Digital Hochtemperatur-Supraleitung: Durchbruch bei der Kernfusion – US-Firma steht vor der Netto-Stromerzeugung

13:20  14 september  2021
13:20  14 september  2021 Quelle:   stern.de

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Starke Magnete bändigen das Plasma für die Kernfusion, am MIT wurde nun ein Magnet entwickelt, der für die Aufgabe nur ein Siebtel der Energie benötigt. Damit wird der Weg zur kommerziellen Stromerzeugung frei.

Die Versuchsanordnung mit den Magneten. © PR/MIT Die Versuchsanordnung mit den Magneten.

Um das Aufheizen des Planeten zu stoppen, wird auf der ganzen Welt nach einer Energiequelle ohne CO2-Emissionen gesucht. Ein "ewiger" Kandidat ist die Kernfusion, sie verspricht unendliche Energie und das auch noch ohne die Risiken der heutigen Atomkraftwerke.

Die theoretischen Grundlagen für einen Fusionsreaktor haben sowjetische Wissenschaftler bereits Anfang der 1950er-Jahre gelegt, doch bislang ist es nicht gelungen, die technischen Probleme so eines Tokamak-Reaktors zu lösen. Dieser Reaktortyp sieht aus wie ein verdrehter Donut, in ihm sollen Bedingungen wie auf der Sonne künstlich hergestellt werden, um in einem Plasmaring eine Kernfusion herbeizuführen. Das bedeutet, extrem heiße Temperaturen und sehr hohe Drücke. Die werden von Elektro-Magneten erzeugt. Um von Versuchsapparaturen in die Nähe eines stromerzeugenden Reaktors zu gelangen, ist die Technik der Magneten entscheidend. Sie dürfen nicht mehr Strom verbrauchen, als bei der Fusion entsteht.

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Nettoenergie ist entscheidend

Nun ist dem Commonwealth Fusion Systems (CFS) und dem Plasma Science and Fusion Center (PSFC) des Massachusetts Institute of Technology ein Durchbruch gelungen. Ihr Magnet ist stark genug, das Plasma zu bändigen, und dennoch wird es möglich sein, "Nettoenergie" zu erzeugen. "Das ist eine große Sache", sagte Andrew Holland, Vorstandsvorsitzender der Fusion Industry Association, gegenüber dem TV-Sender "CNBC". "Das ist kein Hype, das ist Realität. Mit den Fortschritten in der gesamten Fusionsindustrie sehen wir, wie eine neue, saubere, nachhaltige und immer verfügbare Energiequelle entsteht", so Holland.

Bei dem Test verbrauchte der Magnet nur etwa ein Siebtel der Energie des Vorgängers. Bislang ist es nicht gelungen, Nettoenergie aus der Fusion zu bekommen. Bislang wird die gesamte bei Fusionsreaktionen erzeugte Energie für die Einleitung und Aufrechterhaltung der Reaktion verbraucht. "Kein Unternehmen, keine Universität, kein nationales Labor und keine Regierung hat bisher das Ziel der kostendeckenden Fusion erreicht", so Andrew Holland.

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Hochtemperatur-Supraleiter

Möglich wurde der Fortschritt, weil Hochtemperatur-Supraleiter verwendet wurden. Bei der Supraleitung sinkt der Stromwiderstand auf null. Dieser Effekt tritt bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auf. Doch durch besondere Materialien kann es gelingen, die Temperaturgrenze nach oben zu schieben. Darum auch der Name Hochtemperatur-Supraleiter. Und erst wenn weniger extrem gekühlt werden muss, lässt sich die Technik kommerziell nutzen. Hochtemperatur-Supraleitung gilt als Schlüsseltechnik, auf die nicht allein die Kernfusion wartet. Alle möglichen elektrischen Geräte etwa in der Medizin würden von einer leicht herzustellenden Supraleitung profitieren. Mit ihr könnte man Stromleitungen so lang wie eine heutige Erdgaspipeline bauen und auch Magnetzüge hängen von ihr ab.

Schnelle Taktung

Man muss einschränken: Bei einer Netto-Fusion weit sind auch die Amerikaner nicht, denn ihr Reaktor existiert noch nicht. Die Magneten sollen in einer Testanlage namens SPARC verwendet werden, die bereits im Bau ist und 2025 in Betrieb gehen soll. SPARC ist kein konventionelles Kraftwerk, sondern ein Demonstrator, der erstmals Energie erzeugen wird. Die Erfahrungen mit SPRAC sollen in ein Fusionskraftwerk namens ARC einfließen, welches bereits Anfang 2030 in Betrieb gehen soll. Die kurzen Intervalle machen deutlich, dass die Systeme quasi versetzt parallel entwickelt und gebaut werden.

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Damit die Kernfusion überhaupt eine Rolle spielen kann, muss die Entwicklung der sehr viel schneller erfolgen, als in den letzten 50 Jahren. Außerdem ist eine strenge Kostenkontrolle nötig. Kritiker befürchten, dass die Kernfusion, wenn sie denn möglich wird, nur absurd teuren Strom bereitstellen wird.

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Wettlauf zur Kernfusion

Interessant ist, dass das US-Programm ebenfalls die Idee eines Tokamak-Reaktors mit kontinuierlicher Fusion verfolgt, damit den klassischen Weg bestreiten. In Großbritannien arbeiten Wissenschaftler an einem Fusionsreaktor, der auf eine Abfolge von einzelnen Fusionen setzt – hier steht nicht die Sonne Pate, sondern die Wasserstoffbombe. Mit dieser Technik muss das Plasma nicht in einem Ring gebändigt werden.

Zu den Geldgebern des US-Programms gehört auch Bill Gates. Die schnelle Taktung der privaten Initiative setzt auch das internationale Projekt ITER nun unter Druck. Die Fortschritte in den USA sind aber nicht einzig. Auch der Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) in China verwendet supraleitende Magnetspulen.

Quelle: CNBC

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usr: 32
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