Kernfusion, derselbe natürliche Prozess, der Sonne und Sterne antreibt, kann die ultimative grüne Energiequelle auf der Erde sein.
Obwohl es Geheimnisse und Hürden aufwirft, die Wissenschaftler nicht knacken konnten, ist eine Gruppe von Forschern zuversichtlich, dass sie den Prozess innerhalb von vier Jahren replizieren können, so ein am 29. September im Journal of Plasma Physics veröffentlichter Bericht , wie Live Science berichtete .
„Wir sind praktisch alle in diese Forschung eingestiegen, weil wir versuchen, ein wirklich ernstes globales Problem zu lösen“, sagte der Autor des Berichts, Martin Greenwald, Plasmaphysiker am MIT. „Wir wollen Einfluss auf die Gesellschaft nehmen. Wir brauchen eine Lösung für die globale Erwärmung – andernfalls ist die Zivilisation in Schwierigkeiten. Das sieht so aus, als ob es helfen könnte, das zu beheben.“
Gemeinsam mit einem Spin-off-Unternehmen, Commonwealth Fusion Systems, bauen Wissenschaftler des MIT ein neues experimentelles Modell zur Replikation des Prozesses, den sogenannten SPARC-Reaktor (Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact).
Mit SPARC hoffen die Forscher, „brennende Plasmen“ nachzubilden, ein wesentliches Element für laufende Fusionsreaktionen wie die in der Sonne.
Ein brennendes Plasma ist eines, bei dem Fusionsreaktionen den größten Teil der Plasmaerwärmung liefern, erklärt das Energieministerium . Wie Live Science berichtete, wurde die Regulierung des brennenden Plasmas in Reaktionen bisher jedoch nicht von der Wissenschaft gemeistert, und die Forscher versuchen immer noch, es vollständig zu entschlüsseln.
Dennoch könnte das SPARC-Gerät, das im nächsten Juni gebaut wird, bereits 2025 für seine erste Fusionsreaktion bereit sein. Das ist ein Jahrzehnt früher als erwartet von einem anderen Fusionsprojekt namens International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), das fällig ist bis 2035 in Betrieb zu nehmen. Es befindet sich jedoch seit 2013 im Bau.
Das SPARC-Projekt verwendet hochtemperatursupraleitende Magnete, die erst 2015 kommerziell erhältlich waren. Die Magnete können Magnetfelder mit einer maximalen Reichweite von 21 Tesla erzeugen und sind fast doppelt so stark wie die in ITER verwendeten mit 12 Tesla.
Dank der fortschrittlicheren Magneten wird das Zentrum von SPARC viel weniger sperrig. Laut Live Science hat das ITER-Herz einen dreimal größeren Durchmesser und ein 60- bis 70-mal größeres Volumen als das von SPARC.
„Diese dramatische Größenreduzierung geht mit einer Gewichts- und Kostenreduzierung einher“, sagte Greenwald, der auch der leitende Wissenschaftler des SPARC-Projekts ist. „Das ist wirklich der Game-Changer.“
SPARC kann zwar nicht direkt Strom beziehen, kann aber Wärme aus seinen Fusionsreaktionen extrahieren. Dampf aus der Abwärme des Fusionsreaktors treibt eine Turbine und einen elektrischen Generator an und erzeugt so Strom.
Greenwald sagte, dass Fusionskraftwerke aufgrund des gleichen Mechanismus der ideale Ersatz für Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen wären, was die Anpassung an das System erleichtert.
Er fügte hinzu, dass die Fusionsanlage, an der sie arbeiten, maximal 1.000 Megawatt produzieren oder die gesamte Stromproduktion der USA von derzeit 500 Megawatt verdoppeln kann.
SPARC könnte innerhalb von 10 Jahren, nachdem Forscher ihre ersten Fusionsreaktionen damit begonnen haben, Strom produzieren. Dafür müsste jedoch eine separate Vorrichtung mit dem Namen ARC-Reaktor (Affordable Robust Compact) gebaut werden, um die von SPARC abgegebene Wärme umzuwandeln.
Obwohl es ehrgeizig erscheint, war Greenwald zuversichtlich, das Ziel erreichen zu können.
Kernkraftwerke erzeugen Energie durch Kernspaltung, bei der Atome getrennt werden, eine Reaktion, bei der auch radioaktiver Abfall entsteht. Nach Angaben der Energy Information Administration können solche Materialien über Tausende von Jahren schädlich für die menschliche Gesundheit bleiben.
Während der Fusion werden Atomkerne jedoch unter mindestens 100 Millionen Grad Celsius kombiniert, um Energie zu erzeugen. Wie Live Science feststellte, produziert es keine Treibhausgase oder andere Schadstoffe und benötigt reichlich verfügbare Substanzen wie Wasserstoff.
