Unendliche Geschichte Kernfusion

Unendliche Geschichte Kernfusion

Langstreckenlauf zur Kernfusion

Im Alter von sieb­zehn Jah­ren fiel mei­ne Ent­schei­dung, Phy­sik zu stu­die­ren. Der Antrieb erwuchs aus dem Inter­es­se an der Kern­phy­sik. Dabei fas­zi­nier­te ins­be­son­de­re die Visi­on der Kern­fu­si­on als uner­schöpf­li­che Ener­gie­quel­le, die uns auch der Erobe­rung des Son­nen­sys­tems näher­brin­gen soll­te. Ein Gramm Was­ser­stoff kann soviel Ener­gie lie­fern wie zwölf Ton­nen Stein­koh­le.

Damals schrie­ben wir das Jahr 1976 und zur Nut­zungs­rei­fe der Kern­fu­si­on wur­de ein Zeit­raum von 25 Jah­ren ange­ge­ben. Die Aus­sicht auf Mit­wir­kung an die­sem fas­zi­nie­ren­den The­ma moti­vier­te mich, die Her­aus­for­de­run­gen des Phy­sik­stu­di­ums anzunehmen.

Dann schrie­ben wir genau 25 Jah­re spä­ter das Jahr 2001, in dem eine neue beruf­li­che Tätig­keit in der Ener­gie­wirt­schaft mit dem Ziel star­te­te, im Rah­men von E‑Business und spä­ter unter der Bezeich­nung Smart Ener­gy die Umge­stal­tung zu einem erneu­er­ba­ren Ener­gie­sys­tem vor­an­zu­trei­ben. Bezüg­lich mei­ner kern­phy­si­ka­li­schen Inter­es­sen hat­te ich mich von der Kern­spal­tung end­gül­tig auf­grund ihrer unkal­ku­lier­ba­ren Rest­ri­si­ken verabschiedet.

Par­al­lel zum Auf­bau der Erneu­er­ba­ren Ener­gien blieb die Kern­fu­si­on aber wei­ter­hin span­nend. Mit den Erneu­er­ba­ren besteht die Chan­ce zur Demo­kra­ti­sie­rung des Ener­gie­sys­tems mit viel­fäl­ti­gen Mit­wir­ken­den in den Gebäu­den, auf Gewer­be- und Indus­trie­area­len, in Stadt­quar­tie­ren sowie in Städ­ten und Gemein­den. Strom­aus­tausch in der Com­mu­ni­ty ist auf Basis neu­er Tech­no­lo­gien zur Digi­ta­li­sie­rung des Ener­gie­sys­tems kei­ne Uto­pie mehr (Stich­wor­te Smart Meter­ing, Smart Grid, Inter­net der Ener­gie, Block­chain, usw.).

Verhältnis dezentraler Erzeugung und zentraler Basisversorgung

Es bleibt die Fra­ge­stel­lung der Basis­ver­sor­gung auf der gesam­ten Erde mit bald mehr als 10 Mil­li­ar­den Ein­woh­nern und zuneh­men­der Indus­tria­li­sie­rung auf allen Kon­ti­nen­ten für die nächs­ten Jahr­hun­der­te. Neue Anfor­de­run­gen zur Elek­tri­fi­zie­rung resul­tie­ren auch aus neu­en For­men der Land­wirt­schaft in mehr­stö­cki­gen Gebäu­den zur Ernäh­rung der wach­sen­den Mensch­heit, zur Gewähr­leis­tung der Was­ser­ver­sor­gung mit Meer­was­ser­ent­sal­zungs­an­la­gen, zur umwelt­ge­rech­ten Wär­me­ver­sor­gung sowie zum Umbau aller Trans­port­an­trie­be ohne Ver­bren­nungs­ma­schi­nen. Aber auch der Weg zu den Ster­nen erfor­dert neue Energiegewinnungsmethoden.

Der Auf­bau einer welt­um­span­nen­den Strom­erzeu­gung auf Basis der Kern­fu­si­on par­al­lel zu dezen­tra­len Erneu­er­ba­ren Ener­gien erscheint aus mei­ner Sicht wei­ter­hin unver­zicht­bar. Die­se Infra­struk­tur bil­det den Blut­kreis­lauf des glo­ba­len Ener­gie­or­ga­nis­mus, wäh­rend die dezen­tra­len Erneu­er­ba­ren Ener­gien Sub­si­dia­ri­tät und loka­le Auto­no­mie sowie damit Selbst­ge­stal­tung und Unab­hän­gig­keit in den Zel­len des Ener­gie­or­ga­nis­mus ermög­li­chen. Glo­ba­les Den­ken ver­bin­det sich mit gleich­be­rech­tig­ten loka­len Handeln.

Neue Hoffnung auf dem Weg zur Kernfusion

Aber im Jah­re 2001 hör­te ich eben­so wie im Jah­re 1976 immer noch vom 25-jäh­ri­gen Zeit­ho­ri­zont bis zur Nut­zungs­rei­fe der Kern­fu­si­on. Nach wei­te­ren 15 Jah­ren begann mei­ne Hoff­nung bezüg­lich der Kern­fu­si­on – egal ob hei­ße oder kal­te Fusi­on — zu schwin­den. Mil­li­ar­den­schwe­re, staat­li­che For­schungs­pro­gram­me – z.B. das inter­na­tio­na­le ITER-Vor­ha­ben in Frank­reich — nen­nen nun die zwei­te Hälf­te des 21. Jahr­hun­derts für einen rele­van­ten Bei­trag der Kern­fu­si­on zur Deckung des Ener­gie­be­dar­fes der Menschheit.

Aber sie­he da, es gesche­hen noch Wun­der. Im Jah­re 2017 haben pri­va­te Unter­neh­men Fort­schrit­te gemacht und dabei rela­tiv wenig Res­sour­cen gegen­über staat­li­chen Pro­gram­men ein­ge­setzt. Die Geschich­te des Ver­hält­nis­ses staat­li­cher und pri­va­ter Inves­ti­tio­nen in die Raum­fahrt scheint sich zu wie­der­ho­len. Nicht die schwe­ren staat­li­chen Finanz­mit­tel hau­chen der Raum­fahrt neu­es Leben ein, son­dern die pri­va­ten Inves­ti­tio­nen von Elon Musk, Paul Allen, u.a. Anschei­nend wird die­ser Weg nun auch auf dem Gebiet der Kern­fu­si­on erfolg­reich beschritten.

Kernfusion mit Laserimpulsen und Bor-Fusion

Dabei wer­den ver­schie­de­ne Ansät­ze zum Betrieb einer Fusi­ons­ein­rich­tung ver­folgt. Dazu gehö­ren auch Anla­gen, die nicht im ther­mo­dy­na­mi­schen Gleich­ge­wicht betrie­ben, son­dern durch Laser­im­pul­se befeu­ert wer­den. Beson­ders inter­es­sant ist dabei die Ent­wick­lung eines Ver­fah­rens zur Fusi­on von Was­ser­stoff­ker­nen mit Bor unter Nut­zung extre­mer Laser­im­pul­se. Dies ermög­lich­te der tech­no­lo­gi­sche Fort­schritt im Bereich inten­si­ver Laser. Wäh­rend mit ITER auf der Erde eine neue radio­ak­ti­ve Quel­le ent­steht, setzt die Reak­ti­on zwi­schen Was­ser­stoff und Bor kei­ne Neu­tro­nen und damit kei­ne Radio­ak­ti­vi­tät frei.

Es wer­den im Rah­men die­ser Fusi­ons­re­ak­ti­on aus­schließ­lich sta­bi­le Heli­um­ker­ne gebil­det. Die Laser­im­pul­se indu­zie­ren dabei die direk­te Kon­ver­si­on der Laser­en­er­gie über die Fusi­on von Was­ser­stoff und Bor in eine makro­sko­pi­sche Plas­ma­be­we­gung, also eine Bewe­gung elek­trisch gela­de­ner Teil­chen [Hein­rich Hora (2015)]. Im Unter­schied zu Kern­spal­tungs­an­la­gen und zu her­kömm­li­chen Fusi­ons­an­sät­zen wird zur Erzeu­gung von elek­tri­scher Ener­gie nicht der Umweg über die Nut­zung der Wär­me­en­er­gie durch Auf­hei­zen von Flüs­sig­kei­ten und Dampf­tur­bi­nen benö­tigt. Laser­en­er­gie wird direkt durch indu­zier­te Fusi­ons­en­er­gie in elek­tri­sche Ener­gie umgewandelt.

Die durch pri­va­te Inves­ti­tio­nen getrie­be­nen Ent­wick­lun­gen für Anla­gen zur Fusi­on von Was­sers­stoff und Bor erschei­nen Erfolg ver­spre­chend. Aber letzt­end­lich kann noch nie­mand seri­ös den Erfolg des Ansat­zes zur umfas­sen­den Ener­gie­ge­win­nung mit Fusi­ons­en­er­gie vor­her­sa­gen. Viel­leicht gelingt es doch vor dem Jahr 2050. Dann wäre zumin­dest die drit­te Vor­her­sa­ge von 25 Jah­ren bis zur Nut­zung von Fusi­ons­en­er­gie erfolgreich´gewesen.

Quel­len:

Hein­rich Hora (2015). A laser-dri­ven tech­ni­que to igni­te hydro­gen-boron fuel offers the pos­si­bi­li­ty of nuclear fusi­on for clean, sus­tainable ener­gy gene­ra­ti­on. SPIE News­room. DOI: 10.1117/2.1201506.005965. 14 July 2015

Andre­as Kieß­ling, 14. Dezem­ber 2017

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