150 Millionen Grad Celsius heiße „künstliche Sonne“ erschließt endlose Energiequellen

Mit einem Magnetfeld, das 280.000 Mal stärker ist als das der Erde, wurde der Aufbau des fast 1.000 Tonnen schweren zentralen Magnetclusters des Fusionsreaktors ITER gerade fertiggestellt und ist bereit für den wichtigen Installationsschritt.

Dies gilt als wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Verwirklichung des Traums einer sauberen und nahezu endlosen Energiequelle – ähnlich wie die Sonne scheint.

Erwecke die Energie der Sterne

Jahrzehntelang galt die Fusion – der Prozess, bei dem leichte Kerne wie Wasserstoff zu Helium vereinigt werden und dabei Energie freigesetzt wird – als der „Heilige Gral“ der Energiewirtschaft.

ITER-Designbild (Foto: ITER).

Anders als bei der Kernspaltung (dem Prozess der Spaltung schwerer Atomkerne wie Uran) entsteht bei der Fusion kein radioaktiver Abfall, der langfristig erhalten bleibt, sie ist weniger riskant und verfügt über praktisch unbegrenzte Brennstoffquellen.

Um jedoch eine Fusionsreaktion ähnlich der im Kern der Sonne auszulösen, müssen Menschen extreme Bedingungen schaffen: Temperaturen von bis zu 150 Millionen Grad Celsius – das Zehnfache der Temperatur im Zentrum der Sonne –, um Wasserstoffatome trotz der elektrostatischen Abstoßung zwischen ihnen zur Verschmelzung zu zwingen.

Aus diesem Grund wurde in Südfrankreich der ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – der größte thermonukleare Reaktor der Welt – in Zusammenarbeit mit mehr als 30 Ländern gebaut, darunter die USA, Russland, China, Japan, Indien, Südkorea und die gesamte EU.

Mit Supermagneten die Sonne festhalten

Um das Plasma bei 150 Millionen Grad Celsius zu kontrollieren – eine Substanz, die heiß genug ist, um jedes normale Objekt zu zerstören – verwendet ITER die Tokamak-Technologie, ein ringförmiges Design, das ein starkes Magnetfeld erzeugt, um das Plasma „in der Schwebe“ zu halten und von den Ofenwänden fernzuhalten.

ITER verwendet die Tokamak-Technologie, ein ringförmiges Design, das ein starkes Magnetfeld erzeugt, um das Plasma „schweben“ zu lassen (Foto: ITER).

Die Hauptfigur dieses Systems ist der zentrale Solenoid – ein riesiger supraleitender Spulencluster mit einem Gewicht von fast 1.000 Tonnen, dessen Hauptkomponenten gerade fertiggestellt wurden und der zur Installation bereit ist.

Der Zentralsolenoid kann ein Magnetfeld mit einer Stärke von bis zu 13 Tesla erzeugen, was dem 280.000-fachen des Erdmagnetfelds entspricht. Schon als einzelne Komponente enthält es 6,4 Gigajoule magnetische Energie – das entspricht der Sprengkraft von 1.500 kg TNT.

Das Besondere dabei ist, dass der Plasmabereich in einem Tokamak Hunderte Millionen Grad Celsius erreichen muss, während der zentrale Solenoid auf fast -270 °C, also nahe der Temperatur von flüssigem Helium, gekühlt werden muss, um seinen supraleitenden Zustand aufrechtzuerhalten. Dies war eine enorme technische Herausforderung, da zwei entgegengesetzte Temperaturzustände in einem begrenzten Raum nebeneinander bestehen und synchron funktionieren mussten.

Ein teurer, aber wünschenswerter Traum

Wenn der ITER planmäßig läuft, wird er etwa 50 Megawatt Strom zum Starten des Plasmas verbrauchen und 500 Megawatt Wärme aus der Fusionsreaktion zurückgewinnen – das entspricht einer Energieerzeugungsrate, die zehnmal höher ist als die eingesetzte Energie.

Dabei handelt es sich allerdings lediglich um reine Wärmeenergie. Um Strom zu erzeugen, muss diese Energie durch ein Turbinensystem umgewandelt werden – und Verluste sind unvermeidlich.

Sollte es ITER dennoch gelingen, eine stabile Reaktion aufrechtzuerhalten, wäre dies der erste Beweis im industriellen Maßstab, dass Elektrofusion nicht nur theoretisch, sondern auch in einem Maßstab durchführbar ist, der in Zukunft gesteigert werden kann.

Es ist kein Zufall, dass die USA, die EU, China und Japan sich darauf geeinigt haben, Technologie, Humanressourcen und Finanzmittel (geschätzt im zweistelligen Milliardenbereich) für ein gemeinsames Projekt bereitzustellen. Der von den USA hergestellte und finanzierte Central Solenoid ist ein Beweis dafür.

Glaube an globale wissenschaftliche Zusammenarbeit

Herr Pietro Barabaschi, Generaldirektor von ITER, betonte: „Die Einzigartigkeit von ITER liegt nicht nur in seinem technologischen Maßstab, sondern auch in seinem internationalen Kooperationsmodell, daspolitische und strategische Differenzen überwindet, um einer globalen Herausforderung zu begegnen: der Energiekrise und dem Klimawandel.“

Während die Welt nach alternativen Energiequellen zu fossilen Brennstoffen sucht, gibt ITER Anlass zur Hoffnung auf eine „kohlenstofffreie“ Zukunft, in der Fusionsreaktoren stabile und sichere Energie liefern können, ohne giftige Abfälle zu erzeugen.

Allerdings gibt es auch Skeptiker am ITER. Das Projekt liegt fast ein Jahrzehnt hinter dem Zeitplan zurück, hat das Budget mehrmals überschritten und wird sein erstes Plasma erst 2033 produzieren. Der kommerzielle Betrieb eines Fusionskraftwerks ist immer noch eine Frage der Jahre 2040-2050.

Unterdessen arbeiten eine Reihe privater Unternehmen wie TAE Technologies (USA), Tokamak Energy (Großbritannien) und Helion Energy an kompakteren und flexibleren Modellen – mit der Aussicht, Fusionsenergie viele Jahre früher ans Netz bringen zu können als ITER.

Man darf jedoch nicht vergessen, dass ein Großteil ihrer Fortschritte auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen und Daten beruht, die ITER bereits generiert hat.

Quelle: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/mat-troi-nhan-tao-nong-150-trieu-do-c-khai-mo-nguon-nang-luong-vo-tan-20250509092824986.htm