- US-Forscherinnen und -Forschern ist ein Durchbruch gelungen: Erstmals konnten sie durch eine Kernfusion mehr Energie erzeugen, als benötigt wurde, um die Reaktion in Gang zu setzen.
- Bis die Technologie in grossem Massstab zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann, wird es allerdings noch Jahrzehnte dauern.
- Ein Überblick, wie eine Kernfusion funktioniert, welche Vorteile sie bringt und wie der Stand der Wissenschaft ist.
Sauber und sicher Energie gewinnen durch Kernfusion: Seit Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, dass diese Vision Wirklichkeit wird. Nun ist Forschern in den USA ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie konnten durch eine Kernfusion erstmals mehr Energie erzeugen, als Laserenergie für die Fusion nötig war.
Die Energie der Sterne
In Atomkraftwerken werden Atomkerne gespalten, um Energie zu gewinnen. Im Gegensatz dazu werden bei der Kernfusion zwei leichte Atomkerne (Wasserstoff) zu einem schweren (Helium) verschmolzen. Auch dabei wird Energie freigesetzt. Dieser Prozess findet in den Sternen statt, also auch in der Sonne.
Zwei Methoden der Fusion
Die Kernfusion ist auf der Erde nur möglich, indem man Materie auf sehr hohe Temperaturen von über 100 Millionen Grad erhitzt. "Wir müssen also Wege finden, um diese extrem heisse Materie von allem zu isolieren, was sie abkühlen könnte", erklärt Erik Lefebvre, Projektleiter bei der französischen Atomenergiebehörde (CEA). Eine Methode besteht darin, die Fusionsreaktion mit Magneten einzudämmen.
In einem riesigen Reaktor in Form eines Donuts werden leichte Wasserstoffatome (Deuterium und Tritium) erhitzt, bis sie den Zustand eines Plasmas erreichen, eines Gases von sehr geringer Dichte. Magnete begrenzen das wirbelnde Plasma und verhindern, dass es mit den Wänden der Kammer in Berührung kommt, während die Atome zusammenstossen und zu fusionieren beginnen. Dieser Reaktortyp wird im internationalen Grossprojekt ITER, das derzeit in Frankreich gebaut wird, sowie im Joint European Torus (JET) in der Nähe von Oxford in Grossbritannien verwendet.
Eine zweite Methode ist die Trägheitsfusion. Hierbei werden Hochenergielaser gleichzeitig auf einen fingerhutgrossen Zylinder mit Wasserstoff gerichtet. Diese Technik wird beim französischen Megajoule-Laser (LMJ) und dem weltweit am weitesten fortgeschrittenen Fusionsprojekt, der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) im US-Bundesstaat in Kalifornien, eingesetzt.
Der Stand der Forschung
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, eine Möglichkeit zu finden, mit der Kernfusion mehr Energie zu erzeugen, als benötigt wird, um die Reaktion in Gang zu setzen. Dieser Nettoenergiegewinn gelang nun den Forschern der NIF: Sie erzeugten mit 2,05 Megajoule Laserenergie durch Kernfusion einen Energie-Output von 3,15 Megajoule.
Bis zu einer industriellen und rentablen Nutzung der Kernfusion sei es aber immer noch ein "sehr weiter Weg", dämpft Lefebvre die Erwartungen und rechnet mit weiteren 20 bis 30 Jahren Forschung und Entwicklung. Auch die Leiterin des Lawrence Livermore National Laboratory, Kim Budil, räumte am Dienstag ein, dass es noch "Jahrzehnte" dauern dürfte, bis die Technologie in grossem Massstab zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann.
Zumal die Forscher 300 Megajoule Energie aufbringen mussten, um die 2,05 Megajoule Laserenergie zu erzeugen - ein riesiger Reibungsverlust.
Die Vorteile der Kernfusion
Kernfusion in grossem Massstab könnte die Energieerzeugung weltweit entscheidend verändern. Anders als bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken besteht bei der Fusion keine Gefahr eines nuklearen Unfalls. "Wenn ein paar Laser fehlen und nicht im richtigen Moment gezündet werden, oder wenn der Einschluss des Plasmas durch das Magnetfeld nicht perfekt ist, wird die Reaktion einfach gestoppt", sagt Lefebvre.
Bei der Kernfusion entsteht ausserdem viel weniger radioaktiver Müll und es werden keine Treibhausgase freigesetzt. "Es handelt sich um eine Energiequelle völlig ohne CO2, die sehr wenig Abfall erzeugt und extrem sicher ist", sagt Lefebvre und sieht die Kernfusion als "zukünftige Lösung für die Energieprobleme der Welt". Die Entwicklung ist jedoch noch nicht so weit, als dass die Kernfusion einen Beitrag zur Begrenzung des Klimawandels leisten könnte. (ff/afp)
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