Innovative Projekte mit modernen Supraleitern werden bald eine kontrollierte thermonukleare Fusion ermöglichen, sagen einige Optimisten. Experten gehen jedoch davon aus, dass die praktische Anwendung mehrere Jahrzehnte dauern wird.
Warum ist es so schwierig?
Fusionsenergie gilt als potenzielle Energiequelle der Zukunft. Das ist die reine Energie des Atoms. Aber was ist das und warum ist es so schwer zu erreichen? Zunächst müssen wir den Unterschied zwischen klassischer Kernsp altung und thermonuklearer Fusion verstehen.
Die Sp altung des Atoms ist, wenn radioaktive Isotope - Uran oder Plutonium - gesp alten und in andere hochradioaktive Isotope umgewandelt werden, die dann vergraben oder recycelt werden müssen.
Die Fusionsreaktion besteht darin, dass zwei Isotope von Wasserstoff - Deuterium und Tritium - zu einem Ganzen verschmelzen und ungiftiges Helium und ein einzelnes Neutron bilden, ohne radioaktiven Abfall zu produzieren.
Steuerungsproblem
Reaktionen, diein der Sonne oder in einer Wasserstoffbombe auftreten - das ist thermonukleare Fusion, und Ingenieure stehen vor einer entmutigenden Aufgabe - wie kann man diesen Prozess in einem Kraftwerk steuern?
Daran arbeiten Wissenschaftler seit den 1960er Jahren. Ein weiterer experimenteller Fusionsreaktor namens Wendelstein 7-X hat im norddeutschen Greifswald seinen Betrieb aufgenommen. Es ist noch nicht darauf ausgelegt, eine Reaktion hervorzurufen - es wird nur ein spezielles Design getestet (ein Stellarator anstelle eines Tokamaks).
Hochenergieplasma
Alle thermonuklearen Anlagen haben ein gemeinsames Merkmal - eine ringförmige Form. Es basiert auf der Idee, mit starken Elektromagneten ein starkes elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das wie ein Torus geformt ist - ein aufgeblasener Fahrradschlauch.
Dieses elektromagnetische Feld muss so dicht sein, dass, wenn es in einem Mikrowellenherd auf eine Million Grad Celsius erhitzt wird, im Zentrum des Rings ein Plasma entstehen muss. Es wird dann gezündet, damit die Fusion beginnen kann.
Demonstration von Möglichkeiten
In Europa laufen derzeit zwei solcher Experimente. Eines davon ist Wendelstein 7-X, das kürzlich sein erstes Heliumplasma erzeugt hat. Die andere ist ITER, eine riesige experimentelle Fusionsanlage in Südfrankreich, die sich noch im Bau befindet und 2023 betriebsbereit sein wird.
Es wird davon ausgegangen, dass es bei ITER zu echten Kernreaktionen kommt, allerdings erst infür einen kurzen Zeitraum und sicherlich nicht länger als 60 Minuten. Dieser Reaktor ist nur einer von vielen Schritten auf dem Weg zur Verwirklichung der Kernfusion.
Fusionsreaktor: kleiner und leistungsfähiger
Kürzlich haben mehrere Designer ein neues Reaktordesign angekündigt. Laut einer Gruppe von Studenten des Massachusetts Institute of Technology sowie Vertretern der Waffenfirma Lockheed Martin kann die Fusion in Anlagen durchgeführt werden, die viel leistungsstärker und kleiner als ITER sind, und sie sind innerhalb von zehn Jahren dazu bereit Jahre.
Die Idee des neuen Designs ist es, moderne Hochtemperatur-Supraleiter in Elektromagneten zu verwenden, die ihre Eigenschaften bei Kühlung mit flüssigem Stickstoff zeigen, anstatt herkömmliche, die flüssiges Helium benötigen. Eine neue, flexiblere Technologie ermöglicht eine komplette Neugest altung des Reaktors.
Klaus Hesch, Leiter der Kernfusionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie im Südwesten Deutschlands, ist skeptisch. Es unterstützt die Verwendung neuer Hochtemperatur-Supraleiter für neue Reaktordesigns. Ihm zufolge reicht es jedoch nicht aus, etwas am Computer unter Berücksichtigung der Gesetze der Physik zu entwickeln. Bei der Umsetzung einer Idee müssen die Herausforderungen berücksichtigt werden.
Sci-Fi
Laut Hesh zeigt das MIT-Studentenmodell nur die Möglichkeit eines Projekts. Aber es ist eigentlich eine Menge Science-Fiction. Projektdeutet darauf hin, dass die schwerwiegenden technischen Probleme der Fusion gelöst wurden. Aber die moderne Wissenschaft hat keine Ahnung, wie man sie löst.
Ein solches Problem ist die Idee der zusammenklappbaren Coils. Elektromagnete können zerlegt werden, um in den Ring zu gelangen, der das Plasma im MIT-Designmodell hält.
Dies wäre sehr nützlich, da man auf Objekte im internen System zugreifen und diese ersetzen könnte. In Wirklichkeit bestehen Supraleiter jedoch aus keramischem Material. Hunderte von ihnen müssen auf raffinierte Weise miteinander verflochten werden, um das richtige Magnetfeld zu bilden. Und hier gibt es grundlegendere Schwierigkeiten: Die Verbindungen zwischen ihnen sind nicht so einfach wie die Verbindungen von Kupferkabeln. An Konzepte zur Lösung solcher Probleme hat noch niemand gedacht.
Zu heiß
Hohe Temperaturen sind auch ein Problem. Im Kern des Fusionsplasmas wird die Temperatur etwa 150 Millionen Grad Celsius erreichen. Diese extreme Hitze bleibt bestehen – genau im Zentrum des ionisierten Gases. Aber auch um ihn herum ist es immer noch sehr heiß - von 500 bis 700 Grad in der Reaktorzone, der inneren Schicht eines Metallrohrs, in dem sich das für die Kernfusion notwendige Tritium "reproduzieren" wird
Der Fusionsreaktor hat ein noch größeres Problem - die sogenannte Leistungsfreisetzung. Dies ist der Teil des Systems, der den verbrauchten Brennstoff, hauptsächlich Helium, aus dem Fusionsprozess erhält. ZuerstDie Metallteile, in die das heiße Gas eintritt, werden "Divertoren" genannt. Es kann sich auf über 2000°C erhitzen.
Divertor-Problem
Damit die Pflanze diesen Temperaturen standhält, versuchen Ingenieure, das Metall Wolfram zu verwenden, das in altmodischen Glühbirnen verwendet wird. Der Schmelzpunkt von Wolfram liegt bei etwa 3000 Grad. Aber es gibt auch andere Einschränkungen.
In ITER ist dies möglich, da die Erwärmung darin nicht ständig erfolgt. Es wird angenommen, dass der Reaktor nur 1–3 % der Zeit betrieben wird. Aber das ist keine Option für ein Kraftwerk, das rund um die Uhr laufen muss. Und wenn jemand behauptet, einen kleineren Reaktor mit der gleichen Leistung wie ITER bauen zu können, kann man mit Sicherheit sagen, dass er keine Lösung für das Divertor-Problem hat.
Kraftwerk in wenigen Jahrzehnten
Trotzdem sind Wissenschaftler optimistisch, was die Entwicklung thermonuklearer Reaktoren angeht, jedoch wird sie nicht so schnell sein, wie einige Enthusiasten vorhersagen.
ITER soll zeigen, dass eine kontrollierte Fusion tatsächlich mehr Energie erzeugen kann, als für das Aufheizen des Plasmas aufgewendet werden müsste. Der nächste Schritt ist der Bau eines brandneuen Hybrid-Demonstrationskraftwerks, das tatsächlich Strom erzeugt.
Ingenieure arbeiten bereits an seinem Design. Sie werden von ITER lernen müssen, der 2023 starten soll. Angesichts der Zeit, die für Entwurf, Planung und Bau benötigt wird, scheint esEs ist unwahrscheinlich, dass das erste Fusionskraftwerk viel früher als Mitte des 21. Jahrhunderts gestartet wird.
Rossi Cold Fusion
Im Jahr 2014 kam ein unabhängiger Test des E-Cat-Reaktors zu dem Schluss, dass das Gerät über einen Zeitraum von 32 Tagen bei einem Verbrauch von 900 Watt eine durchschnittliche Leistung von 2.800 Watt erzeugte. Das ist mehr, als jede chemische Reaktion isolieren kann. Das Ergebnis spricht entweder für einen Durchbruch in der thermonuklearen Fusion oder für regelrechten Betrug. Der Bericht enttäuscht Skeptiker, die bezweifeln, dass der Test wirklich unabhängig war, und eine mögliche Verfälschung der Testergebnisse vermuten lassen. Andere waren damit beschäftigt, die "geheimen Zutaten" herauszufinden, die es Rossis Fusion ermöglichen, die Technologie zu replizieren.
Rossi ist ein Betrüger?
Andrea ist imposant. Er veröffentlicht Proklamationen an die Welt in einzigartigem Englisch im Kommentarbereich seiner Website, die den anmaßenden Namen Journal of Nuclear Physics trägt. Zu seinen früheren gescheiterten Versuchen gehörten jedoch ein italienisches Waste-to-Fuel-Projekt und ein thermoelektrischer Generator. Petroldragon, ein Waste-to-Energy-Projekt, scheiterte unter anderem daran, dass die illegale Mülldeponierung von der italienischen organisierten Kriminalität kontrolliert wird, die Strafanzeige wegen Verstoßes gegen Abfallwirtschaftsvorschriften erstattet hat. Er entwickelte auch ein thermoelektrisches Gerät für das US Army Corps of Engineers, aber während der Tests produzierte das Gerät nur einen Bruchteil der angegebenen Leistung.
Viele vertrauen Rossi nicht, und der Chefredakteur der New Energy Times nannte ihn unverblümt einen Kriminellen mit einer Reihe gescheiterter Energieprojekte hinter sich.
Unabhängige Überprüfung
Rossi unterzeichnete einen Vertrag mit der amerikanischen Firma Industrial Heat, um einen einjährigen geheimen Test einer 1-MW-K altfusionsanlage durchzuführen. Das Gerät war ein Schiffscontainer, der mit Dutzenden von E-Cats gefüllt war. Das Experiment musste von einem Dritten kontrolliert werden, der bestätigen konnte, dass tatsächlich Wärme erzeugt wurde. Rossi behauptet, einen Großteil des vergangenen Jahres damit verbracht zu haben, praktisch in einem Container zu leben und den Betrieb mehr als 16 Stunden am Tag zu beaufsichtigen, um die kommerzielle Rentabilität des E-Cat zu beweisen.
Der Test endete im März. Gespannt warteten Rossis Anhänger auf den Bericht der Beobachter und hofften auf einen Freispruch für ihren Helden. Aber am Ende bekamen sie eine Klage.
Rechtsstreit
In einer Gerichtsakte in Florida behauptet Rossi, dass der Test erfolgreich war und ein unabhängiger Schiedsrichter bestätigte, dass der E-Cat-Reaktor sechsmal mehr Energie produziert als er verbraucht. Er behauptete auch, Industrial Heat habe zugestimmt, ihm 100 Millionen Dollar zu zahlen – 11,5 Millionen Dollar im Voraus nach der 24-Stunden-Testversion (angeblich für Lizenzrechte, damit das Unternehmen die Technologie in den USA verkaufen kann) und weitere 89 Millionen Dollar nach dem erfolgreichen Abschluss der Verlängerung Testversion innerhalb von 350 Tagen. Rossi beschuldigte IH, ein „betrügerisches System“betrieben zu habendessen Zweck es war, sein geistiges Eigentum zu stehlen. Er beschuldigte das Unternehmen auch, E-Cat-Reaktoren missbraucht, innovative Technologien und Produkte, Funktionalität und Designs illegal kopiert und ein Patent auf sein geistiges Eigentum missbraucht zu haben.
Goldmine
An anderer Stelle behauptet Rossi, dass IH bei einer seiner Demonstrationen 50-60 Millionen Dollar von Investoren und weitere 200 Millionen Dollar von China erh alten habe, nach einer Wiederholung, an der hochrangige chinesische Beamte beteiligt waren. Wenn das stimmt, dann stehen weit mehr als hundert Millionen Dollar auf dem Spiel. Industrial Heat hat diese Behauptungen als unbegründet zurückgewiesen und wird sich aktiv dagegen wehren. Noch wichtiger ist, dass sie behauptet, dass sie „über drei Jahre daran gearbeitet hat, die Ergebnisse zu bestätigen, die Rossi angeblich mit seiner E-Cat-Technologie erzielt hat, ohne Erfolg.“
IH glaubt nicht an den E-Cat, und die New Energy Times sieht keinen Grund, daran zu zweifeln. Im Juni 2011 besuchte ein Vertreter der Publikation Italien, interviewte Rossi und filmte eine Vorführung seines E-Cat. Einen Tag später äußerte er seine ernsthaften Bedenken hinsichtlich der Methode zur Messung der Wärmeleistung. Nach 6 Tagen hat der Journalist sein Video auf YouTube gepostet. Experten aus aller Welt schickten ihm Analysen, die im Juli veröffentlicht wurden. Es wurde klar, dass dies ein Schwindel war.
Experimentelle Bestätigung
Eine Reihe von Forschern - Alexander Parkhomov von der Peoples' Friendship University of Russia und dem Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) -gelang es, die k alte thermonukleare Fusion Russlands zu reproduzieren. Der MFPM-Bericht trug den Titel „Das Ende des Kohlenstoffzeit alters ist nahe“. Der Grund für diese Bewunderung war die Entdeckung eines Ausbruchs von Gammastrahlung, der nicht anders als durch eine thermonukleare Reaktion erklärt werden kann. Laut Forschern hat Rossi genau das, was er sagt.
Ein praktikables offenes Rezept für k alte Fusion könnte einen Energie-Goldrausch auslösen. Es könnten alternative Methoden gefunden werden, um Rossis Patente zu umgehen und ihn aus dem milliardenschweren Energiegeschäft herauszuh alten.
Vielleicht möchte Rossi diese Bestätigung lieber vermeiden.
