Die Kernfusion wird oft als der "Heilige Gral" der Energie bezeichnet. Doch was genau ist das, und warum weckt sie so viel Begeisterung unter Wissenschaftlern und Ingenieuren?
Die Kernfusion ist ein Prozess, bei dem zwei leichte Atomkerne, typischerweise Isotope des Wasserstoffs wie Deuterium und Tritium, verschmelzen, um einen schwereren Kern zu bilden, wobei eine enorme Menge an Energie freigesetzt wird. Dieser Prozess ähnelt dem, was im Inneren der Sonne geschieht, wo extreme Temperatur- und Druckverhältnisse den Wasserstoffkernen ermöglichen, zu Helium zu verschmelzen.
Schnittansicht der Iter-Infrastruktur. Der Tokamak ist linkszentral sichtbar.
Bild Wikimedia
Einer der Hauptvorteile der Kernfusion ist, dass sie reichlich vorhandene und zugängliche Brennstoffe verwendet. Deuterium kann aus Meerwasser gewonnen werden, während Tritium aus Lithium produziert werden kann, das ebenfalls weit verbreitet ist. Die Fusion erzeugt keine Treibhausgase, was sie zu einer wesentlich saubereren Energiequelle macht. Sie hat das Potenzial, eine nahezu unerschöpfliche Menge an Energie zu liefern, da ihre Brennstoffe nahezu unbegrenzt verfügbar sind.
Ein einziges Gramm Fusionsbrennstoff kann so viel Energie erzeugen wie mehrere Tonnen Kohle. Im Vergleich zur Kernspaltung erzeugt die Fusion viel weniger radioaktiven Abfall, und der Abfall, der entsteht, hat eine wesentlich kürzere Lebensdauer. Das bedeutet, dass die Herausforderungen bei der Lagerung und Handhabung von Nuklearabfällen erheblich reduziert würden.
Damit die Fusion zweier Atome stattfindet, muss man die Abstoßung der Elektronen an den Rändern der Atome und die Abstoßung der Kerne selbst, die gleich geladene Teilchen abstoßen, überwinden. Im Kern der Sonne übt die starke Schwerkraft einen kolossalen Druck aus, der diese elektrostatistischen Barrieren überwindet. Dieser Druck drückt die Atome trotz ihrer Abstoßung zusammen und ermöglicht so die Verschmelzung der Kerne, wodurch enorme Energiemengen freigesetzt werden.
In einem Fusionsreaktor müssen die Kerne ausreichend aufgeheizt werden, um die elektrostatistische Abstoßung zwischen ihnen zu überwinden. Dies erfordert Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius. Zwei Haupttechniken werden derzeit erforscht, um das Plasma (das heiße Gas, in dem die Fusion stattfindet) zu halten und diese extremen Bedingungen aufrechtzuerhalten: magnetische und trägheitsgestützte Einschlussverfahren.
Fusion von Deuterium und Tritium - Bild Wikimedia
Der magnetische Einschluss wird in Geräten wie dem Tokamak verwendet, bei dem starke Magnetfelder eingesetzt werden, um das Plasma in torusförmiger (ringförmiger) Gestalt zu halten. Der trägheitsgestützte Einschluss beinhaltet die Verwendung von Lasern oder Teilchenstrahlen, um eine kleine Menge Fusionsbrennstoff auf sehr hohe Dichten und Temperaturen zu komprimieren.
Trotz ihrer Versprechen bleibt die Kernfusion technisch komplex. Es ist notwendig, die extremen Bedingungen, die für die Fusion erforderlich sind, stabil und kontrolliert aufrechtzuerhalten, Materialien zu entwickeln, die den intensiven Bedingungen im Inneren eines Fusionsreaktors standhalten, und den Prozess wirtschaftlich tragfähig zu machen, um Energie in großem Maßstab zu produzieren. Einfacher gesagt: Der Reaktor muss mehr Energie freisetzen, als er für seinen Betrieb verbraucht.
Projekte wie ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in Frankreich sind im Gange, um die Machbarkeit der Kernfusion in industriell nutzbarem Maßstab zu demonstrieren. Wenn diese Bemühungen erfolgreich sind, könnten sie die Art und Weise, wie wir Energie erzeugen und nutzen, revolutionieren und eine nachhaltige und saubere Lösung für die langfristige Energieversorgung bieten.