Energiegewinnung aus der Kraft der Sonne Heute beginnt die Zukunft: Baustart für Fusionsreaktor ITER

Kein CO2, kein radioaktiver Müll und trotzdem kommt am Ende richtig viel Energie raus: Der Traum von der Kernfusion ist verständlich. Seit heute ist die Menschheit so nahe dran, wie nie zuvor. In Südfrankreich wird jetzt der globale ITER-Reaktor zusammengebaut. Den Klimawandel wird Fusionsenergie aber nicht verhindern können.

Seitlicher Ausschnitt der Sonnenoberflächem, die einem Feuerball gleicht. Sonnenerruptionen – ähnlich lodernder Flammen – dringen nach außen.
Kernfusion: Kann die Sonne schon längst. Bildrechte: imago images/Panthermedia

Wenn es um die Strom- und Wärmeerzeugung der Zukunft geht, stehen die Zeichen klar auf erneuerbaren Energien. Daran gibt's nichts zu rütteln. Nur, mit einem kleinen Kraftwerk zwei Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen und weder radioaktiven noch atmosphärischen Müll zu verursachen, klingt schon sehr verlockend. Wenn der Fusionsreaktor ITER erstmal fertig ist, wird er zwar nur 200.000 Haushalte beliefern können – aber es ist ja auch nur ein erster großer Schritt (kleine hat es bereits gegeben).

Und zwar der erste große Schritt, die Sonne auf der Erde nachzubauen. Klingt ambitioniert, ist aber im Grunde ganz schlüssig: Die Sonne hilft schon jetzt, Strom und Wärme zu erzeugen, was zeigt, dass im Zentrum unseres Planetensystems so einiges an Energie freigesetzt wird. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Plasma. Plasma? Andre Melzer von der Universität in Greifwald: "Ein Plasma ist, vereinfacht gesagt, ein heißes, ionisiertes Gas. Das heißt, man hat dort die Atome vorliegen, getrennt in Elektronen und Ionen. Aus den Atomen sind dann ein oder mehrere Elektronen herausgeschlagen, so dass man ein Gemisch aus positiven Ionen und negativen Elektronen hat."

Gebäude des Fusionsreaktors von außen: Hohes Haus, ähnlich einem Fabrikgebäude, mit Kränen und Flaggen verschiedener Nationen sowie der EU. Froschperspektive, sonniges Wetter.
Das ITER-Projekt zeigt, wie verschiedene Nationen bei innovativer Zukunftstechnik an einer Strippe ziehen können. Bildrechte: ITER

Die Sonne befindet sich, von ihren Zentrum bis zur äußeren Schicht, in diesem Plasmazustand – ist ja auch ganz schön heiß dort. Bei einer Sonnenfinsternis kann man das Plasma sogar sehen, in Form der Sonnenkorona, dem äußeren Kranz. Und genau dieses Plasma wollen die Forscher im ITER-Kraftwerk erzeugen. Dafür müssen sie extreme Hitze entstehen lassen. 15 Millionen Grad heiß ist die die Sonne im Kern, sagt die Physikerin Ursel Frantz vom Max Planck-Institut in Garching bei München. Um Energie zu erzeugen, brauche man aber fast zehnmal höhere Temperaturen. Also bis zu 150 Millionen Grad. Auf der Erde?

Wenns aus ist, ist es aus

Ursel Frantz: "Da gibt es verschiedene Heizmethoden und eine dieser Heizmethoden ist die so genannte Neutralteilchenheizung." Diese Neutralteilchenheizung sei das Streichholz, mit dem das Fusionsfeuer entfacht wird. Und das geht so: Strahlen schneller Wasserstoffatome werden mit mehreren Megawatt Leistung in das Fusionsplasma eingeschossen.

Brennt es erst einmal, geht es nicht wieder aus. Es muss also nur einmal entfacht werden, es sei denn, das Kraftwerk soll heruntergefahren werden. Und da läge ein entscheidender Unterschied zum Atomkraftwerk. Zwar sind "beides Kraftwerke, die auf Kernreaktion basieren. Deswegen wird ja auch pro Prozess sehr viel Energie erzeugt." Aber:

Das Plasma geht einfach aus und brennt nicht weiter wie in einem Kernkraftwerk, das die Energie immer weiter produziert und der man nicht Herr wird.

Ursel Frantz Max Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching

Dafür ist ein Atomreaktor eben auch nicht ganz so knifflig zu realisieren und war schon hundert Jahre vorher da. Die Kosten beim Bau der Reaktoren werden künftig ähnlich hoch sein, bei der Fusionsenergie aber ohne Folgekosten. Die Art der Energiegewinnung ist nicht nur frei von Nachteilen wie Radioaktivität und Atommüll, sondern funktioniert im Grunde genau entgegengesetzt: Bei der Kernspaltung wird Energie durch die Spaltung eines Atomkerns freigesetzt. Bei der Kernfusion sollen zwei Atomkerne zusammengeführt werden. Das klappt auf der Erde am besten mit den Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium. Erstere ist reichlich in Meerwasser vorhanden, zweitere kann das Kraftwerk aus Lithium bilden, an dem es ebenfalls keinen Mangel gibt. Wenn sie verschmelzen entsteht ein Helium-Kern, außerdem wird ein Neutron frei sowie große Mengen nutzbarer Energie.

Animierte Zeichnung einer komplexen Maschine 8 min
Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK

Mo 27.07.2020 16:58Uhr 07:34 min

https://www.mdr.de/wissen/ITER-erklaerfilm100.html

Rechte: ITER

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Unterschiede gibt's auch von außen: Ursel Frantz vergleicht es mit einem Donut, gefüllt mit mindestens 100 Millionen Grad heißem Plasma, denn das ist die nötige Zündtemperatur. "Da müssen immer die 100 Millionen Grad sein und die werden da auch sein, sonst ist es nicht effektiv genug." Da wir keinen Baustoff kennen, der diesem gigantischen Backofen standhalten würde, steuern Magnetfelder die elektrisch geladenen Teilchen und halten sie fern von festen Materialien.

Bis es soweit ist, muss ITER aber erstmal zusammengebaut werden. An dem Pilotkraftwerk sind die Europäische Union, Frankreich, China, Indien, Japan, Südkorea, Russland und die Vereinigten Staaten beteiligt. Der Reaktor hat als größtes Wissenschaftsprojekt der Welt also nicht nur wissenschaftlichen Wert, sondern auch symbolischen Charakter, ja vielleicht sogar etwas Versöhnliches. Viele Nationen sitzen an einem Tisch und basteln etwas für die Zukunft: "Die Maschine Stück für Stück zu konstruieren, ist wie ein dreidimensionales Puzzle auf einer komplizierten Zeitachse zusammenzusetzen", sagt Bernard Bigot, Generaldirektor von ITER. Viereinhalb Jahre, so lange wird es dauern, bis alles zusammengeschraubt ist.

Eine Ananas statt 10.000 Tonnen Kohle

Im Dezember 2025 soll mit First Plasma (erstes Plasma) dann die Funktionalität demonstriert werden. Es könnte der Startpunkt einer neuen Ära der Energiegewinnung sein. Ein Gramm Brennstoff könnte später die Verbrennungswärme von 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen. Oder anders formuliert: elf Tonnen Kohle. Eine Ananas-große Menge des Materials entspräche schon zehntausend Tonnen Kohle. Kaum verwunderlich, dass angesichts der aktuellen Klimasituation die Fusionsenergie gern als erlösende Innovation gesehen wird. Eine Haltung, die mit Vorsicht zu genießen ist: Bis es soweit ist, ist es schon zu spät. So kann die Fusionsenergie helfen, die gleichen Fehler nicht noch mal zu machen, aber nicht von heute auf morgen die Welt retten.

Und auch für die mittelfristige Energieversorgung wird Kernfusion mit erneuerbaren Quellen Hand in Hand arbeiten. Um aber künftig saubere, elektrische Energieversorgung im großen Stil anbieten zu können – Stichwort: Industrie –, wäre Fusionsenergie ein Beitrag zum, so Bernard Bigot, ein "Wunder für unseren Planeten". Bis dahin muss aber erstmal das Wunder der Technik funktionieren.

af/flo

5 Kommentare

Max K vor 1 Wochen

Wenn die teilchen im plasma mit der beschichtung der rektorwand in kontakt kommen, kühlen sie sich einfach ab, und es passiert reichlich wenig.
Keine bombenfunktion.
In klein gibt es solche reaktoren achon seit den 80ern, allerdings sind diese immer gebunden an eine maximal laufzeit, vorgegeben durch die kühlung der magnetspulen, die das plasma in der mitte halten. (Also ja, kollisionen mit der reaktorwand passieren quasi täglich mehrmals)

Auch "normale" AKWs sind ziehmlich sicher.
Es gibt ohnehin nicht nur einen Reaktortyp.

omg vor 1 Wochen

Das Plasma ist zwar sehr heiß, aber auch sehr dünn, eher ein für irdische Verhältnisse gutes Vakuum. In den 30 m^3 Plasma des Wendelstein 7X in Greifswald befinden sich ca. 1x10^21 Atome, das entspricht ca. 0.0016mol, und mit dem Molgewicht von D oder T 3 bzw. 5 mg.
Bricht das Magnetfeld zusammen, dann kollidiert das Plasma mit der Reaktorwand. Die thermonukleare Reaktion kommt dabei augenblicklich zum Erliegen. Die gesamte in diesem Moment im Plasma gespeicherte thermische Energie kann man durch N x 3/2 kT (N: Gesamtzahl der Teilchen, T: Temperatur, Annahme 150x10^6K, k: Boltzmannkonstante) zu 10^21zu etwa 3x10^6J abschätzen. Da 1J=1Ws, entspricht das etwa 1 kWh, diese Energie wird aber im Bruchteil einer Sekunde umgesetzt. Damit dürfte die innere Auskleidung des Reaktors bei einem solchen Zwischenfall Schaden nehmen, eventuell auch das Vakuumsystem, aber der Reaktor wird nicht kaputtgehen. Eine Bombe wird das nicht.

rlues vor 1 Wochen

Ich bin kein Experte in dem Gebiet, aber ich habe mich sehr lange mit dem Thema beschäftigt, aber nach meinem Wissensstand ist ein ausfall des Magnetfeldes für die Aussenwelt des Reaktors komplett ungefährlich. Sobald das mehrere Millionen Grad heiße Plasma die wand des Reaktors trifft, kühlt es sich so weit ab, dass die Kettenreaktion abgebrochen wird. Daher wird zwar der Reaktor beschädigt oder zerstört, aber eine Katastrophe ist auf jeden Fall auszuschließen. Das der Reaktor zu spät für eine Rettung des Klimas komme mindert meiner Meinung nach auch nicht den zukünftigen wert der Technologie, da auch sie erneuerbar und sparsam ist und mit wenig Material viel Energie erzeugen kann.

Wissen

Kernfusion in Deutschland: "Wendelstein 7-X" in Greifswald und "Tokamak ASDEX Upgrade" in Garching 3 min
Bildrechte: IPP, Wolfgang Filser/Beate Kemnitz

Auf der Erde die Sonne entfesseln...

MDR AKTUELL Mi 11.07.2018 11:43Uhr 03:15 min

https://www.mdr.de/wissen/audio-763162.html

Rechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK

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