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Wolfgang Stieler 6

Heiße Zwerge

Heiße Zwerge

Das Megaprojekt ITER verspricht seit Jahrzehnten vergeblich billigen und sauberen Strom aus der Kernfusion. Private Unternehmen wollen dieses Versprechen nun einlösen.

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Very British – irgendein Spaßvogel hat einen kleinen Union Jack oben auf das ST25 gepflanzt. Die bullige Apparatur, die auf einem achteckigen Holzpodest kauert, könnte auch eine viktorianische Zeitmaschine sein – gut gesichert in ihrem Drahtkäfig mit zwei Spezialschlössern.

Alan Sykes, technischer Direktor von Tokamak Energy, klickt ein paar Schaltflächen auf der Steuerkonsole an, Warnleuchten blinken, dann ist in einem Bullauge kurz ein leuchtendes Flackern zu sehen – rosa, mit einem Hauch Magenta. Das war's? Das soll die Zukunft der Energieversorgung sein? "Ja", bestätigt David Kingham, Geschäftsführer des Unternehmens, "wir wollen in spätestens zehn Jahren Strom aus Fusionsenergie produzieren." Mit kleinen, modularen Reaktoren, so ähnlich wie der hier im Labor.

Fusionsenergie? Ist das nicht dieses ewige Versprechen auf eine schier unerschöpfliche Energiequelle, dem Hunderte Forscher im französischen Cadarache nachjagen? Der Forschungsreaktor ITER wird frühestens 2023 fertig – und es vergehen mindestens noch weitere acht Jahre, bis die erste Fusion gezündet wird. Der ITER wird ein dreißig Meter hohes, Tausende von Tonnen schweres Gebilde, dessen Bau voraussichtlich 15 bis 20 Milliarden Euro kosten wird.

Und nun will ein Start-up aus Milton Park in der Nähe von Oxford es schneller schaffen? Mit einem Gerät, das aussieht wie aus der Bastlerwerkstatt? Um einen ringförmigen Wulst aus glänzendem Edelstahl wickeln sich vier nahezu armdicke Stahlreifen von gut anderthalb Metern Durchmesser. Diese wiederum umschließen dicke, blau isolierte Kabel. Bullaugen öffnen den Blick ins Innere, gesichert mit dicken Bolzenschrauben und Drahtgeflecht. Auf der Ober- und Unterseite schließen Kupferspulen das Gebilde ab. Das soll also besser sein als ITER?

Der Herausforderer

Wie eine kleine Firma den Fusionswettlauf mit dem Milliardenprojekt ITER aufnimmt.

"Wissenschaft ist immer ein ungewisses Unterfangen", sagt Kingham und lächelt. "Aber wir sind sehr zuversichtlich." Mit seinem ehrgeizigen Zeitplan ist das 20-köpfige Team nicht allein. Acht weitere Unternehmen arbeiten an alternativen Reaktorkonzepten für die Fusionsforschung. Sie peilen an, spätestens in zehn Jahren erste Fusionskraftwerke zu bauen.

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Das Ziel ist lohnend, keine Frage. Bei der Fusion wird so viel Energie frei, dass sich alle anderen Energiequellen recht mickerig ausnehmen: Ein Kilogramm Wasserstoff verschmolzen zu Helium liefert so viel Energie wie 11000 Tonnen Steinkohle.

Technisch ist die Fusion allerdings eine riesige Herausforderung. Denn um Wasserstoffatome zu Helium zu verschmelzen, muss man die elektrische Abstoßung zwischen den Atomkernen überwinden. Das aber gelingt nur bei extrem großer Hitze, wenn das Gas eine diffuse Wolke aus Elektronen und Atomkernen bildet, das sogenannte Plasma.

Ein derartig erhitztes Plasma würde einfach auseinanderfliegen. Die Atomkerne würden nicht mehr aufeinandertreffen, um zu verschmelzen. Also müssen die Forscher das Plasma einsperren, beispielsweise mit starken Magnetfeldern. Wenn ausreichend viele Teilchen oft und heftig genug miteinander zusammenstoßen, fängt das Plasma an zu "brennen", sagen die Wissenschaftler. Nötig sind dafür zum Beispiel etwa 100 Millionen Grad und eine Plasmadichte von ungefähr 100 Billionen Teilchen pro Kubikzentimeter. Klingt viel, ist aber 250.000-fach dünner als die Lufthülle der Erde.

Allerdings zeigte sich schon bei den ersten Fusionsexperimenten in den 1970er-Jahren, dass Plasma seinen eigenen Kopf hat: Es bildet Wirbel, Turbulenzen und Filamente, bricht aus dem Magnetfeld aus – und verliert bei all diesen Aktionen an Energie. Geht in den äußeren Schichten jedoch mehr Energie verloren, als die Fusion im Inneren produziert, erlischt es.

"Sie müssen sich das vorstellen wie in einer Badewanne", sagt Steven Cowley, der das Forschungszentrum für Fusionsforschung im britischen Culham leitet. "In der Mitte ist das Plasma am heißesten. Hier haben Sie 100 Millionen Grad." Er nimmt die Hände auseinander wie ein Angler, der die Größe seines Fanges zeigen will. "Aber an der Wand des Vakuumgefäßes haben Sie Zimmertemperatur. Natürlich bilden sich bei solch enormen Temperaturunterschieden Turbulenzen." Die Antwort der Fusionsforscher: Wir müssen einen großen Reaktor bauen, dann sind die Verluste kleiner.

Dass diese Idee tatsächlich funktioniert, kann man wenige Hundert Meter von Cowleys Büro entfernt besichtigen: Dort steht der JET (Joint European Torus), 1984 eingeweiht, mit einer Plasmakammer von acht Metern Durchmesser. Mit ihm gelang es den Wissenschaftlern 1997 zum ersten Mal weltweit, ein Fusionsplasma zu zünden und eine Fusionsleistung von 16 Megawatt zu erzeugen. Cowley sieht das Gebäude von seinem Schreibtisch aus – eine weiße, fast unscheinbare Industriehalle. Das Einzige, was auffällt, sind große Klappen auf dem Dach. "Sie dienen zur Kühlung", erklärt er. "Irgendwie mussten wir ja die Wärme aus dem Gebäude rauskriegen."

Aber der Triumph war nicht vollständig – die Verluste waren zu hoch. Die Wissenschaftler konnten nur 65 Prozent der zuvor in das Plasma eingebrachten Heizleistung zurückgewinnen. "Ein Maß für die Verlustleistung ist die Energie-Einschlusszeit", erklärt Cowley. Sie sagt aus, wie lange Gasteilchen brauchen, um vom heißesten Teil des Plasmas nach außen in die kühleren Schichten zu gelangen. Beim JET betrug diese Zeit eine Sekunde. "Bei ITER werden es drei Sekunden sein", sagt Cowley. Denn dort hat die Plasmakammer einen Durchmesser von 30 Metern.

Seit Jahrzehnten folgt die Plasmaphysik damit einer Logik, die fatal an die Teilchenphysik erinnert: Jede neue Anlage wird noch größer, ihr Bau dauert noch länger und wird noch teurer. Kleine Unternehmen wie Tokamak Energy wollen mit dieser Logik brechen. "ITER ist wie eine Kathedrale", sagt David Kingham. "Die machen fantastische Wissenschaft. Aber bei einer so wichtigen Sache wie der Fusionsenergie darf es nicht nur einen Weg geben."

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