Kernfusion – für immer eine Zukunftstechnologie?

Seit gut 60 Jahren hofft man, „innerhalb der nächsten Jahrzehnte“ die Kernfusionsenergie zur Stromerzeugung nutzen zu können. Tatsächlich würde die Kernfusion vermutlich all unsere Energieprobleme lösen – zumindest für die nächsten paar Jahrhunderte.

Wie funktioniert Kernfusion?

Kernfusion
Kernfusion

Das Prinzip der Kernfusion ist einfach: man bringt zwei Atomkerne so nahe zueinander, dass ihre gegenseitige Abstossung aufgrund ihrer Ladung überwunden wird und sie unter Abgabe von Energie zu einem neuen Atomkern verschmelzen („fusionieren“). Die Temperaturen, die nötig sind, um auf diese Art eine wirtschaftlich nutzbare Menge von Energie zu erzeugen, sind sehr hoch und bewegen sich im Bereich von vielen Millionen Grad Celsius.

Die Kernfusion funktioniert theoretisch mit allen Elementen bis hinauf zum Eisen (darüber braucht die Verschmelzung mehr Energie als sie hergibt: Die Atomkerne werden umso instabiler, je grösser sie sind – deshalb benutzt man auch das sehr schwere, aber vergleichsweise einfach spaltbare Uran, um Kernspaltungsreaktoren zu betreiben) – allerdings steigt die zur Fusion benötigte Temperatur mit der Masse der zu verschmelzenden Atomkerne steil an, da die Ladung – und damit die gegenseitige Abstossung der Atomkerne ebemfalls von der Masse abhängt (tatsächlich wäre die Kernfusion deshalb ein extrem unwahrscheinlicher Prozess – sie wird aber, glücklicherweise, durch den sogenannten Tunneleffekt vereinfacht – ohne diesen quantenmechanischen Effekt könnte in Sternen praktisch keine Kernfusion stattfinden).

Schon lange träumt man nun davon, diesen Effekt technisch nutzbar zu machen. Zwar ist die Kernfusion die Energiequelle der Wasserstoffbombe, dabei wird die Energie jedoch explosionsartig und unkontrolliert freigesetzt: um die Kunst kommerziell nutzbar zu machen, muss das Kunststück gelingen, die Energie langsam und kontrolliert freizusetzen, ähnlich wie in einem Atomkraftwerk im Gegensatz zur Atombombe. Dabei ist die Kernfusion im Allgemeinen „sauberer“ als die Kernspaltung: es fällt, je nach verwendetem Brennstoff, nur wenig radioaktiver Abfall an. Eine Reaktorkatastrophe wie bei Kernspaltungsreaktoren ist unmöglich: Während man bei einem Kernspaltungsreaktor alles tun muss, um den Reaktor daran zu hindern, hochzugehen, muss man bei der Kernfusion alles tun, um den Brennstoff dazu zu bringen, überhaupt erst zu reagieren.

Die Suche nach dem geeigneten Brennstoff

Deuterium-Tritium-Fusion. Quelle: Wikipedia
Deuterium-Tritium-Fusion. Quelle: Wikipedia

Die einfachste Fusion, würde man meinen, wäre also die Fusion von Wasserstoff mit Wasserstoff. Das leichteste Isotop des Wasserstoffs, „Wasserstoff-1“ oder „Protium“, enthält nur ein Proton im Atomkern. Versucht man nun, zwei Protonen miteinander zu verschmelzen, stossen sie sich so stark ab, dass dies unter Bedingungen (Druck und Temperatur), wie wir sie künstlich herstellen können, nicht möglich ist. Deshalb verwendet man in technischen Anwendungen die schweren Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium: Deren zusätzliche Neutronen im Atomkern (1 Proton, 1 Neutron bei Deuterium, 1 Proton, 2 Neutronen bei Tritium) schirmen die Abstossung der Protonen voneinander ab und ermöglichen so eine Kernfusion auch bei tieferen Temperaturen.

Die einfachste Fusion ist jene von Deuterium und Tritium – dabei entsteht ein Helium-Atom (mit 2 Protonen, 2 Neutronen im Kern, deshalb auch „Helium-4“ genannt) und ein freies Neutron. Stossen diese freien Neutronen dann mit anderen Stoffen zusammen (z.B. die Wand eines Fusionsreaktors), lösen sie weitere Kernreaktionen aus: das bestrahlte Material wird radioaktiv und muss entsorgt werden. Zudem ist Tritium radioaktiv und muss erst in konventionellen Atomkraftwerken durch die Bestrahlung von Lithium hergestellt werden, was ebenfalls für zusätzlichen radioaktiven Abfall sorgt. Deshalb denkt man auch über alternative Brennstoffe nach.

Zum Besipiel würde bei der Fusion von Helium-3 (2 Protonen, 1 Neutron) mit Deuterium (1 Proton, 1 Neutron) Helium-4 (2 Protonen, 2 Neutronen) plus ein Proton produziert. Da dieses Proton im Gegensatz zu Neutronen eine elektrische Ladung trägt, kann man es mit Magnetfeldern aufhalten und abbremsen, bevor es Schaden anrichten kann. Eine weitere, weitgehend „saubere“ Möglichkeit (ohne radioaktive Abfälle) wäre die Deuterium-Deuterium-Reaktion. Beide Alternativreaktionen haben aber den Nachteil, dass sie wesentlich höhere Temperaturen benötigen, um nutzbar zu werden.

Im Gegensatz zu den konventionellen Energierohstoffen (Erdöl, Kohle, Uran) haben die Brennstoffe für die Kernfusion den Vorteil, dass sie allgegenwärtig und in gewaltigen Mengen vorhanden sind. Etwa eines unter 8700 Wasserstoff-Atomen ist ein Deuterium-Atom: Das Deuterium in den irdischen Meeren würde fast beliebig weit reichen. Wird Tritium verwendet, ist Lithium, aus dem das Tritium hergestellt wird, der limitierende Rohstoff: davon gibt es selbst in einfach zugänglichen Quellen genügend, um den Energiebedarf der Menschheit für zumindest die nächsten 1000 Jahre sicherzustellen. Lithium-Salze fallen darüber hinaus bei der Meerwasserentsalzung an, die in Zukunft ebenfalls eine wichtige Rolle spielen dürfte. Der Hauptvorteil von Lithium ist aber, dass es global praktisch gleichmässig verbreitet ist: im Gegensatz zum Erdöl konzentriert es sich nicht auf einige wenige Länder. Helium-3 hingegen ist auf der Erde extrem selten, kommt jedoch im Oberflächenstaub des Mondes sowie in den Atmosphären der Gasriesen häufig vor.

Verschiedene Wege, ein Ziel

Es wird auf verschiedenen Wegen versucht, das Ziel der kommerziell nutzbaren Kernfusion zu erreichen. Diese Wege sind verschieden weit fortgeschritten, und es ist unklar, welcher Weg (wenn überhaupt?) letztlich zum Ziel führen wird. Prinzipiell unterscheidet man die Kalte von der Heissen Fusion. Bei der weit herum akzeptierten Heissen FUsion wird der Brennstoff so lange aufgeheizt, bis die Fusion beginnt, während bei der spekulativeren Kalten Fusion Prozesse genutzt werden, die bei Raumtemperatur ablaufen können.

Magneteinschluss-Fusion

Im Innern eines Tokamaks
Im Innern eines Tokamaks

Dieser Typ von Fusionsreaktor basiert auf dem Prinzip der Heissen Fusion und ist wohl am besten erforscht. Dabei wird ein Brennstoff-Plasma (Plasma = Ionisiertes Gas) von Magnetfeldern eingeschlossen und geheizt. Sobald die Fusion beginnt, werden freiwerdende Strahlung und Teilchen genutzt, um Kühlwasser aufzuheizen, das dann widerum einen Generator antreibt. Die verbreitetste technische Umsetzung ist der „Tokamak“: das Plasma ist hier in einem Torus („Donut“) eingeschlossen. Das internationale Projekt „ITER“ (Internationaler, Thermonuklearer Experimenteller Reaktor), an dem sich die Europäer, die USA, Russland, China, Japan und Südkorea beteiligen, zielt darauf ab, die Machbarkeit der kommerziellen Kernfusion zu demonstrieren. Für rund 14 Milliarden Dollar wird nun in Caderache in Frankreich der Reaktor ITER gebaut. Der erste kommerzielle Fusionsreaktor, der, wenn alles gut geht, aus diesem Projekt hervorgehen soll, wird etwa 2040 ans Stromnetz gehen können. ITER wird mit einer Deuterium-Tritium-Fusion arbeiten. Ein weiterer Typ von Magneteinschluss-Fusion neben dem Tokamak ist der sog. Stellerator.

Farnsworth-Hirsch-Fusor

Ein Fusor
Ein Fusor

Dieser Fusionsreaktor (genannt „Fusor“) ist vom Konzept her viel einfacher als die Magneteinschluss-Reaktoren (wie dieser basiert er auf der Heissen Fusion): Allerdings ist es bis heute nicht gelungen, damit einen Energieüberschuss zu erzielen. Diese Technik wird auch als „Inertial Electrostatic Confinement“ (IEC) bezeichnet: Dabei werden Ionen durch Beschleuniger in eine Kammer geschossen. Die Wände der Kammer sind elektrostatisch geladen und halten die Ionen davon ab, mit den Wänden in Kontakt zu treten. Die Temperatur im Innern der Kammer ist in Abhängigkeit der Reaktorgrösse praktisch frei wählbar, das heisst, es wären prinzipiell auch schwerere Brennstoffe wie Bor oder gar Kohlenstoff denkbar. Ein weiterer Vorteil des Fusors ist, dass sich damit direkt Elektrizität erzeugen lässt, ohne den Umweg über Kühlwasser – dies erhöht die Energieeffizienz um etwa den Faktor 3. Der Fusor ist so einfach zu bauen, dass versierte Bastler überall auf der Welt ihn aufgrund von Plänen aus dem Internet selbst zusammenbauen können: doch bisher ist es noch keinem gelungen, damit einen Energieüberschuss zu erzielen. Im Mai 2006 behauptete der berühmte Physiker Robert Bussard (der sich den Bussard-Antrieb für interstellare Raumschiffe ausgedacht hatte), es sei ihm gelungen, eine Effizienzsteigerung vom Faktor 100000 zu erzielen. Aus den Gesetzen zur Skalierung von Fusoren ist bekannt, dass dies, bei entsprechender Grösse des Reaktors ausreichen würde, um Energie zu erzeugen. Allerdings wurden Bussard im Zug der amerikanischen Budget-Kürzungen alle Gelder gestrichen. Er glaubt aber, mit etwa 100 bis 200 Millionen Dollar und 10 Jahren Zeit einen funktionierenden, kommerziellen Fusor herstellen zu können.

Elektrochemische Fusion

Unter den Methoden zur Kalten Fusion ist vor allem die sogenannt „elektrochemische Fusion“ bekannt. 1989 ging die Ankündigung um die Welt, es sei zwei Wissenschaftlern gelungen, Kalte Kernfusion zu realisieren, in dem Schweres Wasser (Wasser, dessen Moleküle aus zwei Deuterium- und einem Sauerstoffatom bestehen) durch eine Palladium-Matrix geleitet wurde. Dies hatte explodierende Palladium-Preise und ein riesiges Medienecho zur Folge. Tatsächlich liess sich die angebliche Fusion nicht überzeugend beweisen, und der übertriebene Hype gilt seither als Beispiel dafür, dass Kalte Fusion ein Hirngespinnst ist. Tatsächlich sind die Ergebnisse nicht ganz so eindeutig: So gibt es Experimente, die von Anzeichen für Fusion sprechen, während andere das Gegenteil zu zeigen scheinen. Zur Zeit interessiert sich das Departement of Energy der US-Regierung wieder für die Experimente und will sie einer erneuten, genaueren Prüfung unterziehen (die erste solche Prüfung hatte in den frühen 90er Jahren mit dem Ergebnis geendet, die Experimente seien nicht unter wissenschaftlichen Bedingungen durchgeführt worden).

Bläschen-Fusion (Sonofusion)

Dieser Fusionstyp (der ebenfalls zur Kalten Fusion gerechnet wird) funktioniert folgendermassen: In einer mit Deuterium angereicherten Flüssigkeit werden mit Hilfe von Ultraschallwellen kleine Bläschen erzeugt: diese kollabieren sofort wieder, wobei in ihrem Inneren erstaunlich hohe Temperaturen und Drücke auftreten. Bekannt ist, dass die Temperaturen 10000 °C überschreiten können, aber Forschern in den USA ist es angeblich gelungen, diese Temperaturen auf viele Millionen Grad hochzutreiben, so dass Fusionsprozesse in Gang kamen. Auch hier wieder wurden die Ergebnisse angezweifelt. Selbst, wenn sich diese Ergebnisse aber bestätigen sollten, ist nicht klar, ob es möglich wäre, auf diese Weise tatsächlich Energie zu gewinnen.

Myon-katalysierte Fusion

Myonen sind instabile Teilchen (ihre Halbwertszeit beträgt etwa 2 Mikrosekunden), die den Elektronen ähneln und eine negative Ladung tragen. Wegen ihrer negativen Ladung können sie in Atomen die Elektronen in der Atomhülle ersetzen. Durch ihre höhere Bindungsenergie rückt die Atomhülle deutlich näher an den Kern heran, so dass die Fusion von zwei Atomen, in deren Hüllen sich Myonen befinden, viel wahrscheinlicher wird als mit Elektronen. Die Kerne fusionieren, und die Myonen werden dabei freigesetzt und stehen für weitere Kernfusionsreaktionen zur Verfügung, so lange, bis sie zerfallen. Das Myon ist damit kein Reaktionspartner, sondern eine Art Katalysator, der die Fusion der Teilchen vereinfacht. Theoretisch könnte ein Myon etwa 2000 Fusionsreaktionen katalysieren, bevor es zerfällt: die dabei freigesetzte Energie würde den Energieaufwand für die Erzeugung von Myonen weit übertreffen: man hätte eine Netto-Energiequelle. In Versuchen wurden bis zu 100 katalysierte Fusionsreaktionen erreicht. Leider tendiert das Myon dazu, in einer Minderzahl der Fälle am Fusionsprodukt (z.B. Helium) hängenzubleiben – diese Myonen werden aus der Katalyse entfernt und zerfallen ungenutzt. Gelänge es, die Myonen daran zu hindern, am Fusionsprodukt hängenzubleiben, ihre Lebensdauer (und damit die Anzahl katalysierter Fusionen) zu erhöhen oder den Energieaufwand für die Herstellung von Myonen zu verringern, wäre die kommerzielle Nutzung möglich. Zur Zeit besteht jedoch wenig Hoffnung, dass diese Probleme in nächster Zeit gelöst werden könnten.

Kommt die Kernfusion noch rechtzeitig?

Von all den genannten technischen Annäherungen an die kommerzielle Kernfusion ist wohl der Magnetfeldeinschluss-Ansatz am weitesten entwickelt. Der Bau von ITER ist vereinbart, bereits in diesem Jahr beginnen die ersten Bauarbeiten. 2016 soll erstmals ein Plasma im Reaktor erzeugt werden, für 2020 ist die erste Fusionsreaktion geplant, danach sind noch zwei weitere Zwischenschritte bis zum ersten kommerziellen Reaktor vorgesehen, der 2040 ans Netz gehen soll. Kommt die Kernfusion damit rechtzeitig, um die kommende Energiekriseabzuwenden? In den kommenden Jahren steht Peak Oil an, das Allzeit-Maximum der globalen Erdölförderung. Danach werden die Erdölpreise stetig steigen, die Klammer zwischen sinkendem Energieangebot und steigender Energienachfrage (so lange die Weltwirtschaft wächst, wird ihr Energiebedarf steigen) wird sich stetig weiter öffnen.

Das ITER-Projekt
Das ITER-Projekt

2040 ist also vermutlich zu spät: Wenn die Kernfusion tatsächlich bereits zu diesem Zeitpunkt realisiert wird, wird sie vermutlich eine gut dreissigjährige weltweite Rezession beenden. Zurzeit bestehen aber kaum Aussichten, dass eines der anderen vorgestellten Verfahren früher zum Erfolg führen könnte: Die angeblichen Erfolge mit dem Farnsworth-Hirsch-Fusor sind noch nicht überprüft oder bestätigt, genauso dubios und unklar sieht die Situation zurzeit bei der Bläschen-Fusion aus. Der elektrochemischen Fusion gebe ich die geringsten Chancen, da hier nicht einmal ein Modell existiert, nach der sie ablaufen könnte: Nach allem, was wir wissen, dürfte dieser Fusionstyp gar nicht funktionieren. Mein „Geheimfavorit“ für die Kalte Fusion ist nach wie vor die Myon-katalysierte Fusion, auch wenn dafür einige technische Durchbrüche nötig wären, die heute noch nicht absehbar sind. Eine Gesellschaft aber, die die Myon-katalysierte Fusion beherrscht, könnte überall dort, wo es Wasserstoff und Helium gibt (angesichts dessen, dass dies die zwei häufigsten Elemente im Universum sind, könnte man auch gleich schreiben: überall!), Energie in unglaublichen Mengen erzeugen, und das mit vergleichsweise einfacher Technik. Wenn Antimaterie das Tor zum Sonnensystem ist, dann ist die Kalte Fusion der Schlüssel zum Universum.

Eine Möglichkeit haben wir aber bisher nicht bedacht: Was, wenn die komerzielle Kernfusion unmöglich bleibt? Was, wenn es nicht gelingt, mit ITER Netto-Energie zu erzeugen, wenn sich herausstellt, dass die Magneteinschluss-Fusion bei allen Reaktorgrössen nicht funktioniert? Was, wenn sich auch alle Kalten Fusionstypen letztlich als nicht realisierbar heraus stellen, und auch der Fusor nicht mehr Energie liefern kann, als hineingesteckt wird? Dann wird die Zivilisation damit leben lernen müssen, dass plötzlich sehr viel weniger Energie zur Verfügung steht, als benötigt würde. Nach dem Ende der fossilen Rohstoffe bliebe nur die rechtzeitige Umstellung auf erneuerbare Energiequellen, die bemannte Erforschung und Besiedlung des Sonnensystems könnte auch gleich gestrichen werden. Je nach dem, wie wir uns bei diesem schwierigen Umwandlungsprozess halten, könnte es auch sein, dass unsere Zivilisation zurück fällt in ein dunkles Zeitalter, bevor, Jahrhunderte oder Jahrtausende in der Zukunft, der Phönix der Zivilisation wieder aufersteht.

Interessant, dass sich im Verlauf der kommenden zehn, zwanzig Jahre defintiv entscheidet, welchen Weg wir nehmen werden, je nach dem, wie die ITER-Experimente ausgehen. Wir leben wirklich in interessanten Zeiten.

Das ITER-Projekt

Wikipedia: Kernfusion

Die wichtigsten Kernbrennstoffe

37 Kommentare

  1. Allenfalls gibt es ja noch die Focus Fusion, Polywellfusion usw. Die Fusion sollte also nicht abgeschrieben werden. Ansonsten gibt es ja noch den LFTR 😉

  2. Dass im Kampf um Geld Dinge gerne extremer dargestellt werden als sie sind, positiv oder negativ, ist klar.
    Weiters darf bezweifelt werden ob einen einzelne Person in einem Projekt dieser Größenordnung eine ernstzunehmende Prognose abgeben kann. Dass der eine oder andere im Angesicht dieser Aufgaben resigniert darf aber als sicher angenommen werden.
    Dass das ganze ein Betrug zum Zwecke des Selbsterhalts ist darf ebenfalls bezweifelt werden. Das bedeutet jedoch nicht, dass das Ergebnis der Bemühungen nicht auch die Erkenntnis sein kann, dass Fusionsreaktoren nicht wirtschaftlich zu realisieren sind.
    Aber dann wissen wir wenigstens das. Das Geld ist also keines Falls raus geschmissen.

  3. neulich wurde ein wissenschaftler einer fusionsforschungsanlage im TV zitiert mit den worten

    „…ob es jemals einen brauchbaren fusionsreaktor geben wird, darf man ernsthaft bezweifeln, aber wir verdienen hier als forscher unsere brötchen damit. so geben wir nach außen das signal, dass wir noch weitere erkenntnisse bräuchten…“

    der mann wollte verständlicherweise namentlich nicht genannt werden.

  4. Ja die Fusion…

    Also zu mindest Fusion à la ITER wird meines Erachtens wirtschaftlich unmöglich bleiben. Der Netto-Energiegewinn ist nur die erste, und einfachste, technologische Hürde, die da genommen werden muss.

    Die zwei Achillesfersen des Ganzen sind zum einen Werkstoffe, die Jahrelangen Dauerbetreib (und Neutronenhagel)aushalten, das ist wenigstens theoretisch machbar.

    Völlig unrealistisch erscheint aber die Tritiumproduktion. Tritium muss, wenn das Fusionskraftwerk wirtschaftlich arbeiten soll, im Kraftwerk selbst erzeugt werden. 1kg Tritium aus Schwerwasserreaktoren kostet zum Vergleich 30 Millionen US-Dollar, auf der ganzen Welt gibt es momentan nicht einmal 20 kg. Ein 1 GW (thermal) Fusionskraftwerk, das DT-Fusion betreibt, braucht aber ca. 56 kg pro Jahr. Um die Selbstversorgung mit Tritium führt also kein Weg vorbei, wenn Wirtschaftlichkeit das Ziel ist.

    Bei der DT-Fusion entsteht ein Neutron, aus diesem will man mit Neutronenmultiplikatoren mehrere machen und mit diesen dann mehr Tritium aus Lithium erbrüten, als verbrannt wurde. Das ist völlig unrealistisch, vor allem auch angesichts der Tatsache, das schon Brutreaktoren mit Neutronenüberschuss immer noch nicht funktionieren.

    (Quelle: http://arxiv.org/abs/0911.2628 einfach oben rechts das PDF runterladen, Informationen unter 5.2)

    Es gibt heute noch kein Blanket Design, welches selbst theoretisch genügend Tritium für ein einziges Fusionskraftwerk geschweige denn deren Expansion produziert.

    Völlig lächerlich ist auch, dass ITER als Meilenstein der Fusionsenergieforschung verkauft wird und das Blanket einfach nicht gebaut wird. Die Jungs wissen, dass sie ihre Arbeitsplätze los sind, wenn sie in dem Bereich Resultate bringen sollen.

    DT-Fusion mit magnetischem Einschluss ist unrealistisch, hat Unmengen an Geld gekostet und minimale Ergebnisse hervorgebracht. Wir sollten uns auf erfolgversprechendere Technologien konzentrieren.

    ITER benutzt die Hoffnung auf eine billige Energiequelle, um teure und unnütze Grundlagenforschung zu rechtfertigen.

  5. Ich verstehe die Myon-Geschichte nicht ganz…
    Die Atom“hülle“ soll ja die positive Ladung ausgleichen,
    damit sich die Nuklei in nach außen neutrale, kleineren Atomen näher kommen.
    Aber erzielte man im Erfolgsfall nicht bald Temperaturen, bei denen ein
    Plasma mir frei beweglichem Myonen entsteht?
    Bleibt der Effekt dann erhalten?

  6. Was geschehen mußte, ist geschehen:

    Die Grünen in Deutschland haben sich nun auf den Fusionsreaktor ITER gestürzt – vermutlich weil sie mit dem Ausstieg aus der Kernenergie kein Alleinstellungsmerkmal unter den Parteien mehr haben und ein neues Schlachtfeld brauchen.

    Das Argument: zu teuer und bislang kommt nix bei raus.

    Teuer ist es zweifellos; ob nix dabei raus kommt weiß man aber erst wenn das Ding läuft. Und sollte die Energiegewinnung möglich sein dann wird es sich in jedem Fall gelohnt haben – Folgereaktoren werden ja nur einen Bruchteil der Kosten haben.

    Gruß Alex

  7. Na, da bin ich doch mal gespannt, ob die Menschheit 2040 zum Teufel geht oder man mit diesen Fusionsreaktoren sämtliche anderen Kraftwerke ersetzen können wird. Für mich klingt das jedenfalls alles einigermaßen realisierbar. Man denke nur mal an die Aussage: \“Der Mensch wird nie den Boden verlassen.\“ Und was ist heute? Man fliegt in unterschiedlichsten Geräten innerhalb und außerhalb der Atmosphäre herum und ist sogar vor mittlerweile 40 Jahren auf dem Mond gelandet. Oder man wirft einen Blick auf die Entwicklung von Computern, die vor 50 Jahren ganze Räume ausfüllten und gerade so das Spiel \“Asteroids\“ oder wie das heißt schafften und heute bequem in den Rucksack passen und hochkomplexe Spiele wie zum Beispiel CoD problemlos meistern.

    Mal ernsthaft, wir Menschen sind die intelligenteste Spezies auf dieser Kugel, da wird man sowas doch schaffen können!

    • „Oder man wirft einen Blick auf die Entwicklung von Computern, die vor 50 Jahren ganze Räume ausfüllten und gerade so das Spiel \“Asteroids\“ oder wie das heißt“

      „Asteroids“ kam erst 1978 auf den Markt – da waren Computer schon nicht mehr ganz so klobig…

  8. das ist sehr gut erklärt… ich habs nicht so mit verstehen von texten… aber bei dem hier wird die kernfusion beschrieben als wäre es das einfachste der welt…

  9. Danke, das ist eine schöne Übersicht über die Kernfusion.
    Ich bescheftige mich für mein Studioum mit dem Thema und hab hier tatsichlich neue Methoden gefunden, die sonst nicht erwähnt werden.
    Mich verwundert es aber sehr, dass das Trägheits-Einschlissverfahren garnicht erwähnt wird. Meiner Meinung nach ist es, nach dem megnetischem Einschlussverfahren, der zweit vielversprächendste Ansatz.
    Hier paar wichtige (abgeschloßene, aktuelle und zukünftige) Programme:
    ASTERIX-IV (Tschechische Republik)
    ISKRA (Russland)
    NOVA (USA)
    OMEGA 60 und OMEGA EP (USA)
    NIF: National Ignition Facility (USA)
    HiPER : European High Power laser Energy Research (EU)

  10. Man kann auch Wasser, mit einem Elektrolyten (KOH) versetzt,
    elektrolysieren und den Wasserstoff wieder oxidieren, und wieder elektrolysieren. D2O und HDO werden langsamer gespalten als H2O, sodaß sich fast reines Deuterium isolieren lässt, wenn man den Vorgang oft genug wiederholt.
    Die Isotopentrennung ist jedenfalls erheblich einfacher als die Trennung von Uran 235 und 238, die für die meisten Kernspaltungsreaktoren gebraucht wird.

  11. Man filtert es nicht, man konzentriert es, vermutlich über Verdampfung/Kondensation. Selbstverständlich braucht das Energie – aber niemals so viel, wie das Deuterium in einem Fusionsreaktor liefert.

    en.wikipedia.org/wiki/Deuterium#Concentrating_natural_abundance_deuterium

  12. Auch bei der Fusion von Helium 3 und Deuterium entsteht in Folge von Nebenreaktionen Tritium und Neutronen, die in der Reaktorwand Atome in radioaktive Nuklide umwandeln können.

  13. Gegen eine wirklich saubere Kernfusionstechnik (nicht wie ITER, keine Deuterium-Tritium-Fusion) ist aus ökologischer Sicht gar nichts einzuwenden. Sie produziert enorme Energiemengen aus alltäglichen Stoffen und setzt weder CO2 noch gefährliche Stoffe (wie radioaktive Abfälle bei der Kernspaltung) frei.

    Der grösste Vorteil der Kernfusion ist allerdings ihre Skalierbarkeit: man kann davon theoretisch so viel haben, wie man will. Die Kapazität der Erde für Solar- oder Windenergie (etc.) ist aber irgendwann erschöpft.

  14. Wie ich schon sagte – die Erde strahlt ihre Wärme an das All ab: die Wärme, die die Erdoberfläche von der Sonne (und zu einem kleinen Teil, aus dem Erdinneren) erreicht, tritt ins Gleichgewicht mit der Wärme, die sie ins All abstrahlt. Erwärmt sich die Erde, strahlt sie mehr Energie ins All ab (wenn z.B. Abwasser erwärmt wird, stebt dessen Wärme danach, mit der Umgebung in einen Ausgleich zu treten – aber gleichzeitig setzen Körper entsprechend ihrer Temperatur Wärmestrahlung frei – je heisser im Vergleich zu seiner Umgebung, desto schneller kühlt ein Körper ab – und genau das gilt auch für die Erde: je wärmer sie wird, desto mehr Wärmestrahlung gibt sie an das Universum ab).

    Die Sonne strahlt an der Oberseite der Atmosphäre rund 1367 Watt pro Quadratmeter ein, davon erreicht etwa ein Drittel die Erdoberfläche. Die Erdwärme hat eine Leistung von etwa 0.06 Watt pro Quadratmeter. Maschinen etc können diese Werte zwar lokal übertreffen, aber auf die gesamte Erdoberfläche gesehen machen sie fast nichts aus.

  15. Die \“Wärme-Strahlung\“ von Körpern verhält sich nach dem \“Stefan-Boltzmann-Gesetz\“. Dort geht die Temperatur mit der !!vierten!! Potenz ein. Das Problem bei der Wärme-Dampf-Strom Erzeugung ist das der Kondensator das Medium auf Annähernd Umgebungstemperatur runterkühlt. D.H. aus 1Tonne Dampf mit 200°C werden (geschätzt) 1*X Tonnen Wasser mit 20.1°C. Das heißt es wird sehr viel Wasser mit annähernd Umgebungstemperatur erzeugt. Bei diesen \“Abwasser\“ ist die \“Wärmestrahlung\“ vernachlässigbar klein und die \“Abwasser\“ Atome Stimulieren ihre \“Nachbar\“ Atome mittels \“Konduktion\“. Zusammenfassung: Die klassische \“Stromerzeugung\“ mittels des Wärme-Dampf-Strom Verfahrens heizt die Erde kontinuierlich auf.

  16. Man kann berechnen, welchen Anteil die von Menschen erzeugte Wärme an der totalen Wärme, die die Erde abstrahlt, hat – sie ist vernachlässigbar klein. Man muss sich vor Augen halten, dass die Erde von der Sonne rund 10000 Mal so viel Energie erhält (und grösstenteils in Form von Wärme wieder abstrahlt), als die Menschheit heute braucht.

    Die Wärme bleibt übrigens nicht einfach \“da\“, sondern wird früher oder später in den Weltraum abgestrahlt. Und die Energie, die uns von der Sonne erreicht, tut das nicht in Form von Wärme (die ein Medium braucht, die es im interplanetaren Raum nicht gibt), sondern in Form von Strahlung, die erst auf der Erde in Wärme umgewandelt wird.

  17. Ich möchte hier auf ein Grundlegendes, aber vergessenes,
    Problem der Stromerzeugung eingehen.
    Sei es Fossil, Kernspaltung oder Kernfusion … alle erzeugen Strom über den Umweg von Wärme. D.H. \“kalte\“ Materie (z.B. Kohle, Uran oder Wasserstoff usw.) wird in Wärmeenergie umgewandelt und über den Umweg von Dampf und der Temperatur-Differenz zu einem \“Kondensator\“ mittels der daraus entstehenden Druckdifferenz in elektrische Energie umgesetzt.
    Nun das Problem: Die !! Wärmeenergie !! die dabei entsteht bleibt der Erde immer erhalten, selbst wenn Sie in einem \“kalten\“ Kondensator erst einmal \“unsichtbar\“ wird -> sie bleibt immer da !!!
    Das mag im kleinen unauffällig sein aber im globalen Maßstab und über Jahrzehnte gerechnet ist das ein reales
    Problem. Die Sonne selbst erzeugt zu allererst Wärme und
    somit erzeugt die Kernfusion zu allererst Wärme.
    Ich bin kein Geologe aber ich habe so ein gefühlt das die
    \“Abwärme\“ aus den verschieden \“Verbrennungs\“-Prozessen einen
    wesentlichen anteil an der globalen Erwärmung hat und
    somit die Kernfusion als \“Ende\“ aller Energie (Strom)
    Probleme somit noch einige Probleme bereitet.

  18. Guter informativer Artikel der leicht verständlich geschrieben ist. Die kalte Fusion scheint mir auch der Fusionsprozess zu sein der sich letzendlich durchsetzt. Aber nur über dem Umweg mit den System der eingeschliessenden Magnetfeldern. Die Gefahr ist dass die Probleme dort einfach nicht lösbar sind sehr groß. Alleine der sogenannte Torus ist von so komplexer geometrischer Natur, verbunden mit den unglaublichen Materialproblemen die ein Millionen Grad heisses Plasma hervorruft und sicher noch zig anderer Probleme, wird es sehr sehr schwierig sein dies noch in diesem Jahrhundert zu lösen. Diese Meinung scheint sich auch bei den Machthabern dieser irren und vom Betrug durchsetzten Welt durchgesetzt zu haben, wie man an dem forcierten Ausbau eines Megasolarprojekt in der Sahara sieht.

    Allen Forschern die an der Kernfusion arbeiten wünsche ich viel Glück Ausdauer und viele wissenerweiterende Zufälle, um diese fantastische Vision der Kernfusion realisierbar zu machen.

    Ihr seid die wahren Helden unserer Zeit.

  19. oh man,denkt nicht einfach so EINFACH! Es ist ALLES MÜLL,das man Wasserstoff benutzen wird!
    Die Weltmacht ist so korrupt geworden,das es nix bringen WIRD!
    Die Herstellung von Wasserstoffautos ist TEUER! NEIN,nicht die Materialkosten,sondern die KOSTEN für WELTLICHE STEUERN,STEUERN von der Chemoindustrie und STEUERN dann noch vom Staat! DA KOMMT EINE FATAL gewaltige SUMME aufsich! Und stattdessen wird man am Ende ABGEZOCKT,für ein Billig Wasserstoffauto,welches für man mehrere dutzend Tausende Euros zahlen muss?
    Und selsbt wenn es kommt!
    Die Ölkonzerne werden NIEMALS und das NIEMALS so den Ölmarkt aufgeben und ALLES daran versuchen,das ÖL schön weiterverkauft wird! Bedenkt,das dort ziemlich viel Geld exitiert. Mal ein paar mehr als 100 billiarden? Naja,es ist nicht so einfach,wie es sich anhört! Der TÜV ist nur ein Pickel dagegen,ob solche Autos sicher sind!

  20. Wasserstoff braucht Energie (in der Regel Strom) zur Herstellung, sehr viel Energie… (und ist deshalb vermutlich langfristig dem Akku unterlegen) Diese Energie muss auch erst irgendwoher kommen – und genau da braucht es (vermutlich) die Kernfusion.

  21. ich denke, wenn das öl alle ist, werden wir endlich mal wasserstoff betriebene fahrzeige fahren, das ist umweltfreundlich, nur zur zeit noch riskant…
    das mit der kernfusion wird schon funktionieren, bis jetzt haben wir alles überstanden und die meisten ziele erreicht:)

  22. nein nein, das:\“ja ist eigentlich Sonnenenergie\“ bezog sich auf die Biokraftstoffe.Die Verbrennung von Kohle zur Energiegewinnung wäre auch eher eine Notlösung um die vllt. 2 bis 3 Jahrzehnte Energienot zu überbrücken(und um das Erdöl für Dünger und Petrochemie zu schonen).
    Besonders ist es wichtig das es nicht reicht Kernfusion \“ein wenig\“ über den \“Nullenergielevel(break-even-point)\“ zu bringen, sondern sie müsste mind so Rentabel(energetisch) sein das die Energiekosten für Aufbau/Lebensdauer und Wartung gdeckt werden um eine echte Alternative zu bieten(was die \“Wartezeit noch ein bisschen erhöhen dürfte(oder ist das schon mit eingerechnet?)).
    Ansonsten vielen mir zur Überbrückung ein:
    Einsparmaßnahmen(immer gut)
    Geothermie(geeignete Stellen?)
    Wasserkraft(Energiekosten für Aufbau/Lebenszeit)
    Windkraft(erhöht aber dummerweise die Inneffizienten Teillastzeiten anderer Kraftwerke)
    Photovoltaik(siehe Windkraft+wirkungsgradeinbruch bei hohen Temperaturen(halbleiter))
    Holzverbrennung(ich höre die Grünen schreien)
    Biokraftstoffe(Düngerproblem)
    Kernenergie
    Solarthermie(siehe Windkraft)
    Vieles davon ist ausbaufähig sicher, nur wenns nicht reicht(zur Überbrückung der Ölkriese)…?
    Deshalb hatt ich die Kohle als Notlösung angeboten, nicht als Favorisierte.

  23. Kohle ist zwar letztlich Sonnenenergie, aber das heisst nicht, dass sie deshalb das \“ökologische\“ Label verdient hat, das der Photovoltaik (Solarzellen) oder Solarheizung anheftet – deren Ökologie äussert sich in der Klimaneutralität und der Vermeidung von gefährlichen Abgasen. Dass Kohle demnach \“Solarenergie sei\“, ist lediglich ein billiger Propaganda-Trick der Kraftwerksbetreiber.
    Das Ende des Erdöls ist vor allem auch ein Treibstoffproblem , das sich durch Kohleverflüssigung nur sehr bedingt entschärfen lässt. Zudem sorgt die Kohleverbrennung für eine Menge Russ (mit schweren gesundheitlichen Folgen), ganz zu schweigen von den Tonnen von Uran, die in geringen Konzentrationen in der Kohle enthalten sind und durch deren Verbrennung in die Luft gelangen. Neben den Treibstoffverbrauchern und der Petrochemie bekommt auch noch die Düngemittelindustrie Probleme, wenn sich das Öl verteuert.
    Von daher können wir wirklich nur darauf hoffen, dass sich auf dem Gebiet der Kernfusion bald die Durchbrüche einstellen.

  24. wenn das Problem \“nur\“ an 2-3 jahrzehnten ohne Öl als Treibstoff liegt haben wir ja noch die Kohle als Primärenergiequelle(oder rentable Biokraftstoffe(ja ist eigentlich Sonnenenergie)).
    Das noch kritischere Problem beim Ölverlust würde ich eher in den Einbußen der Petrochemie sehen da u.a. ja auch Forschungen auf ihre Erzeugnisse angewiesen sind(obwohl man dort mit der auf Kohle gewonnenen Energie villeicht noch ein bischen mehr aus den Ölfeldern hohlen könnte als es Energetisch sinnfoll wäre aber danach…)

  25. Faszinierendes Thema…. Ich bin zwar kein Anhänger von Verschwörungstheorien… kann sein dass bereits erprobte Technologien von der Regierung unter Verschluss gehalten werden…. es währe doch sehr dumm die noch möglichen Gewinne am Verkauf von Öl durch etwas neues zu ersetzen.. die Erfahrung zeigt dass dies oft der Fall ist… außerdem gibt es viele Denker mit sehr \“perversen\“ Ideen und das wiederrum bedeutet das ein völlig neuer Energiegenerator plötzlich den Umbruch bringen könnte.. Die Fakten sprechen jedenfalls davon dass der Mensch im letzten, sehr kurzem Abschnitt seines daseins auf diesem Planeten sehr viele Entdeckungen gemacht at. Wenn man die Entwicklung der letzten 100 jahre mit den Entwicklungen der 1900 jahre davor vergleicht.. grenzt es an Wahnsinn kein Lächeln im Gesich zu haben..

  26. Selbst der damalige Papst der Kernphysik, Ernest Rutherford,
    hat die technische Verwertbarkeit der Kernenergie als nonsense bezeichnet,
    und so sah es damals auch aus.

    Die Kernfusion ist heute in einer weitaus besseren Ausgangssituation. Es sind lediglich technische Schwierigkeiten, die einer wirtschaftlichen Energieerzeugung noch im WEge stehen.

    Ich denke, vor solchen Schwierigkeiten standen auch die ersten Flugmaschinenbauer, die Raketenpioniere, nicht zuletzt die Atombombenbauer…..

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