Aus der Forschung
Prof. Günter Hasinger am IPP-Fusionsexperiment ASDEX Upgrade in Garching. ASDEX Upgrade lieferte wesentliche Erkenntnisse zu Plasmaeigenschaften für den Testreaktor ITER, der erstmals ein energielieferndes Plasma realisieren soll. Foto: IPP/Volker Steger
Marathonforschung für die Kernfusion
Der Energiebedarf steigt weltweit weiter an. Eine Option, diesen Bedarf zu decken, wäre die technische Nutzung der Kernfusionsenergie, denn bei der Verschmelzung von Wasserstoffatomen zu Helium werden enorme Mengen Energie freigesetzt. Prof. Dr. Günther Hasinger, Wissenschaftlicher Direktor des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in Garching (das IPP ist assoziiertes Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft) hat darüber mit Erich Wittenberg für den aktuellen Helmholtz-Podcast gesprochen. Einen Auszug des Beitrags lesen Sie hier:
Seit Jahrmilliarden bezieht die Sonne ihre gewaltige Energie aus dem Prozess der Kernfusion. Um diesen Prozess hier auf der Erde zu nutzen, müssen extreme Bedingungen erzeugt werden: Temperaturen von 200 Millionen Grad und spezielle Magnetfeldkäfige für das heiße Plasma aus Wasserstoffkernen, damit die Atomkerne überhaupt dicht genug zusammen kommen, um zu verschmelzen. Dies sind auch extreme Herausforderungen für Wissenschaft und Technik. Doch wo stehen wir jetzt?
„Es gibt auf der Welt bereits Fusionsreaktoren, die so viel Energie erzeugt haben, wie man hineingesteckt hat. Aber der nächste große Schritt ist nun das Projekt ITER, mit dem man zehnmal so viel Energie erzeugen möchte. Das ist die Voraussetzung für ein Kraftwerk“, erklärt Hasinger.
Der Forschungsreaktor ITER wird in internationaler Zusammenarbeit im französischen Cadarache gebaut. Nach den Fusionsanlagen JET im britischen Culham, dem ASDEX Upgrade in Garching und dem im Bau befindlichen Wendelstein 7-X in Greifswald soll mit ITER erstmals ein Energieüberschuss durch Kernfusion erzeugt werden.
„ITER wird 500 Megawatt thermische Leistung erzeugen“, erklärt Hasinger. „Allerdings wird diese thermische Leistung nicht in Dampf und damit in Strom verwandelt, sondern ITER ist ein reines Experiment, mit dem man die „Flamme“ studieren möchte.“
Die Planungen der Fusionsforscher sind langfristig. Noch zehn Jahre wird die Fertigstellung von ITER dauern, danach folgen 20 Jahre Forschungsbetrieb. Mit kommerziellen Fusionskraftwerken kann erst in 40 Jahren gerechnet werden. Damit haben sich die Prognosen aus den 50er Jahren als zu optimistisch erwiesen. Um die riesigen Temperaturunterschiede zwischen dem 200 Millionen Grad heißen Fusionsfeuer im Inneren des Reaktors und der äußeren Umgebung in den Griff zu bekommen, müssen Fusionskraftwerke sehr viel größer werden, als man damals dachte. Vor allem die Materialforschung brauche Zeit, so Günther Hasinger:
„Die Neutronen, die in dem Fusionsplasma entstehen, schlagen in die Wand und verspröden sie. Wir haben zwar im Moment Materialien, die dem standhalten, aber eben nicht lange genug, vielleicht zwei Jahre. Man möchte das aber mindestens fünfmal länger haben. Um solche Materialien zu entwickeln, braucht man lange Forschungszeiten. Wir müssen also mindestens 10 bis 20 Jahre forschen, um nachweisen zu können, dass ein Fusionskraftwerk dann auch 50 Jahre Betrieb aushält. Es gibt einfach Zeitkonstanten, die kann man nicht verkürzen.“
Kommerziell nutzbaren Strom aus Fusionsenergie wird es wohl erst Mitte des Jahrhunderts geben. Wäre es da nicht besser, die Milliarden an Entwicklungsgeldern in aktuelle regenerative Energieprojekte zu investieren, um schnellere Erfolge feiern zu können? Nein, meint Professor Günther Hasinger. Bis zum Jahr 2100 wird die Weltbevölkerung auf ca. 10 Milliarden Menschen anwachsen. Der Strombedarf könnte dann sechs Mal höher sein als heute. Mit regenerativen Energien allein könne der Bedarf nicht gedeckt werden.
„Wenn wir von diesem Faktor sechs zum Beispiel 20 Prozent mit Solarthermie decken wollen, aus der Wüste zum Beispiel, - wir haben da ja Demonstrationskraftwerke, wie das Andasol-Kraftwerk in Spanien, das sehr gut funktioniert, - dann müssen Sie bis zum Jahr 2100 zwei solche Kraftwerke pro Tag ans Netz bringen“, erläutert er. „Wenn Sie weiterhin 20 Prozent mit Windkraft abdecken wollen, - zum Beispiel mit Offshore-Windkraftwerken, die jetzt entwickelt werden -, dann können Sie sich ausrechnen, dass Sie alle drei Stunden bis zum Jahr 2100 eine Windturbine aufstellen müssen.“
Und auch der Ausbau konventioneller Kraftwerke und der Kernkraftwerke hat bekanntlich Grenzen und Schattenseiten. Fusionskraftwerke hinterlassen dagegen lediglich unschädliches Helium und strahlende Gefäßwände, die nach etlichen Jahrzehnten ungefährlich sind. Und die Kernfusion hat großes Potenzial:
„Ein zukünftiges Demokraftwerk und später wahrscheinlich auch kommerzielle Kraftwerke werden zwischen ein und drei Gigawatt Strom erzeugen und sind damit wirklich große Kraftwerke, die einen erheblichen Beitrag zur Stromversorgung leisten können“.
