Wird ein weiteres altes Heilsversprechen der Wissenschaft schon bald Realität? – Neues von der Kernfusion

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Grenzgänge in den heutigen Wissenschaften
Beobachtungen der Wissenschaft

Die „Fridays for Future“ Demonstrationen erreichen immer neue Höhepunkte, die Grosse Koalition in Deutschland beschliesst ein Multi-Milliarden-Klimapaket, und auf dem globalen Klimagipfel in New York profilieren sich Regierungsvertreter und Vorstandschefs multinationaler Konzerne mit ihren PR-Strategen neuerdings als wohlmeinende Klimaschützer. Es scheint, dass die Frage unserer zukünftigen Energieerzeugung und ihre schädlichen Ausstösse endlich auch im Zentrum der öffentlichen Aufmerksamkeit und Auseinandersetzung angekommen sind.

Und just zu dieser Zeit, noch ohne, dass dies eine grosse öffentliche Aufmerksamkeit erhält, machen die Wissenschaftler auf einem Gebiet Fortschritte, das die Probleme der globalen Energieversorgung ein für alle Mal lösen könnte: die friedliche Nutzung der Kernfusion. Dabei geht es um nichts weniger als den Traum unbegrenzte, saubere und sichere Energie aus der thermonuklearen Fusion von Atomkernen einzulösen, dieselbe, die unsere Sonne und die Sterne antreibt.

Die Geschichte der Kernfusionsforschung ist bereits 80 Jahre alt. Seit den 1930er Jahren wissen Physiker, dass unter sehr hohem Druck und hoher Temperatur Wasserstoffkerne zu Helium-Atomkernen verschmelzen – und, dass es dieser Mechanismus (sowie die Fusion grössere Atomkerne) ist, der es der Sonne ermöglicht, ihre enormen Mengen an Energie zu erzeugen. Die bei diesem Prozess freiwerdenden Energiemengen sind weitaus höher als beim bereits seit mehr als 60 Jahren in Kernkraftwerken verwendeten umgekehrten Vorgang, bei dem schwere Atomkerne gespalten werden. Der Grund für den Energiegewinn liegt darin, dass bei der Fusion von leichten Atomkernen ein klein wenig Masse verloren geht. Dieser Massendefekt manifestiert sich direkt in der (kinetischen) Energie der erzeugten Teilchen. Nach Einsteins berühmter Formel E=mc² ist diese Energie selbst bei der geringen Menge an verloren gegangener Masse enorm: Denn diese Masse (m) wird mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (c²) multipliziert.

Bereits in den frühen 1940er Jahren entwickelten der amerikanische Forscher (und spätere Vater der Wasserstoffbombe) Edward Teller und der Italiener Enrico Fermi (der 1941 auch die erste kontrolliere Kernspaltung durchgeführt hat) erste Ideen zur Stromerzeugung durch kontrollierte Kernfusion. Ihr Grundkonzept ist bis heute die Basis für die Kernfusionsforscher: Ein Deuterium-Tritium-Plasma (Deuterium und Tritium sind Isotope des Wasserstoff, d.h. ein Proton zusammen mit einem bzw. zwei Neutronen) wird in einer Art Mikrowelle auf mehrere Millionen Grad erhitzt und dann mithilfe eines Magnetfelds eingeschlossen und kontrolliert (ein solches Plasma besteht aus geladenen Teilchen und lässt sich daher über Magnetfelder steuern). Ab einer Temperatur von ca. 100 Millionen Grad zündet das Gemisch und setzt die Fusionsenergie frei (wobei die konkrete Zündungstemperatur von der Teilchendichte des Plasmas abhängig ist).

In Anbetracht der praktisch unbegrenzten Möglichkeiten der Kernfusion ist es schwer, nicht ins Schwärmen zu geraten. Die aus der thermonuklearen Fusion abgegebene Energie ist sicher, kohlenstofffrei und ihre Ausgangsprodukte sind reichlich vorhanden. Der Primärbrennstoff – in der einfachsten Version Wasserstoffisotope – befindet sich im normalen Meerwasser. Ein Kilogramm davon reicht aus, um eine ganze Stadt sehr lange mit Energie zu versorgen. Ein funktionierender Reaktor würde nur fünf Kilogramm Wasserstoff benötigen, um das Energieäquivalent von 18.750 Tonnen Kohle, 56.000 Barrel Öl oder die jährliche Energiemenge von 755 Hektar Sonnenkollektoren zu erzeugen. Leider ist ein 100 Millionen Grad heisses Gemisch von Wasserstoffkernen derart schwierig zu kontrollieren, dass ein altbekannter Witz unter Physikern lautet, dass Kernfusion die meistversprechende Technologie der Zukunft ist – und dies auch ewig bleiben werde. Denn das ultra-heisse Plasma muss in Schach gehalten werden, da es bei Berührung mit der „äusseren Welt“ (z.B. den Behälterwänden) sofort wieder abkühlt, womit im gleichen Moment die Fusion unterbrochen wird. Dazu entwickeln Forscher und Ingenieure enorm starke Magnetfelder. Doch diese sowohl in hoher Leistung als auch grosser Präzision aufrecht zu erhalten, ist die technologische Herausforderung, die gemeistert werden muss und an der Top-Wissenschaftler in aller Welt bereits seit Jahrzehnten arbeiten. Bisher tun sie das mit mässigem Erfolg – dafür mit aber umso höheren Kosten. Mit projizierten Gesamtkosten von über 20 Milliarden Euro und von einigen Experten sogar geschätzten 60 Milliarden Euro soll der von einem internationalen Konsortium finanzierte Versuchsreaktor ITER im französischen Cadarache ab 2030 mit ersten Ergebnissen aufwarten (es ist das mit Abstand teuerste Experiment der Wissenschaftsgeschichte). Frühestens ab 2040 wird mit einem nennenswerten Netto-Strom-Output gerechnet.

Dabei haben die Plasma- und Kernfusionsforscher bei all den Kosten und dem langen Zeitraum, die ihr Experiment veranschlagt, ein Problem noch überhaupt nicht auf ihrem Schirm. Die Deuterium-Tritium-Fusionsreaktion produziert Neutronen mit der sehr hohen Energie von 14.1 MeV. Da sie elektrisch neutral sind und daher nicht von Magnetfeldern beeinflusst werden, treffen diese Neutronen in grosser Zahl und hoher Geschwindigkeit frontal auf das Mantelmaterial des Reaktors, was enorme Schäden an diesem verursacht. Bereits nach ein bis zwei Jahren muss der Mantel daher ausgetauscht werden, was die Betriebskosten eines Fusionsreaktors schnell in nicht-akzeptable Höhen treiben würde. Zudem werden durch die Neutronen-Bombardierung im Mantelmaterial radioaktive Nuklide gebildet, was radioaktive Abfälle entstehen lässt und damit die Entsorgung des Mantels noch einmal teuer macht. So wird längst der Ruf nach einer Alternative für die Deuterium-Tritium Reaktion laut, die dieses Problem nicht hat. Der nächstmögliche Kandidat ist die Bor-Proton Reaktion. Sie ist „sauber“, denn aus ihr entstehen drei Heliumkerne, die keine grösseren Einflüsse auf ihre Umgebung haben. Ihr Problem: Sie benötigt ca. 30-mal höhere Plasmatemperaturen, um zu zünden!

Neben dem mit massiven öffentlichen Geldern geförderten Mammutprojekt haben sich unterdessen auch einige privat finanzierte Unternehmen der Fusionsforschung verschrieben. Sie gehen dabei allerdings andere Wege als die ITER-Forscher. Mit alternativen und sehr viel kleineren Reaktortechnologien wollen sie bereits in den nächsten Jahren Strom aus Fusion gewinnen, und damit weit früher als ITER. Hier bahnt sich ein öffentlich-privater Wettlauf um die beste Lösung für die Fusionstechnologie an. Wie fruchtbar ein solcher Wettlauf sein kann und wie beschleunigend er wirken kann, hat uns vor fast 20 Jahren das Beispiel des Human-Genom-Projekts gezeigt.

Statt wie mittelalterliche Scholastiker auf den einen einzig wahren (und sehr teuren) Weg zu setzen (grossräumiges Plasma, das mit gigantischen supraleitenden Magneten zusammengehalten wird), zeigen sich diese Unternehmen sehr viel flexibler auf ihrem Weg, den Jackpot eines funktionsfähigen Reaktors zu gewinnen. Sie gehen dabei einer ganzen Vielzahl verschiedener Ideen nach, um daraus einen funktionierenden Weg zu finden. Sie setzen darauf, dass sich die Fehler und unüberwindlichen Hindernisse in diesen Ideen sehr viel schneller finden lassen als in ein paar Jahrzehnten und bevor Milliarden von Dollar verbrannt worden sind. So könnte sich im Dickicht der Probleme, ein ultraheisses Plasma zusammenzuhalten, vielleicht schon bald ein gangbarer Weg aufzeigen. Und tatsächlich haben diese privaten Unternehmen mit ein paar zahlungskräftigen Investoren im Rücken in den letzten Monaten und Jahren beachtliche Fortschritte gemacht, die in der Öffentlichkeit weitestgehend unbemerkt blieben.

Es gibt für die Physiker und Ingenieure eine ganze Reihe verschiedener Möglichkeiten, um zum Ziel einer kontrollierten Kernfusion zu gelangen. Im Wesentlichen kommt es dabei auf drei Variablen an: die Temperatur (bzw. Geschwindigkeit oder Energie der Teilchen im Plasma), die Dichte des Plasmas (Anzahl der Teilchen pro Volumen) und die Einschlusszeit (wie lange das Plasma zusammen bleibt). Ab einer kritischen Temperatur, die notwendig ist, damit die positiv geladenen Atomkerne die elektrische Abstossungskraft überwinden können (bei der Deuterium-Tritium Reaktion die erwähnten 100 Millionen Grad), ist dann nur noch das Produkt von Dichte und Einschlusszeit wichtig. Nach einer Daumenregel muss ihr Produkt grösser als 1014 Sekunden pro Kubikzentimeter sein. Dabei ist es unwesentlich, ob die Dichte niedrig ist und die Einschlusszeit hoch (wie bei ITER, wo die langen Einschlusszeiten viel Aufwand – und damit Kosten – bedeuten) oder die Einschlusszeit sehr kurz und dafür die Dichte sehr hoch (wie bei LIFE – Laser Inertial Fusion Energy – einem anderen mit öffentlichen Geldsummen finanzierten Projekt, das unterdessen erfolglos beendet wurde: hier sollten die sehr hohen Dichten mit starken Laserpulsen erreicht werden). Tatsächlich liegt in der Mitte zwischen diesen beiden Extremen, d.h. im Bereich mittlerer Einschlusszeiten und mittlerer Dichten, eine sehr grosse Spielwiese, die von den öffentlich finanzierten Projekten bisher weitestgehend leergelassen wurde. Doch nach Ansichten vieler Plasmaphysiker bieten sich gerade hier die aussichtsreichsten Möglichkeiten für eine kontrollierte Kernfusionsreaktion.

Klar ist allen Beteiligten: Der Weg zu einem funktionsfähigen Fusionsreaktor führt nicht über grundlegend unbekannte Physik. Vielmehr ist er primär eine Frage guter ingenieurtechnischer Arbeit. Und gerade hier haben die privaten Firmen in den letzten paar Jahren bedeutende, ja vielleicht sogar entscheidende Fortschritte gemacht. Davon konnte sich der Autor dieser Zeilen kürzlich bei einem Besuch bei einer dieser Firmen persönlich überzeugen. Zunächst lesen sich diese Fortschritte als eher unspektakulär: Die Eigenschaften des Plasmas, die die Einschlusszeiten bestimmen (die so genannten „containment-Parameter“) erweisen sich bei höheren Temperaturen als günstiger als bei niedrigen Temperaturen! Genau diese Erkenntnis könnte sich jedoch als entscheidend auf dem Weg zu einem funktionsfähigen – und kommerziell realisierbaren – Fusionsreaktor erweisen. Denn klar ist: Aufgrund der beschriebenen Probleme mit den dabei entstehenden schnellen Neutronen wird die Deuterium-Tritium Reaktion höchstwahrscheinlich nie kommerziell nutzbare Fusionsenergie liefern. So brauchen wir zuletzt die viel höheren Temperaturen beispielsweise der Bor-Proton-Reaktion. Dass die privaten Formen auf ihrem Weg auf renditehungriges Risikokapital angewiesen sind, könnte sich als ein entscheidender Vorteil erweisen. Denn diese Firmen können es sich schlicht nicht leisten, sich grossen (d.h. teuren), langfristigen und komplett ungetesteten Projektplänen hinzuwenden (bei denen dazu noch ein wesentliches Problem ausgeklammert bleibt). Vielmehr müssen sie immer wieder neu entscheiden und vor ihren Aktionären rechtfertigen, welche nächsten Schritte sie unternehmen. In Anbetracht der beschriebenen Natur der Probleme bei der Fusionstechnologie könnte sich eine solch pragmatische Vorgehensweise als weitaus angemessener erweisen, als das Wetten auf eine einzige grandiose Idee.

Kommerziell verfügbare Fusionstechnologie, stände sie uns eines Tages tatsächlich zur Verfügung, würde einen gesellschaftlichen Paradigmenwechsel bedeuten. Wären wir tatsächlich in der Lage, Energie wie die Sonne zu produzieren und uns damit Zugang zur effizientesten, sichersten und umweltfreundlichsten Energieform, die die Natur bietet zu verschaffen, so wäre dies sicher nicht nur ein weiterer grosser technologischer Fortschritt, sondern vielmehr ein zivilisatorischer Sprung, der gleichzusetzen wäre mit der Erfindung der Dampfmaschine, die uns vor 250 Jahren die Energie gab, unsere Gesellschaft komplett umzukrempeln.

Lars Jaeger

Veröffentlicht von

www.larsjaeger.ch

Jahrgang 1969 habe ich in den 1990er Jahren Physik und Philosophie an der Universität Bonn und der École Polytechnique in Paris studiert, bevor ich am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden im Bereich theoretischer Physik promoviert und dort auch im Rahmen von Post-Doc-Studien weiter auf dem Gebiet der nichtlinearen Dynamik geforscht habe. Vorher hatte ich auch auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorien und Teilchenphysik gearbeitet. Unterdessen lebe ich seit nahezu 20 Jahren in der Schweiz. Seit zahlreichen Jahren beschäftigte ich mich mit Grenzfragen der modernen (sowie historischen) Wissenschaften. In meinen Büchern, Blogs und Artikeln konzentriere ich mich auf die Themen Naturwissenschaft, Philosophie und Spiritualität, insbesondere auf die Geschichte der Naturwissenschaft, ihrem Verhältnis zu spirituellen Traditionen und ihrem Einfluss auf die moderne Gesellschaft. In der Vergangenheit habe ich zudem zu Investment-Themen (Alternative Investments) geschrieben. Meine beiden Bücher „Naturwissenschaft: Eine Biographie“ und „Wissenschaft und Spiritualität“ erschienen im Springer Spektrum Verlag 2015 und 2016. Meinen Blog führe ich seit 2014 auch unter www.larsjaeger.ch.

26 Kommentare

  1. Ronald Richter hat 1936 die Kernfusion durch Plasmastoßwellen entdeckt.
    In Huemul hat er dann wohl noch etwas anderes entdeckt daß ihn scheinbar bewogen hat seine Forschungen bewußt als Fehlschlag hinzustellen.
    Etc…

    Aber aus den Infos aus dem Buch “Wasser: viel mehr als H2O” von Gerald Pollack könnte man zB… wohl eine völlig neue Art der Energieversorgung entwickeln.
    Eine die die direkte Energieversorgung der Natur direkt kopiert!

    Wie sagte schon Viktor Schauberger: “Natur kapieren und kopieren”.
    🙂

    Man könnte damit wohl auch Carnot austricksen, und Waffen mit tendentiell mindestens H-Bomben-Zerstörungspotential wären daraus wohl auch nicht entwickelbar.
    🙂

    Leseprobe:
    https://www.wasser-hilft.de/pdf/buecher/wasser_ist_mehr_als_h2o_inhalt_leseprobe.pdf
    Am besten wohl erstmal auf Seite 18 beginnen.

    Ist übrigens zu 99% klassische Physik.
    Und keine zB Esoterik.

  2. Zum im Kommentar #1 erwähnten Herrn Pollack siehe beispielsweise:
    https://www.psiram.com/de/index.php/Gerald_Pollack
    https://www.psiram.com/de/index.php/EZ-Wasser

    Wobei das im Zusammenhang eh off topic ist.

    Schade ist wie immer bei solchen “Industrie”-Themen, dass alles ziemlich “light on details” bleibt wg. “intellectual property”, “Patenten” etc.
    Insofern weiß man dann doch immer nicht, ob es nun tatsächlich etwas “Neues” (s. Überschrift) in der Sache gibt.

  3. Guter Artikel, trotzdem möchte in ein kleinen Zusatz anbringen. Bei der Deuterium-Tritium braucht man noch Lithium, aus dem man Tritium mit Neutronen “erbrütet”.

    Die Kernfusion als kernphysikalische Reaktion wurde meines Wissens nach in Beschleunigerexperimenten nachgewiesen. Allerdings mus man da mehr Energie reinstecken als durch die Neutronen gewonnen wird.

    Gruss
    Rudi Knoth

  4. @ajki, Ergänzung, á propos “Psi”-ram (der Artikel ist ein Witz, gemessen am Buchinhalt, im Buch geht’s zB um elektrische Ladungen, molekulare Strukturen, Infrarotsignaturen, ph-Werte etc etc etc):
    die höherdimensionale vereinheitlichte Feldtheorie (eigentlich seit grob 150 Jahre wieder “bekannt”, wurde in der höherdimensionalen Quaternionenmathematik verfaßt, 20 partielle Differentialgleichungen mit 20 Variablen) hat Platz für “alle Phänomene des menschlichen Universums”.
    Incl. zB Paralleluniversen/”Himmel”, Engel, Dämonen, Bewußsein, Leben nach dem Tod, Magie und Allchemie.
    Zu letzterem siehe zB Louis Kervran (Hühner können Elementtransmutationen!).

  5. “Heilsversprechen”

    Sehr guter Begriff. Wissenschaften sind dabei Religionen zu ersetzen indem sie Hoffnung, Sinn, seelische Erleichterung, Gemeinschaft, Ordnung, …, schaffen.

    Und dabei bekommen Wissenschaften immer stärker religiöse Züge.

    Der wesentliche Impuls der Wissenschaften, die Skepsis, verschwindet mehr und mehr auf kosten des Dogmas. Wir leben in dunkeln Zeiten!

  6. Ja, Kernfusion ist machbar und Kernfusionen gibt es sowohl bei kleinen Tokamaks, Stellaratoren, Laserfusionsexperimenten, bei Z-Pinch Versuchen ( Megaampereströme, die durch Plasma Fliessen und dort hohe Magnetfelder erzeugen), aber auch bei Plasma-Jet-Fusionsversuchen (dabei werden Plsamajets in ein Zentrum geschossen, wo sie kollidieren und Fusion stattfinden soll). Es gibt heute schon Kernfusionen in solchen Experimenten und es werden Milliarden von Neutronen freigesetzt – nur wird halt viel mehr Energie reingesteckt als herauskommt.
    Doch das kann sich noch ändern. Vielversprechend sind die Versuche des MIT‘s, Mini-Tokamaks (ARC=Affordable, Robust, Compact Fusion Reactor) mit sehr hohen Magnetfeldern (20 Tesla und mehr) zu betreiben, vielversprechend sind auch der MagLIF -Ansatz (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Magnetized_Liner_Inertial_Fusion ) der Sandia-Labs, wo ein mit Lasern vorgeheiztes Plasma von elektrischen Megawattströmen durchflossen wird.

    Bei DT- Nuklearfusion (also Fusion mit Deuterium und Tritium) sind die hohen Neutronenflüsse, wie im Artikel erwähnt, ein Problem – aber nur für Tokamaks und Stellaratoren, nicht für die Laserfusion, MagLIF und die Plasmajetfusion, den bei dieser Art von Fusion mit kurzen Fusionspulsen kann die Wand mit Flüssigkeitsschichten vor zu hohen Neutronenflüssen geschützt werden.

  7. Vermutlich fehlt für dauerhaften Energiegewinn solare Raumzeitkrümmung.
    Sonst wäre bereits nach dem Urknall alles wegfusioniert.

  8. Heute sind viele davon überzeugt, dass nukleare Fusion mit dem richtigen Ansatz schon bald möglich wäre und dass ITER mit seinem Riesentokamak in Cadarache, Frankreich, einen falschen Weg eingeschlagen habe.

    Grossbritannien jedenfallls will ITER zuvorkommen und mittels eines sphärischen Tokamaks schon im Jahr 2040 kommerziell Strom erzeugen . Darüber berichtet der Artikel UK hatches plan to build world’s first fusion power plant ( https://www.nature.com/articles/d41586-019-03039-9 ). Sphärische Tokamaks können das Plasma besser einschliessen als ringförmige wie der ITER und können deshalb kleiner sein, dafür ist es bei sphärischen Tokamaks schwieriger die Magneten, welche das Plasma einschliessen, zu plazieren.

    Jedenfalls ist der sphärische Tokamak eine Antwort auf die Kritik, der ITER-Tokamak sei einfach zu gross. Allerdings hat der britische Plan auch etwas mit dem Brexit zu tun, denn wenn Grossbritannien die EU verlässt, dann verlässt sie auch Euratom, welches Grossbritannien den Zugang zu ITER gab.

  9. Frage eines Nicht-Physikers:

    Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass das mit der Kernfusion klappt
    bzw. wie lange wird es noch dauern?

    Mike

  10. @Mike (Zitat): “Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass das mit der Kernfusion klappt bzw. wie lange wird es noch dauern?”
    Antwort: Kernfusion mit Energie-Gewinn (Gain) wird es wohl in den nächsten 20 Jahren geben, darauf deuten Erfahrungen mit JET (Joint European Torus) hin und das MIT-Projekt SPARC ( https://www.psfc.mit.edu/sparc ) wird mittels Hochtemperatursupraleiter-Magneten schon in 10 Jahren kleine Test-Tokamaks betreiben, die zum Break-Even kommen.

    Offen ist aber die Frage, ob aus den Testreaktoren die in den nächsten 20 Jahren ihren Betrieb aufnehmen auch kommerzielle Reaktoren entspringen.

    Fazit: Fusion wird als Option kommen aber es ist noch nicht sicher ob Kernfusion zu kommerziellen Reaktoren führt, die eine echte Konkurrenz zu anderen Energieerzeugungsarten sind.

  11. @Mike (Zitat): “Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass das mit der Kernfusion klappt bzw. wie lange wird es noch dauern?”

    Der Artikel Compact tokamaks: the approach to bring fusion energy within reach (https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Compact-tokamaks-the-approach-to-bring-fusion-ener ) der World Nuclear News kann ihnen da ebenfalls weiterhelfen. Dort liest man (übersetzt von DeepL): Die Entwicklung des Fusionsreaktors könnte viel schneller voranschreiten, indem die Größe der zu entwickelnden Reaktoren reduziert wird, was den ersten kompakten Fusions-Pilotanlagen helfen könnte, innerhalb des nächsten Jahrzehnts zum ersten Mal bereit zu sein, Strom zu produzieren, schreibt David Kingham.

    Der leistungsstärkste Tokamak der Welt ist JET, der 1997 16 MW Fusionsleistung mit 24 MW Leistung produzierte – also 65% so viel Energie, wie eingespeist wurde.

    Tokamak Energy leitet diese Bewegung. Bislang hat das Unternehmen drei Arbeiten veröffentlicht, in denen die Größe kein wichtiger Faktor für Fusionsreaktoren ist und nachgewiesen wird, dass ein kompakter Reaktor hohe Leistungen erbringen kann. Dies macht das Streben nach Fusion zu einer Reihe von technischen Herausforderungen. Der Tokamak-Energieplan wird diese Herausforderungen meistern, wie z.B. die Entwicklung von Magneten aus Hochtemperatursupraleitern, die innerhalb von fünf Jahren eine Fusionskraftverstärkung liefern, erste Elektrizität innerhalb von zehn Jahren und ein 100 MWe Kraftwerk innerhalb von 15 Jahren.

    Persönliche Einschätzung: Die Unternehmen Tokamak Energy und Commonwealth Fusion (SPARC-Reaktor) haben beide gute Chancen in ein paar Jahren den Break-Even bei Kernfusion zu erreichen. Beide basieren auf Tokamaks. Tokamaks schliessen ein Plasma magnetisch ein.
    Aber auch die pulsartige Kernfusion durch Kompression eines kleinen Brennstoffkügelchens oder einer kleinen Brennstofflinie sind erfolgversprechend. Beispielsweise könnte Sandia’s Labs MagLIF-Methode schon bald Gains bis zu einem Faktor 1000 herausholen – also 1000 Mal mehr Energie aus der Fusion gewinnen als hineingesteckt wurde.

  12. Das ARPA-E ALPHA Fusions-Programm umfasste sehr unterschiedliche Methoden der nuklearen Fusion. ARPA-E steht hier für Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA-E) und ALPHA für “Accelerating Low-cost Plasma Heating and Assembly”.

    Mir scheint diese Vielfalt an Vorgehensweisen um ein ambitioniertes Ziel zu erreichen vorbildhaft. Man findet nichts dergleichen bei den EU-Forschungsprogrammen.

    Der Artikel Retrospective of the ARPA-E ALPHA fusion program (https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1907/1907.09921.pdf ) gibt einen Überblick über die verfolgten Methoden in den Unterkapiteln
    – Helion Energy –Magnetic Compression ofField Reversed Configuration(FRC)Targets for Fusion
    – Magneto-Inertial Fusion Technologies, Inc.(MIFTI)/University of California, San Diego(UCSD)/University of Nevado, Reno (UNR): Staged Z-Pinch Target For Fusion
    – Los Alamos National Laboratory/HyperV Technologies:Plasma Liners For Fusion
    – NumerEx. Stabilized Liner Compressor For Low-Cost Fusion
    – SandiaNational Lab/University of Rochester Laboratory for Laser Energetics:Magnetization and Heating Tools for Low-Cost Fusion
    – California Institute of Technology/Los Alamos National Lab:Heating and Compression Mechanisms for Fusion

    Mein Eindruck: Die nukleare Fusion wird innerhalb der EU praktisch nur über das ITER-Projekt verfolgt und dieses ITER-Projekt ist viel zu gross angelegt und zieht sich über allzuviel Jahre und Jahrzehnte. Siehe dazu https://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/en/h2020-section/nuclear-fusion
    Die USA dagegen verfolgen sehr unterschiedliche und sehr ambitionierte Projekte in diesem Gebiet und es sind Institutionen von Ruf wie das MIT, die Sandia Labs und die Los Alamos Labs sowie einige private Firmen involviert.

    Meine Schlussfolgerung: Nicht nur die Forschung selbst ist in den USA in vielen Gebieten weiter als die Forschung in Europa, auch das Management dieser Forschung und die Organisation in Programmen mit ambitionierten Zielen ist in den USA besser und umfassender als in Europa.

  13. Lars Jaeger erwähnt zurecht die neutronenlose Fusion, beispielsweise in Form der Wasserstoff-Boron11-Fusion (PB11 oder HB11 abgekürzt), als einzig wirklich problemlose, vollauf befriedigende Form der nuklearen Fusion (Zitat: so brauchen wir zuletzt die viel höheren Temperaturen beispielsweise der Bor-Proton-Reaktion.)

    Die Wasserstoff-Boron11-Fusion als echter Heilsbringer
    Gründe warum wir uns, wenn schon, eine neutronenlose Fusion (aneutronic Fusion) wünschen und warum bei den verschiedenen Formen der neutronenarmen Fusion die Proton-Boron11-Fusion die attraktivste ist:
    1) Bei der Proton-Boron11-Fusion entstehen keine Neutronen und damit gibt es keine Materialzerstörung und keine radioaktive Aktivierung des Wandmaterials. Bei der heute verfolgten Deuterium-Tritium-Fusion dagegen entstehen sehr viele äusserst zerstörerische Neutronen, welche nicht nur Materialen zerstören, sondern auch Materialien in radioaktive Stoffe umwandeln.
    2) Die Proton-Boron11-Fusion benutzt nur Bor und Wasserstoff, Werkstoffe, die es überall gibt und die selbst nicht radioaktiv sind. Dagegen ist die Deuteurim-Helium3-Fusion, welche neutronenarm ist, auf das äusserst seltene Material Helium3 angewiesen. Helium3 gibt es auf der Erde praktisch keines. Es wird auf dem Mond und bei den Gasriesen wie Saturn vermutet. Doch wer will Brennstoff vom Saturn holen?
    3) Die Proton-Boron11-Fusion könnte sehr kompakt als Laserfusion realisiert werden, vorausgesetzt man verfügt über einen 10 bis 30 Petawatt-Laser , also einen Laser, der für einige Picosekunden 10 bis 30 Petawatt Laserleistung erzeugen kann (siehe Laser boron fusion reactor with picosecond petawatt block ignition ( https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1708/1708.09722.pdf ).
    Dazu konsultiere man Abbildung 3 des verlinkten Papiers wo man liest: Zylindrischer Festkörper HB11-Kraftstoff in der Spulenachse eines Magnetfeldes von wenigen Kilotesla, das durch die Entladung aus den Kondensatorplatten erzeugt wird, die durch einen al Kilojoule-ns-Laserpuls[39] erzeugt wird, der in dem Loch der oberen Platte bestrahlt wird. Zur Zündung der Fusion im Kraftstoff wird am Ende des Brennstoffzylinders ein Laserpuls von ps Dauer und mehr als 10 Petawatt Leistung bestrahlt.
    4) Die Wasserstoff-Boron11-Fusion erzeugt keine Neutronen, sondern Alpha-Partikel, also geladene Helium-Atome. Deren Ladung kann dazu benutzt werden direkt Strom zu erzeugen – ohne dabei den Umweg über Hitze/Erwärmung zu gehen. Zitat: Der Vorteil der gleichen Energie der Alphas kann für eine direkte Umwandlung nahezu ohne Wärmeverluste in Strom genutzt werden, indem man sie gegen ein statisches Feld von bis zu 1,4 MV bewegen lässt, wenn die Reaktionseinheiten in der Mitte der Wand eine solche negative Spannung gegen die Wand durch den sie in die Mitte führenden Träger haben. Die Umwandlung dieser elektrischen Gleichstromenergie in Drehstrom ist eine Technik, die für elektrische Energie durch HGÜ (Hochspannungs-Gleichstromübertragung) entwickelt wurde[19].

    Fazit: Einmal voll entwickelt wird die Wasserstoff-Boron11-Fusion wohl die ultimative Form der Energieerzeugung sein, welche nicht nur auf der Erde sondern auch im Weltraum alle Energie erzeugen wird, die die Menschheit je brauchen wird. Allerdings nur, wenn es gelingt, eine Apparatur dafür zu bauen, die nicht grösser als ein Einfamilienhaus ist.

  14. Die Ideologie, dass die Energieverschwendung der Menschheit nach der weitgehenden Verbrennung der auf der Erde als Rohstoffe über Jahrmillionen gespeicherten Sonnenenergie (Öl, Gas, Kohle) in irgend einer Form aber immer mehr und in immer größerem Ausmaße immer weitergehen könnte, ist die größte Verblendung der zivilisierten Menschheit.

    Die Menschheit wird sich beschränken müssen und in bescheidenem, vernünftigen und angemessenem Wohlstand leben auf der Grundlage nachhaltiger, regenerativer und vor allem sinn- und maßvoll eingesetzter Energien – oder katastrophal Untergehen.

    Diese Technologieheilspropheten hier sind die Totengräber der zivilisierten Welt – wenn sie sich durchsetzen sollten.

    Es gibt keine im Saldo positive Energiegewinnung durch Fusion auf der Erde – und wird es nie geben. Dafür gibt es einen umweltfreundlichen, nach menschlichen Maßstäben praktisch unendlich lange brennenden Kernfusionsreaktor am Himmel, der für uns kostenlos und lebensspendend Energie liefert. Frei Haus. Ohne Zähler, Monatsrechnungen, und ohne dass ein Angestellter eines Energieunternehmens einem den Saft abdrehen könnte weil man nicht gezahlt hätte.

    Wir beobachten gerade, wie in Deutschland gerade die kleinteilige, selbstversorgende, lokale, kommunale, selbstverantwortliche Energiewende abgewürgt wird, zum Wohle der Großkonzerne und deren Großwahntechnologien. Die Kernfusionstechnologie gehört genau zu diesem Reptiliendenken – “je größer desto doller”. Auch die Dinos sind durch Größe und mangels Anpassungsfähigkleit ausgestorben. Das geht allen Dinos auf Dauer so.

    https://www.nachdenkseiten.de/?p=55851

    “Die Energiewende stockt – dies ist ein politisches Versagen und ökologisches sowie ökonomisches Desaster”

  15. @Albert Storz: Die (Zitat) kleinteilige, selbstversorgende, lokale, kommunale, selbstverantwortliche Energieerzeugung funktioniert heute nicht – mindestens dann nicht, wenn sie auf Sonne und Wind allein setzen und jederzeit Strom haben wollen.
    In Wirklichkeit ist es doch so, dass praktisch jeder Bundesbürger ans Stromnetz angeschlossen ist und dieses (öffentliche) Stromnetz dafür garantiert und garantieren muss, dass jederzeit der Strom fliesst. Auch Energie-Selbstversorger greifen wenns nicht anders geht aufs Stromnetz zurück. Kommt dazu: Schon heute, im Jahr 2019 leben 50% aller Menschen in städtischen Umgebungen, im Jahr 2050 werden es 70% sein. Alle Menschen in städtischen Umgebungen sind auf ein Stromnetz und weitere Netze (Trinkwasser, Abwasser, Kanalisation) angewiesen. Selbstversorgung ist in diesem Umfeld eine romantische Illusion.

    Wenn sie Selbstversorger werden wollen, sollten sie in den brasilianischen Urwald oder einer der letzten nicht von der Zivilsation besetzten Gebiete ziehen – denn dorthin gehört Selbstversorgung.

  16. Martin Holzherr
    25.10.2019, 09:28 Uhr

    Sie gehen völlig an der Sache vorbei. Lesen Sie den verlinkten Text damit Sie verstehen können, was ich meine. Alle Aussagen dort werden belegt. Das ist eine andere Qualität als freies Herumschwadronieren – das aber wohl mehr und mehr zum Standard in Diskussionen wird.

    https://www.nachdenkseiten.de/?p=55851

    “Die Energiewende stockt – dies ist ein politisches Versagen und ökologisches sowie ökonomisches Desaster”

  17. Martin Holzherr
    25.10.2019, 09:28 Uhr

    “Schon heute, im Jahr 2019 leben 50% aller Menschen in städtischen Umgebungen, im Jahr 2050 werden es 70% sein.”

    Prognosen sind immer genau dann unsicher, wenn sie sich auf die Zukunft beziehen 😉

    Ich hoffe, dass die Menschheit vor 2050 schlauer wird.

    Oder finden Sie es etwa auch noch erstrebenswert, dass immer mehr Menschen in Ballungszentren und immer weniger auf dem Land leben? Ich sehe darin keinen Fortschritt sondern nur auf die Spitze getrieben Vermassung. Wer könnte den sowas freiwillig wollen? Und glauben Sie etwa, das wäre ein Prozess der in freier Entscheidung der Betroffenen erfolgt? Wie viele Slumbewohner in den Megalopolen waren früher Bauern und Selbstversorger, denen aber der Boden weggenommen wurde und ihnen die Wahl nur zwischen Hunger oder Großstadt-Elend als Arbeitssklave bleibt?

    Aber vielleicht wollten Sie ja meinen Beitrag absichtlich missverstehen. Nirgendwo geht es mir um eine individuelle Selbstversorgung. Wenn Sie aber den von mir angegebene Link nicht beachten, dann wollen Sie vielleicht einfach nicht verstehen dass hier in Deutschland Mittelständler, kommunale Selbstversorgerprojekte und Privatinitiativen in der Masse abgewürgt worden sind – zugunsten von Großanlagenprojekten wie Off-Shore-Windanlagen.

    Aber vielleicht stehen Sie auch auf der Payroll eines Großenergieversorgers und begrüßen daher die Entwicklung? Ich sehe das von der Verbraucherseite aus und kann es nicht begrüßen, dass mit der EEG-Umlage Konzerne subventioniert werden während gleichzeitig die Energiewende an die Wand gefahren wird.

  18. @Albrecht Storz (Zitat): Selbstversorgerprojekte und Privatinitiativen in der Masse abgewürgt worden sind – zugunsten von Großanlagenprojekten wie Off-Shore-Windanlagen.
    Ja, wobei “abgewürgt” eben nur bedeutet, dass die Fördergelder zurückgefahren wurden. Dies aber mit gutem Grund, drohte doch die Gesamtfördersumme immer weiter zu steigen.
    Letztlich kommt man wohl nicht darum herum Windturbinen und Solarpanel an den günstigsten Standorten hinzustellen – und das passt dann nur selten zu Selbstversorgerprojekten und Privatinitiativen

  19. Selbst wenn wir beliebig über Energie verfügen sollten wird das nicht die anderen Probleme lösen.
    Zunehmende Überbebvölkerung in den Entwicklungsländern.
    Eine zunehmende Radikalisierung einer bestimmten Religion.
    Das Energieproblem ist in Wirklichkeit derzeit das allergeringste Problem.
    Und nebstbei, auch “Quantencomputer” werden diese Probleme nicht lösen.

  20. Martin Holzherr
    25.10.2019, 15:21 Uhr
    “Ja, wobei “abgewürgt” eben nur bedeutet, dass die Fördergelder zurückgefahren wurden.”

    Ja, genau. Allerdings nicht die Schöpfung dieser Fördergelder. Wir zahlen, wegen Steuern, horrende Energiepreise – die zugleich teils nahe bei Null gehandelt wird. Wer profitiert?

    Ihre Behauptung, dahinter würde eine sinnvolle Steuerung stecken ist nahe kindlicher Naivität und vor allem Realitätsverweigerung. In einer Kommune beispielsweise, in der Selbstversorgung durch Windkraft und Photovoltaik funktioniert, ist selbstverständlich auch die Akzeptanz für die notwendigen Anlagen hoch. Eine Politik, die nur noch auf Großanlagen setzt und den entsprechenden Akteuren Milliarden Steuermitteln in den Rachen wirft (wovon, selbstverständlich im Kapitalismus, ein dicker Batzen auf den Konten der Aktionäre landet), verspielt gleichzeitig auch den gesellschaftlichen Rückhalt für eine Erneuerung.

  21. Bei dem Laser boron fusion reactor with picosecond petawatt block ignition
    https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1708/1708.09722.pdf
    gibt es leider ein technisches Problem.
    Wenn man die schnellen Alpha-Teilchen gegen ein statisches Feld von
    1,4 MV fliegen lässt, um sie zu bremsen, so wie im Bild 4,
    was geschieht dann mit den Elektronen, die immer in der gleichen
    Ladungs-Menge wie die positiven Ladungen auftreten müssen?
    Die Elektronen werden zuerst auf 1,4 MeV beschleunigt und
    neutralisieren dann die positiven Ladungen auf der Auffang-Fläche.
    Diese beiden Vorgänge sind aber unerwünscht.

  22. An Albrecht Storz:
    Klar ist vor allem bei regenerativen Energien eine möglichst weit vernetztes Stromnetz weitaus besser als ein “kleinteiliges”, da Sonne und Wind bekanntlich in verschiedenen Gegenden ‘mal mehr und ‘mal weniger scheinen bzw. wehen.
    (Was in einem großen Stromnetz besser ausgeglichen werden kann als in einem kleinen.)

    Und was ist mit Ihren vielgepriesenen Bürger- und sonstigen Initiativen?
    Viele Lohnabhängige (von Hartz4-Empfängerinnen und anderen ärmeren Bevölkerungsschichten ganz zu schweigen) können es sich jedenfalls nicht leisten, in eine eigene Stromversorgung zu investieren.

    Letztlich geht es doch nur darum, das Geld, das bislang die Stromkonzerne kassierten, in die eigene Tasche zu stecken.
    Private Bereicherung (anstatt eines wirklichen Gemeinwohls) bleibt nunmal das Übel, das sich Kapitalismus nennt.
    Darin unterscheidet sich der (mittelständische) Kleinbürger nicht von einem Aktionär (z.B. eines Stromkonzerns), da beide gleich rechnen.

    Grüße
    Klaus Strehler

  23. Noch ergänzend:
    Zudem wurden die eneuerbaren Energien nicht deshalb “abgewürgt”, da Merkel und Co. die Stromkonzerne besonders mögen.
    (Schließlich sind diese ein zwar wichtiger, aber nur relativ kleiner Teil der deutschen Wirtschaft, die insgesamt – ähnlich wie die privaten Verbraucher – an möglichst niedrigen Strompreisen interessiert ist.)

    Sondern vor allem deshalb, da der erhoffte Weltmarkterfolg ausgeblieben ist und sich diese Unternehmen zu einer Dauersubvention entwickelten.
    (Während vor allem China aufgrund weitaus höherer Stückzahlen besonders auch für den sehr großen heimischen Markt schlichtweg kostengünstiger produzieren bzw. anbieten konnte.)

    Einmal abgesehen davon, daß die erneuerbaren Energien bei einem weiteren Ausbau an betriebswirtschaftliche und auch technische Grenzen stoßen, da das Speicherproblem – für Zeiten, in denen keine Sonne scheint wie Nachts oder nur wenig Wind weht – bis heute nur mit einem enormen finanziellen bzw. technischen Aufwand gelöst werden könnte, was die Strompreise in bislang ungeahnte Höhen bringen würde.

    Grüße

  24. Noch zur Vermeidung von Mißverständnissen:
    Natürlich braucht es erneuerbare Energien, vor allem auch um den fatalen CO2-Ausstoß zu begrenzen.

    Allerdings sollte sich niemand etwas vormachen.
    In einem kapitalistischen Wirtschaftssystem, das auf Dauer ohne Wachstum (des Kapitals) nicht existieren kann, werden Einsparungen an einer Stelle (z.B. beim CO2-Ausstoß im Energiebereich) laufend wieder zunichte gemacht.

    Was auch der Grund ist, warum (nicht nur in Deutschland, sondern auch in China und einigen anderen Staaten) trotz zunehmendem Einsatz z.B. von Solar- und Windkraftanlagen und auch E-Autos der hohe CO2-Ausstoß bestenfalls konstant bleibt bzw. (je nach wirtschaftlicher Lage bzw. Konjunktur) weiter steigt.
    (Und weltweit sowieso, da sich viele Staaten eine Energiewende gar nicht leisten können.)

    Und falls dieser in einem Land tatsächlich ‘mal etwas sinkt, hat das meist ganz andere Gründe wie z.B. Stilllegung von Betrieben aufgrund mangelnder zahlungsfähiger Nachfrage, Auslagerung von arbeitsintensiven und oftmals auch “schmutzigen” Produktionszweigen ins billigere Ausland, milde Winter und deshalb weniger Heizenergieverbrauch usw.

    Grüße
    Klaus Strehler

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