Der lange Weg zur Fusion: Eine kurze Historie
Seit über 75 Jahren verfolgen Wissenschaftler und Ingenieure das Ziel, Fusionsenergie als praktikable Energiequelle zu nutzen. Trotz bemerkenswerter Fortschritte bleibt das Ziel bisher unerreicht. Die Chance, der Menschheit unbegrenzte, saubere Energie zu bieten, ist jedoch zu verlockend, um sie nicht weiterzuverfolgen.
Der Tokamak: Ein gebändigtes Plasma
Der Hauptkandidat für die Fusionskraft ist der Tokamak. Er verwendet ein torusförmiges Magnetfeld, um Wasserstoffplasma auf enormen Druck und hohe Temperaturen zu erhitzen – viele Male heißer als das Sonneninnere. Die Fusion selbst zu erreichen, ist relativ einfach. Sowohl Wasserstoffbomben als auch einfache Laborexperimente können dies schaffen. Der knifflige Teil ist jedoch, mehr Energie zu gewinnen, als hineingesteckt wird – Fusion Ignition genannt.
Ein Durchbruch bei der Laserfusion
Am 5. Dezember 2022 gelang dem National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) erstmals die Fusion Ignition. Sie verwendeten eine Alternative zum Tokamak: die lasergetriebene Inertialfusion. Dabei konzentrieren massive Laserpulsmengen ihre Energie auf eine kleine gefrorene Pellet aus Deuterium und Tritium. Der plötzliche Energieausstoß führt zur Implosion des Pellets und setzt eine Fusionsreaktion in Gang, die mehr Energie freisetzt, als benötigt wurde, um sie zu erzeugen. Bis heute kann das NIF 2,5-mal mehr Fusionsenergie erzeugen als die ursprünglich eingesetzte Laserenergie.
Wissenschaftliche Forschung versus praktische Anwendungen
Auf den ersten Blick erscheint dies als großer Durchbruch – und in vielerlei Hinsicht ist es das auch. Doch leider ist die LLNL-Anlage primär für grundlegende Forschung ausgelegt. Ihre einzige praktische Anwendung besteht darin, Fusionsversuche durchzuführen, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit amerikanischer Atomwaffen zu gewährleisten. Sie wurde nicht entworfen, um ein praktisches Fusionskraftwerk zu realisieren.
Xcimer Energy: Den Weg zur Kommerzialisierung ebnen
Hier kommt Xcimer Energy ins Spiel. Seit 2022 arbeitet das in Denver ansässige Unternehmen daran, das Konzept der Laserfusion in eine praktische Energiequelle zu transformieren. Ziel ist es, eine neue Krypton-Fluorid-Laseranlage zu entwickeln, die zehnmal höhere Laserenergie bei zehnfacher Effizienz und über 30-mal geringeren Kosten pro Joule erzeugt als das NIF.
Technologie aus der Star Wars-Ära
Die Technologie, die Xcimer anwenden will, wurde erstmals in den 1980er Jahren für die US Strategic Defense Initiative (bekannt als Star Wars-Programm) entwickelt. Die Xcimer-Anlage soll über ein Lasersystem verfügen, das mehr als 10 Megajoule Energie produziert. Diese Energie wird auf größere Deuterium/Tritium-Pellets fokussiert, die leichter herzustellen und zu handhaben sind und mehr Energie erzeugen, wenn sie gezündet werden.
Energieumwandlung und -nutzung
Die Energieerzeugung ist wirkungslos, wenn sie nicht genutzt wird. Deshalb durchfließen geschmolzene Lithiumsalze die Fusionskammer nicht nur, um die Wand vor Neutronen zu schützen (was die Wartung reduziert), sondern auch, um die Energie zu absorbieren und abzuleiten – zur Energieerzeugung.
Die optimierte Laser-Zündung
Das System ist darauf ausgelegt, Laserstrahlen aus einer Entfernung von 50 Metern (164 Fuß) durch zwei kleine Öffnungen zu konzentrieren und auf das Zielpellet zu lenken. Der Plan ist, nur eine geringe Menge des Brennstoffs zu zünden, die dann die erforderliche Energie erzeugt, um den Rest des Brennstoffs zur Zündung zu bringen – ähnlich wie ein Streichholz Papier entzündet. Dies ist effizienter und wirtschaftlicher.
Kommentar eines Branchenexperten
"Die Vorteile der Fusion für die Menschheit waren noch nie so klar oder notwendig", sagte Mark Cupta, Xcimer-Vorstandsmitglied. "Xcimer hat einen revolutionären Ansatz zur Inertialfusion entwickelt und ein Team der klügsten Köpfe der Branche zusammengestellt, um dies umzusetzen. Ich bin zuversichtlich – dass die Welt dank Xcimers Führungsrolle endlich diese transformative Energiequelle im kommerziellen Maßstab nutzen wird."