zukunftsträchtige Technik und Elektronik

Theoretisch kann man selbst hartnäckigen Schmutz lösen durch bestimmte Schallfrequenzen. Das hat sich bewährt und ist Realität. Somit braucht man lediglich den zu Boden gefallenen Staub abzusaugen. Das ist schon möglich in unserer Epoche. Eventuell, per Quantenphysik, lässt sich das Ganze direkt in die Weite des Kosmos wegschicken, wo es dann bleibt und niemehr zurückfindet. Aber soweit scheinen wir doch noch nicht zu sein...

wie weit wir sind, sagt uns Wissenschaftler Zom:

Dienstag, 28. Juli 2020

 

Sieht so die Zukunft der Energieversorgung aus? Darauf hoffen die Enthusiasten. Aber ob das große Kernfusionsexperiment gelingt, ist noch ungewiss.

(Foto: dpa)Das Verschmelzen von Atomkernen setzt gewaltige Mengen sauberer und sicherer Energie frei - ganz ohne radioaktiven Müll. Die USA, Russland und Europa bauen in Frankreich gemeinsam an einem Forschungsreaktor. Jetzt beginnt eine neue Etappe. Die Hoffnungen sind groß, die Kritik aber auch.

Alle Bauteile sind da: In hohen Hallen nordöstlich von Aix-en-Provence in Südfrankreich lagern riesige Magnetspulen, Vakuum-Behälter und glänzende Großbauteile aus Metall. Zusammenmontiert sollen sie den Kernfusionsreaktor Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor, lateinisch für Weg) ergeben, ein Mammut-Projekt, das teuer ist, ungewisse Erfolgsaussichten hat, aber auch für eine große Hoffnung steht - die Tür aufzustoßen in ein neues Zeitalter sauberer und klimafreundlicher Energie. Manche sagen gar, alle Energieprobleme könnten mit der Technik auf einmal gelöst werden.

   

Macron war der Feier per Bildschirm zugeschaltet.

(Foto: AP)

"Iter ist ein Versprechen auf Frieden und Fortschritt", sagte Frankreichs Präsident Emmanuel Macron bei einer virtuellen Feier anlässlich des Bauabschnitts. Kernfusion ermögliche eine "umweltfreundliche, kohlenstofffreie, sichere und praktisch abfallfreie Energie". Südkoreas Präsident Moon Jae In sprach vom "größten Wissenschaftsprojekt in der Geschichte der Menschheit". Der Beginn der Montage des Reaktors vom Typ Tokamak sei ein historischer Moment, sagte Iter-Chef Bernard Bigot bei einer Zeremonie für den neuen Bauabschnitt. Der härteste Teil der Arbeit liege nun aber noch vor dem Team. Der Aufbau sei wie ein riesiges 3D-Puzzle, das unter Beachtung des Zeitplans zusammengesetzt werden müsse, so Bigot.

Die Corona-Pandemie hatte die Tätigkeiten auf der Großbaustelle bei Cadarache, rund 60 Kilometer nordöstlich der französischen Hafenmetropole Marseille, zuletzt verlangsamt. Ganz unterbrochen wurden sie jedoch nicht. An dem Projekt sind neben der EU die USA, Russland, China, Indien, Japan und Südkorea beteiligt. Die Kosten werden auf mehr als 20 Milliarden Euro geschätzt, begonnen hatte der Bau 2010.

Wenn es um Kraftwerke geht, die aus Kernfusion Energie gewinnen sollen, tauchen immer wieder zwei Begriffe auf: Tokamak und Stellarator.

Damit sind zwei verschiedene Bauweisen gemeint, die aber dasselbe Ziel haben: Beide sollen ein zig Millionen Grad Celsius heißes Plasma mit einem Magnetfeld einschließen.

Der Unterschied: Beim Tokamak wird Strom durch das Plasma geleitet, der ein Magnetfeld erzeugt, das im Zusammenspiel mit einem weiteren Feld das Plasma einschließt.

Beim Stellarator fließt hingegen kein Strom durch das Plasma selbst. Das einschließende Magnetfeld wird von komplex verwundenden Spulen erzeugt.

Bei dem Experimentalreaktor Iter in Südfrankreich handelt es sich um einen Tokamak. Die Greifswalder Fusionsanlage "Wendelstein 7-X" Stellarator hingegen ist ein Stellarator.

Was am Ende aus dem Projekt entstehen soll, nennt Bigot einen "Stern auf der Erde". Denn so wie es im Kern von Sternen passiert, soll der Reaktor Wasserstoff-Atome verschmelzen und so Energie erzeugen. Das ist praktisch das Gegenteil der bereits genutzten Atomkraft, bei der Atomkerne gespalten werden. Im neuen Reaktor soll Wasserstoff auf 150 Millionen Grad Celsius erhitzt werden. Das entstehende heiße Plasma muss von extremen elektromagnetischen Feldern berührungsfrei in der Brennkammer eingeschlossen werden, was extrem schwierig umzusetzen ist. Anders als mit elektromagnetischen Kräften geht es aber wohl nicht, da kein Material derartig hohen Temperaturen standhalten könnte. Das ist das Prinzip eines Tokamak-Reaktors, einer ursprünglich russischen Idee.

2025 sollten das erste Plasma eingesetzt werden und Physiker mit Experimenten beginnen können, erklärte Bigot. Zehn Jahre später ist dann die Beladung des Reaktors mit Deuterium-Tritium und der Beginn von Versuchen, Energie aus Kernfusion zu erzeugen, geplant. Dass der Reaktor die Energie dann gegebenenfalls als Elektrizität erfasst, ist nach Iter-Angaben nicht vorgesehen. Die Experimentalanlage soll aber den Weg für künftige Fusionskraftwerke zur Stromerzeugung ebnen. Sollten die Ergebnisse schlüssig sein, könnte ein Fusionsreaktor nach seinem Vorbild frühestens 2060 ans Netz gehen. Ein konkurrierendes Projekt gibt es in den USA. In Houston forschen Wissenschaftler an einem Reaktor, der auf Lasertechnik statt auf Elektromagnetik setzt. Auch in Greifswald gibt es ein Forschungsprojekt namens Wendelstein 7-X.

Befürworter erhoffen sich von der Kernfusion eine nahezu unendlich verfügbare Energiequelle ohne klimaschädliche Emissionen oder das Risiko einer Kernschmelze wie in Atomkraftwerken. Denn als Rohstoff würde nur Wasserstoff benötigt, der auf der Erde fast überall verfügbar ist. Kritiker sehen Iter dagegen als zu teuer an. Sylvia Kotting-Uhl, Atom-Expertin der Grünen im Bundestag, spricht von einem "Milliardengrab ohne Happy End". Die kommerzielle Anwendbarkeit der Technologie stehe in den Sternen und werde im besten Fall gegen Ende des Jahrhunderts möglich sein, kritisiert die Grünen-Politikerin. "Deutschland und die EU steuern mit Vollgas in die Sackgasse, anders kann man diesen Wahnsinn nicht bezeichnen."

Kritiker unken zudem, dass die Fusionsenergie schlicht zu spät komme. Die Treibhausgasemissionen müssten im Kampf gegen den Klimawandel schon vorher deutlich sinken und die erneuerbaren Energien hätten sich bis dahin durchgesetzt, so die Argumente. Heinz Smital, Sprecher von Greenpeace Deutschland zur Atomkraft, nennt den Iter-Reaktor ein "teures Spielzeug". "Anlagen zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien sind heute schon viel leistungsfähiger und preiswerter und werden sich in den nächsten 50 Jahren auch noch weiter verbessern", so Smital. Er kritisierte auch, dass die Anlage gar keinen Strom produzieren soll.

Ein weiteres Problem des Forschungsprojekts, das auf ein Treffen von US-Präsident Ronald Reagan mit dem sowjetischen Generalsekretär Michail Gorbatschow im Jahr 1985 zurückgeht, ist die komplizierte Organisation. Das umstrittene Prestige-Projekt wurde bereits 2006 ins Leben gerufen. 35 Länder sind daran beteiligt - und alle sollen möglichst gleichmäßig von dem Mammutvorhaben profitieren.

Quelle: ntv.de, vpe/dpa/AFP

Das MIT will bis 2025 einen Fusionsreaktor mit altbekannter Technik, aber modernen Supraleitern bauen. Er soll mit Iter vergleichbar sein.
Artikel  von  Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am  2. Oktober 2020, 7:00 Uhr

 Der Sparc-Reaktor soll Kernfusion ähnlich wie Iter demonstrieren. (Bild: CFS/MIT-PSFC - CAD Rendering by T. Henderson/CC-BY-SA 4.0)  

Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) will zusammen mit Commonwealth Fusion Systems (CFS) bis 2025 einen Fusionsreaktor bauen, der deutlich mehr Energie aus Kernfusion erzeugt, als für die Kernfusion benötigt wird. Er soll die Leistungsdaten des Kernfusionsreaktors Iter erreichen können. Der Fusionsreaktor Sparc soll der Vorbereitung des sogenannten ARC-Reaktors für ein Fusionskraftwerk dienen. Pläne dafür wurden schon 2015 vorgestellt.

Die Pläne für Sparc sind keineswegs unrealistisch. Die Konstruktion ist konservativ und entspricht in Form, Funktion und Größe weitgehend den aktuellen torusförmigen Reaktoren, wie etwa Asdex Upgrade in Garching. Die entscheidende Neuerung ist, dass das Magnetfeld zum Einschluss des Plasmas mit modernen Rebco-Supraleitern aus seltenen Erden, Barium und Kupferoxid erzeugt wird statt mit Kupferspulen oder Supraleitern aus Zinn und Niob. REBCOs wurden in der Kernfusion bislang noch nie verwendet. Statt Iters Magnetfeldstärke von nur 5,5 Tesla erreicht Sparc 12,2 Tesla.
Das mehr als doppelt so starke Magnetfeld ermöglicht einen höheren Plasmadruck. Dadurch kann der Reaktor viel kleiner, billiger und schneller gebaut werden. Die Konstruktionspläne von Sparc wurden veröffentlicht und von unabhängigen Stellen untersucht, die in ihren Berechnungen zu den gleichen Leistungsdaten gelangt sind. Es ist dabei nur einer von mehreren Kernfusionsreaktoren, die derzeit von Startups in den USA entwickelt werden. Die anderen Konstruktionen wurden aber bislang noch nicht in ihren Details öffentlich bekanntgemacht und auch nicht in Hinblick auf ihre Leistung begutachtet.

Sparc hat bescheidene Ziele

Die Ziele von Sparc sind mit Absicht sehr niedrig angesetzt. Die Kernfusion soll doppelt so viel Energie erzeugen, wie für die Heizung des Plasmas von außen zugesetzt werden muss. Das entspricht einem Q-Faktor von 2. Die Konstruktion ist aber für einen Q-Faktor von 11 ausgelegt. Die Vorsicht hat einen guten Grund: Die höchsten bisher erzielten Q-Faktoren lagen bei 0,4 und 0,7. Die physikalischen Bedingungen bei höheren Anteilen von Kernfusion sind bislang reine Theorie.

Sparc besteht aus einem Torus mit einem großen Radius von 1,85 m, gemessen von der Mitte des Lochs zur Mitte des eigentlichen Torus, der einen Radius von 0,57 m hat. Der Torus ist aber deutlich in die Höhe gestreckt. Er ist gerade groß genug, dass ein erwachsener Mensch im Reaktor stehen kann. Zum Vergleich: Der rund 20 Milliarden Euro teure Iter hat eine ähnliche Form, dabei aber einen großen Radius von 6,2 m und einen kleinen Radius von 2,0 m.
Der Grund liegt in der Geschichte von Iter, die bis ins Jahr 1985, auf Gespräche zwischen Michael Gorbatschow und Ronald Reagan, zurückgeht. Die Arbeit an Entwürfen des Reaktors begann 1988 und die damals verfügbare Technik legte bereits die Größe und Leistung des Reaktors fest, dessen Bau 1998 beginnen sollte. Nach den technischen Maßstäben von 2020 ist Iter aber veraltet, groß und sehr teuer.

Fortsetzung:
Das starke Magnetfeld lässt viel Spielraum für viel Kernfusion