Das Feuer der Sonne

In Kernfusionskraftwerken wird das Funktionsprinzip der Sonne nachgebaut. Die Physikerin Elisabeth Wolfrum über die Chancen dieser Technik.

Bruno Knellwolf
Drucken
Teilen
Schier unendliche Energie der Sonne. Ihr Funktionsprinzip soll auf der Erde genutzt werden. (Bild: epa/Nasa)

Schier unendliche Energie der Sonne. Ihr Funktionsprinzip soll auf der Erde genutzt werden. (Bild: epa/Nasa)

Es der Sonne gleichzutun – ein Traum, den Edward Teller und Enrico Fermi bereits in den 1940er- Jahren hatten. Die beiden US-Physiker waren an der Entwicklung der Atombombe beteiligt und planten mit kontrollierter Kernfusion Energie zu gewinnen. Die Wissenschaft hat seither genau ergründet, was das schier unerschöpfliche Feuer der Sonne speist. Im Sonneninnern geht bei der Verschmelzung leichter Atomkerne ein wenig Masse verloren, im Gegenzug entstehen gewaltige Mengen von Energie aus der Kernfusion von Wasserstoff.

Teilchen fusionieren lassen

Diesen Verschmelzungsprozess versuchen Fusionsforscherinnen wie Elisabeth Wolfrum vom Max-Planck-Institut in Garching zur Stromerzeugung in einem Kraftwerk nutzbar zu machen. «Bei der Kernfusion muss man geladene Teilchen so nahe zusammenbringen, dass sie fusionieren können», sagt die Plasmaphysikerin, die morgen in St. Gallen referieren wird (siehe Kasten). «Die Sonne macht das mit ihrer gewaltigen Masse, mit ihrer Schwerkraft.» Das bringt der Mensch auf der Erde aber nicht hin, weil ihm die schweren Massen der Sonne fehlen.

Will der Mensch es trotzdem der Sonne nachmachen, muss er sich etwas einfallen lassen. An zwei verschiedenen Fusions-techniken wird geforscht: an der magnetischen und an der Laser-fusion. «Man kann ein kleines Kügelchen mit Lasern dermassen zusammendrücken, dass dieses in sehr kurzen Skalen – kleiner als Nanosekunden – so stark komprimiert wird, dass der Fusionsprozess zustande kommt», sagt Elisabeth Wolfrum. Die Laserfusion wird bei San Francisco an der National Ignition Facility (NIF) erforscht. Dort werden 192 Laser auf ein Kügelchen fokussiert, das dadurch auf 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt wird. Läuft der Versuch wie geplant, wird dieses künstliche Sonnenfeuer bald einmal in einem Kraftwerk einen Stern aufblitzen lassen und extrem viel Energie freisetzen.

An der magnetischen Fusion wird am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik geforscht: Starke Magnetfelder schliessen ein von Mikrowellen erhitztes Plasma aus Wasserstoffisotopen ein. In diesem ringförmigen Reaktor kommt es dann zur Fusion der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium und Neutronen. Diese Neutronen tragen extrem viel Energie, die über den Wärmetauscher in einem Kraftwerk genutzt werden soll.

Das Experiment läuft

Elisabeth Wolfrum ist mit dem Max-Planck-Institut am Projekt Iter beteiligt. Iter bedeutet vielsagend «der Weg». Das Experiment entsteht in Südfrankreich und soll «hoffentlich zu einem funktionierenden Fusionskraftwerk führen», wie die Plasmaphysikerin sagt.

Iter wird jetzt gebaut und bis Ende 2018 soll dort erstes Plasma entstehen. Bis 2020 müssen parallel dazu Materialien entwickelt werden, welche den Neutronenfluss mit den hohen Temperaturen bei der Kernfusion aushalten. Im Jahr 2025 sollen dank dem Experiment Iter Resultate vorhanden sein, die in ein erstes Demonstrations-Fusionskraftwerk einfliessen können. Dieses Demo-Kraftwerk soll dann im Jahr 2040 stehen und eine neue Ära der Energiegewinnung einläuten.

«Das ist noch weit weg», sagt sie. Und zeigt auf China. Dort wurde in den letzten fünf Jahren innerhalb des Projekts East ein Versuchsreaktor aufgestellt. «China ist zudem mit zehn Prozent am Projekt Iter beteiligt», sagt Elisabeth Wolfrum.

Wenig Risiken

Als grosses Argument für ein Fusionskraftwerk wird dessen Ungefährlichkeit betont. Ist dem so? «Ja, weil es in diesem Fusionsprozess keine Kettenreaktion wie in der Kernenergie gibt», sagt Wolfrum. Bei der Kernspaltung werden bei jedem Spaltungsprozess wieder mehrere Neutronen erzeugt, die sich ihrerseits wieder spalten. Diese Neutronen werden in der Regel kontrolliert – verliert der Mensch aber die Kontrolle, kann das zu einer Kettenreaktion und zu einer Kernschmelze führen. «Bei der Kernfusion ist dagegen ein Brennstoff vorhanden, der am Ort abgebrannt wird. So wie wenn Sie ein Streichholz anzünden. Wenn das Holz verbrannt ist, ist es weg», erklärt Wolfrum.

Aber natürlich gibt es keine Energieproduktionsform ohne Risiken und Nebenwirkungen. Aus der Fusion von Deuterium mit Tritium entstehen Helium und ein Neutron. Das Helium ist ungefährlich, der Neutronenfluss im Kraftwerk führt aber zu einer, wenn auch geringen Menge an leicht verstrahltem Abfall. Dessen Wirkung verblasst aber in hundert Jahren. Ein Endlager ist somit nicht nötig.

Viel Rohstoffreserven

Hoffnung macht die Fusionstechnik auch, weil die benötigten Rohstoffe Deuterium und Tritium, das aus Lithium entsteht, nicht knapp sind. Deuterium gibt es im Meerwasser beinahe unbegrenzt, und Lithium ist über die ganze Erdkruste verteilt. Elisabeth Wolfrum sieht deshalb optimistisch in die Fusionszukunft: «Wir können es uns nicht leisten, diese Möglichkeit der Energiegewinnung nicht zu erforschen. Auch wenn ich nicht garantieren kann, dass sie funktionieren wird. Ich denke aber schon. Nur mit Sonne und Wind als Alternative werden wir nicht weiterkommen», sagt die Fusionsforscherin.

Elisabeth Wolfrum, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching.

Elisabeth Wolfrum, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching.