Erreichen wir bald das Zeitalter der Kernfusion?

Man redet immer wieder davon, saubere Energie, möglichst kostengünstig für alle Produzieren zu können. Die sollte dann am besten noch umweltfreundlich sein und am besten auch keine Emissionen oder Abfall produzieren. Natürlich arbeitet man schon lange an der Nutzung von Wind und Sonnenenergie, aber auch Gezeiten, Thermalkraftwerke und Wasserkraftwerke, sorgen inzwischen schon für saubere Energie. Aber bei diesen Kraftwerken benötigt man immer auch die passenden Gegebenheiten, um die Anlagen betreiben zu können. Die Kernernergie, also die Atomkraftwerke bieten die Möglichkeiten den Strom nahezu überall zu erzeugen und bieten eine recht große Ausbeute im Gegensatz zum Einsatz und Emissionen sind mit dem Wasserdampf auch erträglich. Der Nachteil ist, dass dabei Atommüll entsteht, den man nicht weiß in den Griff zu kriegen. Die alten Brennstäbe werden meist in gut verschlossenen Gefäßen in irgendwelchen Bergwerkstollen gelagert, wo man noch nicht absehen kann, ob das wirklich so sicher ist, wie man vermutet.

Das Problem ist die dabei, dass eben bei der Kernspaltung radioaktiver Abfall entsteht mit einer sehr langen Halbwertzeit. Das Heißt, dass es sehr lange dauert, bis diese Strahlung sich abgebaut hat und das Material damit keine lebensbedrohliche Strahlung mehr abgibt. Man redet dabei sogar von einigen X-Tausend Jahren. Plutonium hat zum Beispiel eine Halbwertzeit von ca. 375.000 Jahren, wohin Jod 129 schon Halbwertzeit von 17.000.000 Jahren aufweist.

Was ist aber mit der Kernfusion. Man hat das wahrscheinlich immer wieder mal gehört, aber ist das nicht auch Kernenergie? Tatsächlich fällt die Kernfusion natürlich unter den Kernenergien, sie ist aber deutlich sauberer, da bei der Kernfusion keine Material gespalten wird, sondern, wie der Name schon sagt, fusioniert (zusammengefügt) wird. Warum hat man dass dann nicht schon früher gemacht? Das liegt daran, dass die Kernfusion wesentlich schwieriger ist zu beherrschen.

Simple gesagt wird bei der Kernspaltung ein Atomkern gespalten, bei dem sich dieser Atomkern dann in zwei kleinere Atomkern aufteilt. Bei dieser Reaktion wird Energie freigesetzt. Bei der Kernfusion wie sie in der Sonne stattfindet, werden zwei Helium 3 Kerne zu einem Helium 4 Kern fusioniert, und auch bei diesem Prozess, entsteht Energie. Dies geschieht im Kern der Sonne unter einem Druck von 250 Milliarden Bar und einer Temperatur von gut 15 Millionen Kelvin. Dieser Prozess geschieht in der Sonne viele Millionen Mal in der Sekunde und es werden dabei 4.2 Millionen an Masse verbrannt. Eigentlich ist der Prozess in der Sonne noch etwas Komplexer, aber am Ende kann man sagen, dass durch das Verschmelzen (fusionieren) von Atomen, Energie freigesetzt wird.

Auf der Erde ist das Etwas schwieriger, da wir keinen Druck von 250 Milliarden Bar erzeugen können. Der höchste erzeugte Druck hier auf der Erde, liegt bei 3,3 Millionen Bar also grade mal ein 150.000 tausendstel dessen was man benötigt, um eine Kernfusion bei 15,6 Millionen Kelvin zu erzeugen. Die höchste künstlich erreicht Temperatur, die man je erreicht hat, liegt bei 5 Billionen Kelvin im Teilchenbeschleuniger. Auch ohne Teilchenbeschleuniger, in der sogenannten Z-Maschine wurde in einem Plasmastrom eine Temperatur von 2 Milliarden Kelvin nachgewiesen. Auch für die Kernfusion benötigt man einen Plasmastrom, und da wir nicht diesen enorm hohen Druck erzeugen können, muss man einen Plasmastrom erzeugen, mit einer Temperatur von 100 - 150 Millionen Kelvin.

In Südfrankreich ist man nun in der letzten Bauphase für genau so ein Kraftwerk. Dieses Kraftwerk mit der Bezeichnung iter (lateinisch für Weg) ist aber erstmal eine Testanlage, mit der man versuchen will bis zum 10 fachen der benötigten Leistung zum Betrieb der Reaktors, aus selbigem wieder heraus zu holen. Dieses Projekt geschieht in Zusammenarbeit mit der Europäischen Union, China, Japan, Russland, Indien, Schweiz und den USA . Alle arbeiten und finanzieren daran, dieses Projekt mit Erfolg abzuschließen. 2025 sollen die ersten Tests starten und soll bis dahin 20 Milliarden Doller gekostet haben. 2035 will man dann tatsächlich eine Leistung von 500 Megawatt ins Netz einspeisen. Auch wenn dieses Projekt sehr kompliziert und schwierige realisierbar zu sein scheint, ist man zuversichtlich. Schwierig ist es eben diesen Plasmastrom mit dieser gewaltigen Temperatur innerhalb des Reaktors zu halten. Dies wird mittels Magnetfeld realisiert, was sich schraubenförmig durch den ringförmigen Reaktor bewegt. Das Prinzip was dahinter steckt, wird als Tokamak Prinzip bezeichnet.

Sollte dieses Projekt erfolgreich sein, steht bereits eine weitere Anlage in den Startlöchern. Mit dem Namen Demo, soll diese Anlage dann im Gigawatt bereich ihren Strom ins Netz einspeisen. Natürlich entsteht in diesen Auch eine kleine Menge radioaktiver Abfall, der mit einer Halbwertzeit von weniger als 100 Jahren, aber wesentlich einfacher in den Griff zu bekommen wäre. Auch die Menge dürfte deutlich geringer ausfallen. 1 Gramm des Brennstoffs für die Kernfusion erzeugt 90 Megawattstunden Energie, für dieselbe Energie benötigt ein Kohlekraftwerk 11 Tonnen Kohle.

Das könnte tatsächlich zur Erzeugung günstiger und Sauberer Energie beitragen. Zudem ist die Kernfusion sehr sicher, was den Betrieb des Reaktors angeht, da es im Fehlerfall nicht zu einer Kernschmelze kommen kann, und ein ähnliche Szenario erzeugen könnte, wie in Tschernobyl. Bei der Kernfusion würde der Reaktor ausfallen und abkühlen, maximal könnte der Kern unter den Hohen Temperaturen zerstört werden.

Von Kernfusion habe ich schon viel gelesen. Der Vorteil ist ja, dass hier kein atomarer Restmüll anfällt, den man sowieso nirgendwo sicher endlagern kann. Andererseits soll es nicht so einfach sein, eine Kernfusion im großen Rahmen durchführen zu können. Ob ich etwas, was mit Atomstrom in Zusammenhang steht, als sauber bezeichnen soll, sei dahingestellt.

Dass es bei einem Kernfusionsreaktor keinen atomaren Restmüll gibt, ist nicht ganz richtig. Es bleibt durchaus eine gewisse Menge an atomaren Restmüll übrig, aber zum einen wesentlich weniger als bei der üblichen Kernspaltung und die Halbwertszeit des Mülls ist wesentlich geringe als bei der beim atomaren Restmüll, der bei der Kernspaltung entsteht. Während man bei dem Restmaterial bei der Kernspaltung von Halbwertszeiten von einigen 100.000 Jahren bis hin zu einigen Millionen Jahren redet, spricht man bei der Kernfusion nur von maximal einigen 100 Jahren, bis dass diese Stoffe ihr radioaktives Verhalten abgebaut haben.

Was dann für eine mögliche Lagerung, wesentlich einfacher zu realisieren wäre, als eine Lagerung über theoretisch Millionen von Jahren, was eher unmöglich scheint und auch ist. Schließlich weiß man ja jetzt schon, dass diverse Behälter dem zu lagernden Material schon nachgegeben haben. Selbst der Sarkophag von Tschernobyl muss alle paar Jahre erneuert und ausgebessert werden, weil er der radioaktiven Strahlung irgendwann nachgibt.

Was die Umsetzung bei der Kernfusion angeht, ist die schwierigste Aufgabe, den Plasmastrom da zu halten wo er ist und in mit Materie zu versorgen. Dafür haben sich aber zwei Reaktortypen herauskristallisiert. Zum einen der Stellerator, der in seinem Aufbau aber sehr komplex wirkt und zum anderen der im Moment bevorzugte Tokamak. Beide haben ihre Vor- und Nachteile, aber der Tokamak scheint wohl derjenige zu sein, den man wohl am ehesten für realisierbar hält.