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Sep 14, 2023

US-Wissenschaftler greifen lange

Zum ersten Mal überhaupt waren US-Wissenschaftler an der National Ignition Facility

Zum ersten Mal überhaupt gelang es US-Wissenschaftlern an der National Ignition Facility am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien, eine Kernfusionsreaktion durchzuführen, die zu einem Nettoenergiegewinn führte, wie eine mit dem Projekt vertraute Quelle gegenüber CNN bestätigte.

Das US-Energieministerium wird den Durchbruch voraussichtlich am Dienstag offiziell bekannt geben.

Das Ergebnis des Experiments wäre ein gewaltiger Schritt in einem jahrzehntelangen Bestreben, eine unerschöpfliche Quelle sauberer Energie freizusetzen, die dazu beitragen könnte, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu beenden. Forscher versuchen seit Jahrzehnten, die Kernfusion nachzubilden – eine Nachahmung der Fusion, die die Sonne antreibt.

US-Energieministerin Jennifer Granholm werde am Dienstag einen „großen wissenschaftlichen Durchbruch“ bekannt geben, teilte das Ministerium am Sonntag mit. Über den Durchbruch berichtete erstmals die Financial Times.

Bei der Kernfusion werden zwei oder mehr Atome zu einem größeren verschmelzen, ein Prozess, der große Energiemengen in Form von Wärme erzeugt. Im Gegensatz zur Kernspaltung, die überall auf der Welt Strom erzeugt, entsteht dabei kein langlebiger radioaktiver Abfall.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt streben nach einem Durchbruch und nutzen unterschiedliche Methoden, um dasselbe Ziel zu erreichen.

Eine riesige, donutförmige Maschine hat gerade bewiesen, dass eine nahezu unbegrenzte saubere Energiequelle möglich ist

Das Projekt National Ignition Facility erzeugt Energie aus Kernfusion durch die sogenannte „thermonukleare Trägheitsfusion“. In der Praxis feuern US-Wissenschaftler Pellets, die einen Wasserstoffbrennstoff enthalten, in eine Reihe von fast 200 Lasern, wodurch im Wesentlichen eine Reihe extrem schneller, wiederholter Explosionen mit einer Geschwindigkeit von 50 Mal pro Sekunde erzeugt wird.

Die von den Neutronen und Alphateilchen gesammelte Energie wird als Wärme extrahiert, und diese Wärme ist der Schlüssel zur Energieerzeugung.

„Sie dämmen die Fusionsreaktion ein, indem sie die Außenseite mit Lasern bombardieren“, sagte Tony Roulstone, Fusionsexperte vom Department of Engineering der University of Cambridge, gegenüber CNN. „Sie heizen die Außenseite auf, das erzeugt eine Schockwelle.“

Auch wenn die Erzielung eines Nettoenergiegewinns durch Kernfusion eine große Sache ist, geschieht dies in viel geringerem Umfang als für die Stromversorgung von Stromnetzen und die Beheizung von Gebäuden erforderlich ist.

„Es geht um das, was man braucht, um 10 Kessel Wasser zum Kochen zu bringen“, sagte Jeremy Chittenden, Co-Direktor des Centre for Inertial Fusion Studies am Imperial College in London. „Um daraus ein Kraftwerk zu machen, müssen wir einen größeren Energiegewinn erzielen – und zwar deutlich mehr.“

Eine künstliche Sonne schien kurzzeitig unter der englischen Landschaft. Eines Tages könnte es alles verändern

In Großbritannien arbeiten Wissenschaftler mit einer riesigen donutförmigen Maschine, die mit riesigen Magneten ausgestattet ist und Tokamak genannt wird, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Nachdem eine kleine Menge Treibstoff in den Tokamak eingespritzt wurde, werden riesige Magnete aktiviert, um ein Plasma zu erzeugen. Das Plasma muss mindestens 150 Millionen Grad Celsius erreichen, zehnmal heißer als der Kern der Sonne. Dadurch werden die Partikel aus dem Kraftstoff gezwungen, zu einem einzigen zu verschmelzen. Bei der Kernfusion hat das Fusionsprodukt weniger Masse als die ursprünglichen Atome. Die fehlende Masse wird in eine enorme Energiemenge umgewandelt.

Neutronen, die dem Plasma entkommen können, treffen dann auf eine „Decke“, die die Wände des Tokamaks auskleidet, und übertragen ihre kinetische Energie in Form von Wärme. Diese Wärme kann dann zum Erwärmen von Wasser, zur Dampferzeugung und zum Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt werden.

Letztes Jahr konnten Wissenschaftler in der Nähe von Oxford eine rekordverdächtige Menge an nachhaltiger Energie erzeugen. Trotzdem dauerte es nur 5 Sekunden.

Ganz gleich, ob Magnete zum Einsatz kommen oder Kugeln mit Lasern abgefeuert werden, das Ergebnis ist letztendlich dasselbe: Die durch die Verschmelzung der Atome entstehende Wärme ist der Schlüssel zur Energieerzeugung.

Die große Herausforderung bei der Nutzung der Fusionsenergie besteht darin, sie lange genug aufrechtzuerhalten, damit sie Stromnetze und Heizsysteme rund um den Globus mit Strom versorgen kann.

Chittenden und Roulstone sagten gegenüber CNN, dass Wissenschaftler auf der ganzen Welt nun daran arbeiten müssen, ihre Fusionsprojekte drastisch zu vergrößern und auch die Kosten zu senken. Um es kommerziell nutzbar zu machen, bedarf es noch jahrelanger Forschung.

„Im Moment investieren wir eine Menge Zeit und Geld in jedes Experiment, das wir durchführen“, sagte Chittenden. „Wir müssen die Kosten um ein Vielfaches senken.“

Chittenden bezeichnete dieses neue Kapitel der Kernfusion jedoch als „einen echten Durchbruch, der ungeheuer aufregend ist“.

Roulstone sagte, es gebe viele Anzeichen dafür, dass noch mehr Arbeit geleistet werden müsse, damit die Kernfusion in der Lage sei, Strom im kommerziellen Maßstab zu erzeugen.

„Das Gegenargument ist, dass dieses Ergebnis meilenweit vom tatsächlichen Energiegewinn entfernt ist, der für die Stromerzeugung erforderlich ist“, sagte er. „Deshalb können wir sagen, dass es ein Erfolg der Wissenschaft ist, aber weit davon entfernt, nützliche Energie bereitzustellen.“