welt, diese industriell nutzbar zu machen. Schon in den 1950er Jahren wurden etliche experimentelle Anlagen aufgebaut. Bereits in den 60er Jahren hoffte man, in 30 Jahren den ersten Reaktor in Betrieb nehmen zu können.


Erste Forschungsreaktoren wurden in den USA, der Sowjetunion, Deutschland, England, Japan, China, Südkorea und Frankreich entwickelt. Die bis heute investierten Summen in die Kernfusion dürften mehrere zig Milliarden US$ verschlungen haben und viel Energie für ihren Betrieb.

Japans-JT-60-Tokamak.jpg

Mittlerweile ist klar, dass die Komplexität einer solchen Maschine die Zusammenarbeit vieler Staaten benötigt um einerseits Wissen und andererseits die nötigen finanziellen Mittel zusammen zu bringen. Dies geschieht mit dem aktuell geplanten Experiment ITER, das den Nachweis erbringen muss, dass mit Fusion überhaupt ein Überschuss an Energie erzeugt werden kann. Die Kosten für ITER werden mit 15 Milliarden Euro beziffert. Ob die reichen werden, sei dahingestellt. Würde dieses Geld in alternative Energiekonzepte in Europa investiert, könnten zeitnah beachtliche Ergebnisse erzielt werden. ITER dagegen wird frühesten 2020 seinen Testbetrieb aufnehmen aber nie Energie in irgendein Netz einspeisen. Dies ist frühestens für 2050 denkbar und nur, wenn ITER tatsächlich funktioniert. Stand heute ist die Kernfusion also immer noch 36 Jahre entfernt. Weiter als jemals angenommen. 36 Jahre, in denen alle beteiligten Staaten Wirtschaftskrisen, ihre Schuldenprobleme und steigende Kosten für fossile Brennstoffe bewältigen müssen, von politischen Krisen mal ganz abgesehen. Selbst wenn man in 40 Jahren mit dem Bau von serienreifen Reaktoren beginnen könnte, hätte dies keinen Einfluss mehr auf das Szenario der Klimaerwärmung durch CO2.


Unter Berücksichtigung von Vorbereitungen der Infrastruktur und Bauzeit benötigt der Bau eines Fusionskraftwerks bis zur Inbetriebnahme ca. 10 Jahre. Frühestens also 2080 könnte eine nennenswerte weltweite Fusionsleistung theoretisch bereitgestellt sein, - bei Aufbietung der dafür erforderlichen Mittel.

Bleibt die Frage nach einer Auswirkung auf die Umwelt. Im Gegensatz zu den heutigen Kernkraftwerken, die URAN spalten, entsteht bei der Fusion an sich kein nennenswerter radioaktiver Abfall. Auch ein GAU ist nicht möglich, da Fusion sich binnen von Sekundenbruchteilen stoppen lässt. Brennstoff ist im Prinzip der unendlich verfügbare (billige) Wasserstoff. Hier gibt es aber schon erste Komplikationen, denn eine irdische Fusion findet unter ganz anderen Bedingungen statt als in der Sonne. In der Sonne herrschen Temperaturen von mehreren Millionen Grad und extrem hoher Druck, verursacht durch die Schwerkraft.


Ein irdischer Fusionsreaktor hat die Gasdichte von einem Hochvakuum. Am Beispiel des ITER kommt auf ein Volumen von über 800 Kubikmeter eine Masse an Wasserstoffisotopen von 0,5 Gramm!

Technisch bedeutet dies, dass eine 10-mal höhere Temperatur als in der Sonne erzeugt werden muss und die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium eingebracht werden müssen. Deuterium ist ein stabiles (nicht radioaktives) Isotop, welches im Gegensatz zu „einfachem“ Wasserstoff ein zusätzliches Neutron im Kern enthält. Das natürliche Vorkommen des Isotops Deuterium beträgt 0,015 %. (15 von 100.000 H-Atomen sind Deuterium) Das hört sich nach sehr wenig an aber angesichts der riesigen Wasserstoffmengen in den Ozeanen lässt es sich verhältnismäßig einfach anreichern.


Anders das Tritium. Es hat ein weiteres Proton im Wasserstoffkern und ist instabil mit einer Halbwertzeit von über 12 Jahren. Es kommt durch Kernprozesse in der Höhenstrahlung in kleinsten Mengen natürlich in der Umwelt vor. Um erforderliche Mengen zur Kernfusion herzustellen, beabsichtigt man Tritium in Fusionsreaktoren aus dem Lithium-6 Isotop zu erbrüten. Es ist heute noch nicht sicher, ob dies in ausreichenden Mengen möglich sein wird. Da bei der Fusion ständig hochenergetische Neutronen emittiert werden, die, da ungeladen, ungehindert das Magnetfeld verlassen und auf die Hülle des Reaktors schlagen, muss man das Lithium dorthin bringen und mithilfe der Neutronen Lithium zu Helium und Tritium aufspalten lassen. Fakt ist, dass damit ein radioaktives Material neben der Fusion erzeugt wird.


Da die Neutronen natürlich nicht nur Lithium aufspalten, sondern auch die Reaktorhülle durchdringen entstehen dort weitere radioaktive Isotope und das Material der Hülle wird ermüdet denn es werden auch Atome herausgeschlagen. Man geht heute davon aus, dass eine Hülle spätestens nach 2 -3 Jahren ausgetauscht werden muss. Weil das Material dann radioaktiv ist, kann man dies nicht von Menschen erledigen lassen, die Teile müssen automatisch getauscht werden. Der Abfall muss dann bis zu 500 Jahren gelagert werden, bis er recycelt werden kann. Da Problem weiter strahlender Brennstäbe, wie in herkömmlichen Uran Reaktoren, besteht allerdings nicht. Fusion ist damit sauberer als Kernspaltung, aber nicht sauber.


Dies ist nur ein kleiner Ausschnitt des gesamten Themas. Abschließend kann man vermuten, dass Kernfusion in diesem Jahrhundert keine entscheidende Rolle spielen wird, wenn sie überhaupt jemals wirtschaftlich wird.

In Wirklichkeit haben wir bereits den direkten Zugang zur Fusionsenergie gefunden, nämlich unserer Sonne. Solarenergie und alle sekundären Formen beruhen letztlich auf Kernfusion unseres Zentralsterns, also auch Wind, Biomasse und Fossile Energie. Öl, Kohle und Methangas sind durch Produktion von Biomasse auf Basis des Sonnenlichts entstanden. Alles Leben basiert auf Photosynthese und damit auf Pflanzen. Pflanzen und Organismen wurden in den Müllhalden der Erdkruste eingelagert und werden heute als Erdöl und Erdgas gefördert. Lediglich die Gezeiten und Erdwärme basieren nicht auf Kernfusion. Im einen Fall sind es Auswirkungen der Gravitation, im anderen, Restwärme und radioaktiver Zerfall im Erdinneren.

Es ist unbestreitbar, dass Sonnenenergie den Energiebedarf der Welt mehrfach decken kann. Die
Technologien dafür sind verfügbar und lassen sich kurzfristig ausbauen und bringen sofort wirtschaftliche Ergebnisse. Vor diesem Hintergrund macht wenig Sinn, Ressourcen in die Entwicklung des „Sternenfeuers“ auf der Erde zu stecken mit einer ungewissen Zukunft und dem Ausblick, vielleicht in 60 Jahren wirtschaftlich zu sein.


Ich sehe hier einen direkten Vergleich zwischen Transrapid und Schienentechnologie. Der Transrapid galt einmal als Heilsbringer einer neuen mobilen Welt. An ihm wurde Jahrzehnte entwickelt und man kam über eine Teststrecke nicht hinaus. Zu hoch waren die Investitionen in neue Magnet-Trassen und zu hoch die Betriebskosten. Einzig China ließ sich aus Prestigegründen für die EXPO eine kurze Strecke in Shanghai hinstellen. Dabei wird es wohl auch bleiben. Faktisch ist der Transrapid realisierbar gewesen aber während seiner unendlichen Entwicklungs- und Erprobungszeit, wurden die Leistungen der Schiene ebenfalls ständig gesteigert. TGW und ICE erreichen Geschwindigkeiten bis über 300 km/h, das ist wenig langsamer als der Transrapid in der Spitze fahren kann (es aber auch in Shanghai nicht immer tut, aus Energiespargründen).

 

 

Das gleiche Schicksal droht der Kernfusion. Sonne und Windenergie werden in den nächsten Jahrzehnten einen Boom ohne gleichen erleben und sich technologisch immer weiter verbessern. In 40 Jahren wird Fusionsenergie in den Kinderschuhen stecken und auf eine ausgereifte, billige und umweltfreundliche regenerative Energietechnologie treffen, deren Ressource kostenlos vom Himmel strahlt.

Tag(s) : #Wissenschaft

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