Kernfusion - Die "grüne" Atomenergie

Unbegrenzter Brennstoff , kaum radioaktiver Abfall: Die Kernfusion hätte viele Vorteile.

Atomkerne zu spalten ist in unserer Gesellschaft keine akzeptierte Form der Kernenergie. Zu unsicher scheint der Betrieb, zu ungewiss auch die Lagerung des radioaktiven Abfalls.

Kerne zu verschmelzen verspricht hingegen, alle Probleme zu lösen. Indem es die gleiche Kraft nutzt, die auch die Sonne anheizt, könnte ein Fusionskraftwerk täglich aus wenigen Kilogramm Wasserstoffisotopen ein Gigawatt Elektrizität produzieren. Die Isotope verschmelzen zu Helium, dabei werden Energie und schnelle Neutronen frei. Der Brennstoff ließe sich aus Meerwasser und dem häufigen Metall Lithium gewinnen. Treibhausgase entstünden gar nicht, schwach strahlender Müll nur in geringer Menge, und er wäre auf Grund der darin vorkommenden Elemente nach etwa hundert Jahren nicht mehr radioaktiv.

"Selbst wenn ein solches Kraftwerk durch einen Unfall oder einen Angriff dem Erdboden gleichgemacht werden würde, wäre die austretende Radioaktivität so gering, dass schon einen Kilometer weiter keine Räumung nötig wäre", versichert Farrokh Najmabadi, Leiter des Zentrums für Energieforschung an der Universität von Kalifornien in San Diego.

In den vergangenen zwanzig Jahren gelangen enorme Verbesserungen. Tokamak nennen Experten die heutige Generation experimenteller Fusionsmaschinen, die mit gigantischen elektromagnetischen Spulen die ionisierten Wasserstoffisotope in der Brennkammer von den Wänden fernhalten, während sie auf mehr als 100 Millionen Grad Celsius erhitzt werden.

"Inzwischen wissen wir, dass die Fusion machbar ist", erklärt David E. Baldwin, Leiter der Energiegruppe von General Atomics und damit auch des größten Fusionsreaktors der Vereinigten Staaten, des DIII-D, "nicht aber, ob sie auch wirtschaftlich wäre" – und falls ja, wie schnell kommerzielle Reaktoren verfügbar sein werden. "Selbst mit einem Hauruck-Forschungsprogramm bräuchten wir dafür noch 25 bis 30 Jahre." Eine solche massive Förderung aber ist nicht in Sicht.

Fast 20 Jahre sind vergangen, seitdem der Internationale Thermonukleare Experimental Reaktor (Iter) als nächste Entwicklungsstufe vorgeschlagen wurde. Erst im November 2006 unterzeichneten die beteiligten Staaten das Finanzierungsabkommen. Startet der Bau plangemäß 2008 im südfranzösischen Cadarache, geht der mit knapp 10 Milliarden Euro für Bau, Betrieb und Abbau veranschlagte Reaktor wohl im Jahre 2018 in Betrieb.

In der Zwischenzeit testen Tokamaks einer Übergangsgeneration, die derzeit in Indien, China und Korea entstehen, ob Spulen aus supraleitenden Materialien minutenlang das heiße Plasma beherrschen können. Heutigen Maschinen gelingt dies nur für einige Dutzend Sekunden, bevor ihre Energieversorgung zusammenbricht.

Das Projekt Iter verfolgt drei grundsätzliche Ziele. Zunächst wollen die Wissenschaftler nachweisen, dass ein großer Tokamak die Verschmelzung der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium lange genug kontrollieren kann, um zehnmal mehr Energie zu erzeugen, als er verbraucht. Des Weiteren soll untersucht werden, wie die entstehenden schnellen Neutronen genutzt werden können, um Tritium zu erbrüten. Und drittens gilt es, all die für ein kommerzielles Fusionskraftwerk benötigten Technologien miteinander zu verflechten.

In Europa macht man sich auch schon Gedanken über die Zeit danach. In einer Studie konzipierten Forscher vier Kraftwerksmodelle, die sich vor allem hinsichtlich des so genannten Blankets unterscheiden. Diese innere Auskleidung eines Fusionsreaktors soll die schnellen Neutronen abbremsen und so deren Bewegungsenergie in Wärme umwandeln. Die wiederum nimmt ein Kühlmittel auf und führt sie Turbinen zu. Je nach eingesetzten Materialien verkraftet das Blanket höhere Temperaturen, damit wächst der Wirkungsgrad und sinken die Kosten der erzeugten Kilowattstunde.

Selbst wenn Iter alle Hoffnungen erfüllt – er wird nicht ein einziges Watt ins Netz speisen. Einige "Veteranen" dieser Forschung prognostizieren, dass noch zwanzig bis dreißig Jahre an Experimenten notwendig sein werden, um ein Strom produzierendes Kraftwerk im Detail zu entwerfen.

Najmabadi ist da optimistischer. Seine Arbeitsgruppe hat bereits kommerzielle Fusionsreaktoren entworfen. Der jüngste, Aries-AT genannt, wäre kompakter als Iter und damit günstiger zu bauen.

Er würde eintausend Megawatt zum Preis von fünf US-Cent pro Kilowattstunde produzieren. Das wäre bereits wettbewerbsfähig mit heutigen öl- oder gasbetriebenen Kraftwerken.

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