Die „Fusions-Konstante“ hat sich geändert!

Die Kernfusions-Konstante

Seit den 1950-ern heißt es:

In ca. 30 bis 40 Jahren beherrschen wir die Kernfusion und haben damit alle unsere Energie-Sorgen vom Tisch.

Diese Zeitspanne wird manchmal scherzhaft als „Fusions-Konstante“ bezeichnet. Bis vor kurzem war das auch immer noch so – Kernfusion haben wir bestenfalls ca. 2040/50, wenn mit ITER alles glatt läuft, heißt es. Frühestens 2080 lässt sich mit dieser Technik der dann ca. 100 T-kWh (Tera-Kilowattstunden, 1 T-kWh = 1 Mio. GWh) pro Jahr betragende globale Energiebedarf decken.

Jetzt hat sich das meines Erachtens geändert.

ITER / Tokamak

Das multinationale Projekt ITER baut nach dem 1952 von Andrei Sacharow und Igor Tamm in Moskau entwickelten Konzept des Tokamak und nach einigen (Dutzend) kleineren, nach diesem Prinzip gebauten Reaktoren, den größten bisher gebauten Fusions-Reaktor. Ob der dauerhaft mehr Energie wird produzieren können, als er verbraucht ist meiner Kenntnis nach noch durchaus fraglich. Fakt ist wohl, dass es prinzip-bedingt nicht kleiner geht, wenn man Energie „ernten“ will. Und das ist ein Problem. ITER sieht so aus, wenn er mal fertig ist:

Menschlein im ITER-Reaktor (rot eingekaschtelt). (c) aus dem Bild ersichtlich.

Das Teil ist einfach viel zu kompliziert, groß und teuer. Und das Plasma ist inhärent instabil, d.h. es ist sehr „gefühlig“ was die Form des Magnetfeldes und seine eigenen Strömungseigenschaften angeht. Natürlich ist ITER nicht instabil im Sinne von „kann in die Luft fliegen“.

Aber es geht auch anders. Nämlich einfacher, kleiner und wesentlich billiger. Und stabil.

Moonshots

Es gibt bei Lockheed-Martin (unter anderen – der eine oder andere kennt vielleicht die „legendären“ Bell-Labs oder das Xerox-PARC) eine „geschlossene Abteilung“ (Forschungsabteilung), die für sogenannte „Moon Shots“ zuständig sind und nur gelegentlich „Freigang“ bekommen. Das sind Gruppen im Sinne der Mannschaft, die damals für Kennedy das Mondlande-Programm durchgezogen hat: engagierte, ernsthafte Wissenschaftler und Ingenieure / Techniker, die konzentriert und wissenschaftlich ein bestimmtes Problem angehen.

Diesmal haben sie jemanden aus der Geschlossenen bei Lockheed-Martin auf die SOLVE FOR <X> – Tagung gelassen. Wenn ich mich nicht verhört habe, heißt die Abteilung „Skunk-Works“. Und wenn der dort einigermaßen realistisch dargestellt hat, was die da gerade erreicht haben, dann wird mir sprichwörtlich warm um’s Herz:

Die Fusionskonstante hat dann nämlich gerade einen Sprung nach unten gemacht – sie beträgt jetzt nur noch ca. 10 Jahre! Aber vielleicht wird ja diesmal wirklich etwas daraus.

Das Konzept von Skunkworks

Die Jungs und Mädels bei Lockheed-Martin haben sich erstmal genauer angeguckt, wie sich so ein bewegtes Plasma in einem Magnetfeld eigentlich verhält und haben versucht, Modelle aufzustellen, die dieses Verhalten beschreiben. Dann haben sie Versuche in kleinerem Maßstab gemacht um die Modelle zu überprüfen – goto start.

Alles also ganz normale Wissenschaft. Allerdings mit dem dezidierten Ziel, mit gegebenem Aufwand ein klar definiertes Ergebnis zu erreichen. Anstatt – wie man es manchmal bei öffentlich geförderten Projekten meinen könnte – mit dem Ziel den Level an verfügbarem Kapital, dass man verbrennen kann über einen möglichst langen Zeitraum zu maximieren. Das Ziel ist in deren Fall folgendes:

Einen Fusionsreaktor zu bauen, der nicht in ein globales Infrastruktur-Projekt ausartet, unglaublich komplex und schwer zu beherrschen ist und von dem noch nicht einmal klar ist, ob er im Sinne der vielen Tausend Erfinder funktioniert. Nein, ich will auf keinen Fall das ITER Projekt oder irgendein anderes bisher realisiertes Fusions-Versuchs-Projekt schlecht reden. Ich bin sehr dafür, solche Projekte durchzuführen. Die haben definitiv alle brauchbare Erkenntnisse geliefert. Auch wenn die Erkenntnis nur war: „so geht’s halt nicht“. Ist ja auch schon was. Im Gegensatz dazu wollen die aber einen Reaktor bauen, den man auf einer Fertigungs-Straße innerhalb einer Fabrik bauen kann – und der auf einen LKW passt. Also eher Sattelschlepper.

100MW on a Truck

Die Unterschiede zum Tokamak-Konzept, die bisher realisiert wurden, sind sehr simpel und sehr effektiv:

  • Das Magnetfeld wird extern erzeugt und nicht durch die Bewegung des Plasmas selbst. Das Plasma wird durch Radiowellen angeregt.
  • Dadurch wird das Magnetfeld nach aussen hin stärker anstatt schwächer (wie beim Tokamak oder um einen stromdurchflossenen Draht).
  • High-β Koniguration: β ist nahe 1 anstatt eher 0,1 bei ITER. β ist ein Maß dafür, wie stark das Magnetfeld das Plasma komprimiert. Die erforderliche Stärke des zu erzeugenden Magnetfelds verringert sich entsprechend.
  • Die Krümmung der Magnetfeldlinien entspricht im Wesentlichen der Bewegungsrichtung des Plasmas.
  • Es gibt nur sehr wenige Stellen in der ganzen Konfiguration, die magnetisch „nicht ganz dicht“ sind. Die „magnetische Flasche“ ist also wesentlich „dichter“ als beim Tokamak. Diese Stellen scheinen auch nur an definierten Punkten aufzutreten, im Gegensatz zum Tokamak, wo das wohl überall jederzeit auftreten kann und entsprechend aufwendig kompensiert werden muss.

So ein Teil würde dann Deuterium und Tritium (erbrütbar aus Lithium) fusionieren und 100 MW abgeben. Genug für eine Kleinstadt inklusive der dann wohl elektrischen Autos der Bewohner. Wenn man von den gleichen Annahmen ausgeht (Wie steigt der Energiebedarf? Wie schnell kann die Entwicklung bei einer bestimmten Kapital-Versorgung voranschreiten) kommt man auf den globalen Break-Even (ca. 44 T-kWh) in ca. 2045 (statt 2080 mit ITER).

So maybe we can change the world with this.

Das wär‘ doch mal was!

Das Video

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