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Kontrollierte Kernfusion: Kann Sonnenfeuer schon bald Atomkraft ersetzen?
Die wichtigste Energiequelle der Menschheit ist die Atomkraft: Die Sonne ist ein gigantischer Kernreaktor, ohne den es kein Leben auf der Erde gäbe. Mit der kontrollierten Kernfusion nach dem Vorbild der Sonne möchten Wissenschaftler eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle erschließen.
Vor 20 Jahren, am 9. November 1991, gelang es am europäischen Experimentalreaktor JET („Joint European Torus“) im englischen Abingdon weltweit erstmals, das Sonnenfeuer zu entfachen und Fusionsenergie freizusetzen.
Feuer: Am Anfang war es brennendes Holz, das den Menschen Wärme spendete und die Zubereitung von Speisen ermöglichte. Noch heute ist Holz in vielen Regionen der Welt der wichtigste Energieträger.
Andere brennbare Stoffe wie Kohle, Erdöl und -gas verdrängten aber in den entwickelten Ländern das Holz. Doch es gibt ein Comeback.
In Form kleiner Pellets, die zwischen zwei und fünf Zentimeter lang und vier bis zehn Millimeter dick sind, kehrt der Energieträger Holz derzeit auch hierzulande in viele Häuser zurück. Als nachwachsender Rohstoff hat Holz beim Wachsen der Bäume zunächst so viel CO2 aus der Atmosphäre gebunden, wie später bei der Verbrennung wieder freigesetzt wird.
Gas: Erdgas trägt hierzulande mit rund 22 Prozent zur Energieversorgung bei. Erdgaskraftwerke liefern 13,5 Prozent des Stroms.
Sie stoßen weniger Kohlendioxid aus als Kohle- oder Ölkraftwerke. 32 Prozent des Erdgases importieren wir aus Russland, 26 Prozent aus Norwegen und 19 Prozent aus den Niederlanden.
Kohle: In Deutschland hat die Steinkohle einen Anteil von 13,1 Prozent am gesamten Energieverbrauch. Die Braunkohle trägt weitere 11,1 Prozent bei.
Noch größer ist der Stellenwert von Kohle bei der Stromerzeugung. Rund 43 Prozent der elektrischen Energie wird in Kohlekraftwerken produziert. Je Kilowattstunde wird dabei circa ein Kilogramm CO2 freigesetzt.
Öl: Mehr als ein Drittel des Primärenergieverbrauchs wird hierzulande mit Erdöl bestritten. Der größte Teil entfällt auf den Verkehrsbereich:
Benzin und Diesel sind Ölprodukte. Da die bekannten Reserven nur noch für rund 50 Jahre reichen, ist Öl zum Verbrennen eigentlich zu schade – zumal Erdöl ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie ist.
Bioenergie: Aus Pflanzen lassen sich Kraftstoffe herstellen – sogenannter Biodiesel.
In Deutschland werden einige Prozent dieser Kraftstoffe den normalen Treibstoffen beigemischt. Allerdings ist die Nutzung dieser nachwachsenden Energieträger umstritten. Besonders in Entwicklungsländern werden Agrarflächen umgewidmet, um Biokraftstoffe statt Nahrungsmittel zu produzieren.
Staudamm: Das mit Talsperren angestaute Wasser kann auf seinem Weg ins Tal Turbinen antreiben und Strom erzeugen. Sogenannte Pumpspeicherwerke pumpen bei einem Stromüberangebot Wasser nach oben ins Reservoir und gewinnen daraus bei Bedarf wieder Elektrizität. Sie wirken also als Energiepuffer.
Wasser: Etwas mehr als vier Prozent der elektrischen Energie werden in Deutschland durch die Kraft des Wassers erzeugt. Nach Einschätzung von Experten ist ein Ausbau dieser umweltfreundlichen und risikoarmen Form der Energieerzeugung hierzulande kaum möglich. Das Potenzial ist ausgeschöpft.
Geothermie: In Deutschland gibt es bislang drei geothermische Kraftwerke: in Neustadt-Glewe (seit 2003), Landau (seit 2007) und Unterhaching (seit 2008).
Die elektrische Leistung dieser drei Kraftwerke beträgt 0,23 Megawatt, 3,8 Megawatt und 3,36 Megawatt. Das ist ein verschwindend kleiner Anteil an der gesamten Stromproduktion. Problematisch ist , dass unter bestimmten Umständen durch Tiefbohrungen Erdbeben ausgelöst werden können.
Kernfusion: Die große Vision der Forscher ist die Entwicklung von Fusionskraftwerken. Darin würde bei der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium sehr viel Energie freigesetzt. Und die Rohstoffe für die Kernfusion wären praktisch unbegrenzt verfügbar.
Kernenergie: Rund 23 Prozent des Stroms kommen hierzulande aus Kernkraftwerken. Anders als bei der Nutzung fossiler Energieträger produzieren Kernkraftwerke praktisch kein Kohlendioxid. Sie sind also klimaneutral.
Die immer noch ungelöste Endlagerfrage und das besondere Gefährdungspotenzial bei Terroranschlägen sind Negativpunkte. Die von deutschen Wissenschaftlern entwickelte, inhärent sichere Kugelbett-Reaktortechnik wurde nicht weiterverfolgt und das Know-how nach China verkauft.
Mond: Der größte Nachteil bei den in der Entwicklung befindlichen Fusionsreaktoren besteht darin, dass auch sie radioaktive Abfälle erzeugen – wenngleich deutlich weniger als Kernkraftwerke und auch nicht so lang strahlende.
Wenn diese Form der Fusionstechnik erst einmal technisch möglich geworden sein sollte, wäre dann der nächste Schritt, Fusionsreaktoren zu entwickeln, die sich mit Helium-3 (3He) betreiben lassen.
Bei diesem Prozess der Kernverschmelzung würden keine Neutronen mehr entstehen und damit auch kein radioaktiver Abfall.
Doch bevor die „strahlungsfreien" Fusionskraftwerke in Betrieb gehen könnten, müsste erst einmal 3He in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Auf der Erde ist dieses Isotop extrem selten.
Doch es kommt im Mondgestein vor. Wie man 3He auf dem Mond abbauen und zur Erde bringen könnte – damit befassen sich bislang nur Science-Fiction-Autoren. Doch am Anfang vieler technologischer Revolutionen stand eine Utopie.
Sonne: Global gesehen, hat die Nutzung der Solarenergie ein sehr großes Potenzial. Der Bau riesiger Solaranlagen in der Sahara, die Europa via Seekabel mit Strom beliefern könnten, wird intensiv diskutiert.
In Deutschland selbst sind die Wetterbedingungen für die Gewinnung von Solarstrom nicht optimal. Gleichwohl nimmt die Bundesrepublik bei Solaranlagen eine technologische Spitzenposition ein. Das ist gut für den Export.
Autos: Welche Energie wird das Auto der Zukunft antreiben? Die beiden aussichtsreichsten Kandidaten sind hier Elektrizität und Wasserstoff.
In beiden Fällen handelt es sich um sekundäre Energieträger, die mithilfe eines Primärenergieträgers gewonnen werden müssen. Die große Frage wird also sein, wie sich der benötigte Strom oder Wasserstoff produzieren lässt.
Wellen: Die Nutzung von Wellen oder Gezeiten spielt bei der Gewinnung von Energie bislang praktisch keine Rolle. Grundsätzlich gibt es hier jedoch ein großes Potenzial, das durch innovative Technologien noch erschlossen werden könnte.
Wind: Windkrafträder tragen zur Stromversorgung Deutschlands bereits mit mehr als sechs Prozent bei – Tendenz steigend.
Das größte Problem bei der Nutzung der Windenergie ist die nicht planbare Verfügbarkeit. Energiespeicher, etwa mit Wasserstoff, könnten jedoch Flauten überbrücken und damit die Bedeutung der Windkraft noch weiter steigern.
Zwei Liter Wasser und ein halbes Pfund Gestein enthalten im Prinzip den Rohstoff für den jährlichen Stromverbrauch einer ganzen Familie. Allerdings ist diese Energie nicht ohne weiteres zugänglich. Fusionskraftwerke sollen diese Quelle anzapfen, indem sie die beiden schweren Wasserstoffvarianten Deuterium und Tritium zum Edelgas Helium verschmelzen. Deuterium lässt sich einfach aus Wasser gewinnen, Tritium können die Reaktoren aus dem Leichtmetall Lithium erbrüten, dass sich in Gestein findet.
Um das Sonnenfeuer in einem Reaktor aufrechtzuerhalten, sind sozusagen höllische Bedingungen nötig: Der gasförmige Brennstoff muss auf rund 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt werden – das ist fast zehnmal heißer als im Zentrum der Sonne.
Das heiße Plasma muss von gigantischen Magnetfeldern berührungslos in der Brennkammer eingeschlossen werden. Würde es die Reaktorinnenwand berühren, würde es sofort abkühlen und die Fusion unmöglich machen, wie das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) erläutert.
Für die Praxis taugt die Technik bisher noch nicht: Nur rund zwei Sekunden brannte das Sonnenfeuer 1991 in JET. Die freigesetzte Fusionsleistung lag bei knapp 2 Megawatt – nicht einmal ein Zehntel dessen, was für die Aufheizung des Plasmas hineingesteckt worden war. Sechs Jahre später erzielte JET den bis heute gültigen Weltrekord für Fusionsreaktoren und holte mit 16 Megawatt immerhin zwei Drittel der eingesetzten Leistung zurück.
Für eine positive Energiebilanz ist JET jedoch zu klein. Die soll bis 2025 der zehnmal größere Testreaktor ITER liefern, der zurzeit im französischen Cadarache gebaut wird. Das Gemeinschaftsprojekt von EU, Japan, Russland, USA, China, Südkorea und Indien soll mindestens zehnmal so viel Energie gewinnen wie für die Zündung der Fusion nötig ist.
Nach Ansicht ihrer Befürworter könnte die Kernfusion einmal die Rolle heutiger Kernspaltungskraftwerke übernehmen. „Die Fusion hat alle Vorteile des Atomstroms und sehr viel weniger Nachteile“, ist etwa ITER-Vizedirektor Remmelt Haange überzeugt. So ist der Fusionsbrennstoff im Gegensatz zum Uran für die Kernspaltung billig und überall verfügbar, es gibt keine Abhängigkeit von einzelnen Erzeugern.
Zudem entsteht weniger und kurzlebigere Radioaktivität als bei der Kernspaltung, Endlager sind nicht nötig. Außerdem entstehen im Betrieb keine Treibhausgase, und eine Kernschmelze ist ausgeschlossen, weil das dünne Plasma sofort abkühlt und erlischt.
Kritiker zweifeln dennoch, ob sich der Aufwand lohnt. So haben sich allein die Kosten für ITER von anfänglich rund 5 Milliarden Euro auf inzwischen 16 Milliarden mehr als verdreifacht – und die Technik ist Jahrzehnte von der Anwendung entfernt.
„Bei der Kernfusion ist nicht vor 2050 mit einer wirtschaftlichen Option zu rechnen“, betont der Atomenergieexperte der Umweltorganisation Greenpeace, Heinz Smital. „Bis dahin hätten unsere Konzepte die gesamte weltweite Stromerzeugung auf erneuerbare Quellen umgestellt.“
ITER-Vizechef Haange will einen vernünftigen Energiemix für die Zukunft. Auch er sieht die Fusion nicht als Generallösung. „Aber man muss sich doch überlegen, ob man nicht eine Energiequelle anzapfen will, deren Brennstoff überall auf der Welt reichlich vorhanden ist.“
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| Kategorie: Meine Artikel | Hinzugefügt von: sorvynosov (06.11.2011)
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