Forum
Energie News
Acht Minuten lang war es 50 Millionen Grad heiß: Nächster Schritt in Richtung Kernfusions-Kraftwerk
Acht Minuten lang war es 50 Millionen Grad heiß: Nächster Schritt in Richtung Kernfusions-Kraftwerk
Kernfusion könnte ein Weg aus der Klima-Krise sein. In einem Versuchsreaktor in Greifswald wurde vor Kurzem ein Test mit einem 50 Millionen Grad heißen Plasma durchgeführt.
Greifswald - Faszinierende Kernfusion - die saubere, unbegrenzte Energie der Zukunft? In Greifswald kam es vor Kurzem zu einem Durchbruch: Dort wurde es acht Minuten lang dreimal so heiß wie im Inneren der Sonne. Forscher haben in der Plasmakammer des Fusionsreaktors Wendelstein 7-X des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in Greifswald in Mecklenburg-Vorpommern ein leichtes Wasserstoffplasma erzeugt. Über acht Minuten lang wurde es auf 50 Millionen Grad gehalten. Zum Vergleich: Das Innere unserer Sonne ist „nur“ 15 Millionen Grad heiß. Der Energieumsatz von 1,3 Gigajoule bedeutete einen neuen Bestwert für die Entladungszeit bei Wendelstein 7-X.
Kernfusion: „Wir tasten uns jetzt an immer höhere Energiewerte heran“
„Wir tasten uns jetzt an immer höhere Energiewerte heran“, erklärte Professor Dr. Thomas Klinger, Leiter des Bereichs Stellarator-Dynamik und -Transport. „Dabei müssen wir Schritt für Schritt vorangehen, um die Anlage nicht zu überlasten und zu beschädigen.“
Die Voraussetzung für solch gigantische Temperaturen ist, dass das Teilchen nichts berührt, weil es sonst schlagartig abkühlen würde. Die Lösung: Es muss innerhalb eines Magnetfelds schweben. 50 supraleitende Magnetspulen erzeugen einen Magnetkäfig, eine sogenannte Stellarator-Anlage in Form eines verdrillten Ringes. Die Innenwände der Plasmakammer wurden zudem in Umbauarbeiten in den letzten drei Jahren mit einem Hitzeschutz verkleidet. Keine andere Fusionsforschungsanlage weltweit verfügt laut der Uni über eine so umfassend gekühlte Wand. Mit 657 Wasserkühlkreisen ist es möglich, bis zu zehn Megawatt pro Quadratmeter aus der Kammer abzuführen. Die Entladung dauerte über 480 Sekunden an – auch das ist ein neuer Bestwert für Wendelstein 7-X. Vor dem Umbau erreichte Wendelstein 7-X maximale Plasmazeiten von 100 Sekunden bei deutlich geringerer Heizleistung.
Kernfusion: 100 Millionen Grad sind nötig
Der Testlauf mit 50 Millionen Grad wird wohl nicht das Ende sein: Um später Energie durch Kernfusion zu gewinnen, soll Wasserstoffplasma sogar auf 100 Millionen Grad erhitzt werden. Dies gelingt mit starken Magnetfeldern, einer Mikrowellen- und einer Ionenheizung. Neutralteilchen werden auf das erzeugte Plasma geschossen.
Foto © imago stock&people
Das Plasma wurde im jüngsten Test kontinuierlich mit 2,7 Megawatt beschossen, die Energie konnte abgeführt werden, ohne die Anlage zu beschädigen. Als nächsten Test planen die Wissenschaftler, das Plasma über 30 Minuten lang auf 100 Millionen Grad zu halten, bei einem Energieumsatz von 18 Gigajoule. Dies könnte ein weiterer Schritt sein, um Kernfusion als echte, dauerhafte Energiequelle zu nutzen. Dafür müsste dann eine Großanlage gebaut werden. Ultimativ ist das Ziel der Fusionsforschung ein klima- und umwelfreundliches Kraftwerk zu entwickeln. Aus der Verschmelzung von Atomkernen soll Energie gewonnen werden. Das Fusionsfeuer zündet aber erst bei über 100 Millionen Grad. (cgsc)
Kernfusion könnte der Gamechanger in der Klimakrise sein. Der Chef des Weltklimarats, Hoesung Lee, erklärt, warum es wichtig ist, die globale Erwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen.
Wie bei einem Schwamm: So günstig könnten wir bald Sonnenenergie speichern
Für Erneuerbare Energien braucht es zwangsläufig Speichertechnologien. Schließlich stehen Sonne und Wind nicht zu jeder Zeit zur Verfügung. Um die Energie beispielsweise für die Nacht nutzbar zu machen, muss sie „zwischengelagert“ werden. Ein Team aus Ingenieuren und Wissenschaftlern der Sandia National Laboratories und des Unternehmens Csolpower LLC entwickelten nun die wahrscheinlich günstigste Möglichkeit dafür. Der Energiespeicher besteht eigentlich nur aus einem Haufen Kieselsteine. Ganz so salopp drücken sich die Wissenschaftler aber nicht aus. Es handelt sich im Fachjargon um ein „elektrisch geladenes, thermisches Energiespeichersystem“.
Die Steine befinden sich in einem geschlossenen Zylinder, der mit Luft erhitzt oder gekühlt werden kann. Überschüssiger Strom erwärmt die Luft, die ihre Wärme wiederum an die Kieselsteine abgibt. Das Material eignet sich gut für diese Art Energiespeicher. „Die Steine haben eine so große Oberfläche, dass man im Grunde durch einen großen Schwamm bläst. Das ist eine große Fläche für die Wärmeübertragung“, erklärt Nathan Schroeder, mitarbeitender Ingenieur, gegenüber dem Technologieportal Tech Briefs. Um die Energie zu entnehmen, öffnen die Ingenieure die Ventile und lassen kalte Luft durchströmen, die sich erhitzt. Die Wärme kann direkt Prozessen zugeführt werden oder Wasserdampf erzeugen, der eine Turbine antreibt.
Prototyp speichert Energie für 20 Stunden
Dass die Technologie funktioniert, bewies das Team aus dem US-Bundesstaat New Mexico anhand eines Prototyps. Die Anlage besitzt eine Speicherkapazität von 100 Kilowattstunden. Darin speicherten die Ingenieure tagsüber die Energie einer PV-Anlage in Form von 500 Grad Celsius heißer Luft. Bis zu 20 Stunden lang hielt die Anlage diese Temperatur aufrecht. „Da es sich um einen Hochtemperaturprozess handelt, schaffen wir ein effizienteres System als bei der Stromspeicherung mit Li-Ionen-Batterien - und das zu viel geringeren Kosten“, so Schroeder. Zumal die verwendeten Kieselsteine keinerlei vorherige Aufarbeitung erforderten. Es handelt sich dabei um einen einfachen Rohstoff, der weltweit nahezu überall ausreichend vorhanden ist.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Speicher mit zunehmender Größe effizienter wird. Das hängt damit zusammen, dass sich das Verhältnis von Oberfläche zum Volumen verringert. Es geht also verhältnismäßig weniger Wärme verloren.
Kieselstein-Speicher bald im großen Stil vermarkten
Preislich liegt der Speicher mit unter 10 US-Dollar pro Kilowattstunde Wärmeenergie unter allen anderen kommerziellen Speicherarten, die laut den Ingenieuren das 20- bis 30-fache kosten. Das Team plant nun, den Speicher für den Massenmarkt vorzubereiten. Nach erfolgreich verlaufender Testphase sollen mehrere Gewächshäuser im Norden New Mexicos die so gespeicherte Energie nutzbar machen. „Anstatt die Solarenergieproduktion zu drosseln, würden wir sie speichern und in kalten Nächten nutzen, um die Gewächshäuser das ganze Jahr über warm genug zu halten, um Pflanzen zu züchten“, so Walter Gerstle, Mitbegründer von Csolpower.