Auf der Sonne geschieht dies ständig: Atome verbinden sich, dh es findet eine thermonukleare Fusionsreaktion statt, wodurch eine unvorstellbare Energiemenge freigesetzt wird. Wissenschaftler haben lange von solcher Energie geträumt, und hier auf der Erde kann sie durch kontrollierte thermonukleare Fusionsreaktionen gewonnen werden.
Aber bisher war es nicht möglich, es zu bekommen.
Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs versuchen Wissenschaftler auf der ganzen Welt, dies zu erreichen.
Mit Hilfe von Versuchsreaktoren in Russland, den USA, England, Japan und vielen anderen Ländern wurden kurzfristige thermonukleare Fusionsprozesse erzielt, aber überall wurde mehr Energie zur Aufrechterhaltung dieses Prozesses verwendet als zur Energiegewinnung selbst, erklärt Søren Bang Korsholm, leitender Forscher an der Technischen Universität von Dänemark (Søren Bang Korsholm).
In der fernen Zukunft
Der dänische Wissenschaftler und seine Kollegen am Fachbereich Physik der Technischen Universität beteiligen sich an einem globalen wissenschaftlichen Projekt, das 2025 die Implementierung eines effektiven thermonuklearen Fusionsprozesses ermöglichen wird - d. H. Es wird mehr Energie bereitgestellt als ausgegeben, um sie zu erhalten. Es wird jedoch angenommen, dass wir Kraftwerke, die nach den Prinzipien der Kernfusion arbeiten, viele Jahre lang nicht sehen können.
„Erst in den fünfziger Jahren dieses Jahrhunderts kann die Energie von Kernfusionskraftwerken in Stromnetzen genutzt werden. In jedem Fall sind dies die Richtlinien für das europäische Programm zur Kernfusion “, sagt er.
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Trotz der Abgeschiedenheit der Aussichten arbeiten viele Wissenschaftler wie Søren ernsthaft an den Fragen der thermonuklearen Fusionsenergie. Und dafür gibt es gute Gründe. Für ein Kraftwerk, das nach den Prinzipien der Kernfusion arbeitet, wird eine unendlich geringe Menge Kernbrennstoff benötigt, außerdem emittieren sie kein CO2 oder andere schädliche Substanzen.
Günstige grüne Energie
Wenn Sie Ihr Smartphone heute aufladen, stammen in diesem Fall 24% des Stroms aus Kohlekraftwerken. Es ist schwer und nicht besonders umweltfreundlich.
„Um ein Gigawatt Strom zu produzieren, muss ein Kohlekraftwerk jährlich 2,7 Millionen Tonnen Kohle verbrennen. Und Fusionsstationen benötigen nur 250 Kilogramm Kernbrennstoff, um den gleichen Effekt zu erzielen. 25 Gramm Kernbrennstoff reichen für ein solches Kraftwerk aus, um einen Dänen sein ganzes Leben lang mit Energie zu versorgen “, sagt Søren Bang Korsholm.
Im Gegensatz zu Kohle stößt die Fusion kein CO2 aus und beeinflusst somit nicht das Klima.
"Der einzige 'direkte' Produktionsabfall von Kernfusionsenergie ist Helium und kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Dies entspricht etwa 200 Kilogramm Helium für das gesamte Jahr", erklärt er.
Die Fusionsenergie hat jedoch ein kleines Problem. Hier kann man nicht vollständig auf Radioaktivität verzichten. "Die innere Oberfläche des Reaktors wird radioaktiv, aber dies ist eine Form der Radioaktivität, die nach 100 Jahren sicher wird", sagt der Wissenschaftler. Dann kann dieses Material wieder verwendet werden.
Fast endloser Kernbrennstoff
Im Gegensatz zu Kohle muss der Brennstoff für ein Fusionskraftwerk nicht aus der Erde gegraben werden. Es kann durch Pumpen aus dem Meer gewonnen werden, da die Energie der Kernfusion unter Verwendung von schwerem Wasserstoff (Deuterium) gewonnen wird, der aus Meerwasser extrahiert wird.
„Das Meer liefert Kernbrennstoff, der für Milliarden von Jahren für den weltweiten Energieverbrauch ausreicht. Daher werden wir nicht ohne Energie bleiben, wenn wir lernen, die Energie der Kernfusion zu nutzen “, erklärt Søren Bang Korsholm.
Neben schwerem Wasserstoff-Deuterium verwenden Wissenschaftler im Fusionsreaktor superschweres Wasserstoff-Tritium. Es existiert nicht in der Natur, aber es wird aus Lithium hergestellt, der gleichen Substanz, die in Batterien verwendet wird.
Im Reaktor verschmilzt schwerer und superschwerer Wasserstoff, nachdem die Temperatur im Reaktor 200 Millionen Grad erreicht hat.
„Die Temperatur im Reaktor ist unvorstellbar hoch. Zum Vergleich: Die Kerntemperatur der Sonne beträgt nur 15 Millionen Grad. Auf diese Weise erzeugen wir eine viel höhere Temperatur “, sagt er.
Frankreichs riesiger Kernreaktor
Søren Bang Korsholm und viele seiner Kollegen an der Technischen Universität nehmen an einem großen internationalen Projekt ITER teil, bei dem die EU, die USA, China und viele andere Länder zusammenarbeiten, um den größten thermonuklearen Reaktor der Welt in Südfrankreich zu schaffen. Es wird der erste Reaktor seiner Art sein, der mehr Energie liefert als er verbraucht.
„ITER wird laut Projekt 500 Megawatt produzieren, während zum Aufwärmen 50 Megawatt benötigt werden. Es verbraucht etwas mehr als 50 Megawatt Energie, weil wir einen Teil der Energie für Kühlung und Magnete verwenden, was in diesem Fall nicht berücksichtigt wird, aber einen schönen Energieüberschuss im Reaktor selbst ergibt “, erklärt er.
Nach Angaben des Wissenschaftlers wird der Reaktor bald betriebsbereit sein.
„2025 wird der Reaktor für den ersten Test bereit sein. Danach werden wir ihn aufrüsten, bis er 2033 vollständig fertig ist“, sagt Søren Bang Korsholm.
Die Energie der Zukunft präsentieren
Man sollte jedoch nicht glauben, dass nach Abschluss des ITER-Projekts der Strom, dank dem unser Kühlschrank arbeitet, die Energie der Kernfusion sein wird. Der Reaktor erzeugt keinen Strom.
„ITER ist kein Kraftwerk. Der Reaktor wird nicht zur Stromerzeugung gebaut, sondern um die Möglichkeit der Nutzung der Kernfusion als Energiequelle aufzuzeigen “, sagt er.
Der Wissenschaftler hofft, dass das Projekt kommerzielle Partner haben wird, die auf die Möglichkeiten der thermonuklearen Fusionsenergie achten.
„Vielleicht werden große Energie- und Ölunternehmen anfangen, in Fusionsenergie zu investieren, wenn sie ihr Potenzial erkennen. Und wer weiß, vielleicht werden solche Kraftwerke in naher Zukunft auftauchen “, sagt Søren Bang Korsholm.
Nächster Halt ist der Mond
Wenn es Wissenschaftlern gelingt, effiziente Kraftwerke auf der Basis der Kernfusion zu schaffen, werden sofort viele Ideen auftauchen, wie sie verbessert werden können. Eine der Ideen schlägt bereits vor, eine andere Art von Kraftstoff zu verwenden, die jedoch nicht so sehr auf der Erde vorkommt.
„Helium-3, das auf dem Mond reichlich vorhanden ist, hat den Vorteil, dass Fusionsprodukte aus Plasma weniger mit den Reaktorwänden reagieren, sodass die Wand weniger radioaktiv wird und eine längere Lebensdauer haben kann“, sagt Soren Bang Korsholm.
Bisher ist es kostspielig, Treibstoff auf dem Mond zu gewinnen und zur Erde zu liefern. Aber vielleicht ist die Energie der Kernfusion so effizient, dass sich diese Kosten auszahlen.
„Wenn darüber nachgedacht wird, Kraftstoff vom Mond zu liefern, können Fusionskraftwerke unglaublich effizient sein“, schließt der Wissenschaftler.
Jeppe Kyhne Knudsen, Jonas Petri, Lasse von
