China kommt der Erschließung endloser sauberer Energien näher

Die geschäftige Stadt Shanghai begeht nationale Feiertage mit weltberühmten Lichtshows, bei denen die Wolkenkratzer in leuchtenden Farben erstrahlen.

Hier arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure rund um die Uhr an der Entwicklung des nächsten großen Trends in der globalen Technologie – vom 6G-Internet über fortschrittliche KI bis hin zur Robotik der nächsten Generation. Hier arbeitet auch ein kleines Startup namens Energy Singularity an etwas Außergewöhnlichem: der Fusionsenergie.

Fusionsenergie ist die Energie, die bei Kernfusionsreaktionen erzeugt wird. Sie ist das Gegenteil der Kernspaltungsreaktion, die in heutigen Kernreaktoren oder Atomwaffen zum Einsatz kommt.

Die Kernfusion, der Prozess, der die Sonne und andere Sterne mit Energie versorgt, lässt sich auf der Erde nur schwer reproduzieren. Mehrere Länder haben die Kernfusion zwar erfolgreich umgesetzt, doch ihre Aufrechterhaltung für den realen Einsatz bleibt schwierig.

Shanghai bei Nacht. Foto: New York Times

Eine kontrollierte Kernfusion setzt etwa vier Millionen Mal mehr Energie frei als die Verbrennung von Kohle, Öl oder Gas und viermal mehr als die Kernspaltung, die heute genutzte Form der Kernenergie. Sie wird zwar nicht rechtzeitig genug entwickelt sein, um den Klimawandel in diesem Jahrzehnt zu bekämpfen, könnte aber die Lösung für die zukünftige Erwärmung sein.

Die chinesische Regierung investiert massiv in das Projekt. Laut Jean Paul Allain, Leiter des Büros für Fusionsenergiewissenschaften im US-Energieministerium, schätzt sie, dass sie jährlich zwischen einer und 1,5 Milliarden Dollar in die Kernfusion investieren wird. Zum Vergleich: Die US-Regierung gibt jährlich rund 800 Millionen Dollar aus.

Private Unternehmen in beiden Ländern sind optimistisch, dass sie trotz der noch verbleibenden enormen technischen Herausforderungen die Fusionsenergie bis Mitte der 2030er Jahre ans Netz bringen können.

Tokamak „Künstliche Sonne“

Die Kernfusion ist ein unglaublich komplexer Prozess, bei dem zwei Kerne, die sich normalerweise abstoßen würden, zusammengepresst werden. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, die Temperatur in einem Tokamak auf 150 Millionen Grad Celsius zu erhöhen – das Zehnfache der Temperatur im Sonnenkern.

Bei der Verschmelzung setzen die Kerne große Mengen Energie in Form von Wärme frei, die dann zum Antrieb von Turbinen und zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Das in Shanghai ansässige Startup Energy Singularity hat innerhalb von drei Jahren seinen eigenen Tokamak gebaut – schneller als jeder andere Reaktor zuvor. Ein Tokamak ist eine unglaublich komplexe zylindrische oder toroidale Maschine, die Wasserstoff auf extrem hohe Temperaturen erhitzt und so ein Plasma erzeugt, in dem die Kernfusion stattfindet.

Während eines Experiments wird Plasma im Tokamak von Energy Singularity eingeschlossen. Foto: Energy Singularity

Energy Singularity hat mehr als 112 Millionen US-Dollar an privaten Investitionen erhalten und außerdem eine Weltneuheit erreicht: Der aktuelle Tokamak des Unternehmens ist der einzige Tokamak, der bei Plasmaexperimenten fortschrittliche Magnete verwendet.

Diese sogenannten Hochtemperatur-Supraleiter sind stärker als die Kupfermagnete, die in älteren Tokamaks verwendet wurden. Dadurch können kleinere Tokamaks ebenso viel Fusionsenergie erzeugen wie größere Tokamaks und das Plasma besser einschließen.

Das Unternehmen sagte, es plane, bis 2027 einen Tokamak der zweiten Generation zu bauen, um die kommerzielle Rentabilität seiner Methode zu demonstrieren, und erwarte, bis 2035 über ein Gerät der dritten Generation zu verfügen, das das Netz mit Strom versorgen könne.

Dank der chinesischen Forschungsinvestitionen schreitet das Tokamak-Konzept rasant voran. Chinas EAST-Tokamak in Hefei hat Plasma über 17 Minuten lang konstant bei 70 Millionen Grad Celsius gehalten – fünfmal heißer als der Kern der Sonne – ein Weltrekord und ein unglaublicher Durchbruch.

Lasertechnologie

Während China mit Tokamak-Reaktoren große Fortschritte macht, haben die USA bei einer anderen Technologie die Nase vorn: den Lasern.

Ende 2022 feuerten Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien fast 200 Laserstrahlen auf einen Zylinder mit einer pfefferkorngroßen Brennstoffkapsel. Dies war das weltweit erste erfolgreiche Experiment zur Erzeugung von Nettofusionsenergie. Die dabei freigesetzte Energie war größer als die zum Erhitzen der Kapsel benötigte Energie.

Ein Teil des Lasersystems im Lawrence Livermore National Laboratory, wo Wissenschaftler erfolgreich eine Fusionsreaktion gestartet haben. Foto: Damien Jemison

Es gibt noch viele andere Möglichkeiten, die Kernfusion zu erreichen, und die USA setzen auf eine Vielzahl von Technologien.

„Es gibt möglicherweise mehrere Möglichkeiten, und wir wissen nicht genau, welche die beste ist“, sagte Melanie Windridge, eine britische Plasmaphysikerin. Langfristig hänge es von den Kosten und anderen Faktoren ab, betonte aber, dass der Tokamak das am besten erforschte Konzept sei.

Während die chinesische Regierung Geld in die Kernfusion investiert, haben die USA mehr private Investitionen angezogen. Weltweit hat der private Sektor in den letzten drei bis vier Jahren sieben Milliarden Dollar für die Kernfusion ausgegeben, wobei laut Allain etwa 80 Prozent von US-Unternehmen stammten.

Wenn die chinesische Regierung jedoch weiterhin jährlich mehr als eine Billion Dollar investiert, könnte diese Zahl schon bald die US-Ausgaben übersteigen, sogar im privaten Sektor.

Und wenn sich diese Investitionen auszahlen, werden die farbenfrohen Feierlichkeiten in Shanghai China ein völlig neues Gesicht verleihen.

Hoai Phuong (laut CNN)

Quelle: https://www.congluan.vn/trung-quoc-tien-gan-den-viec-lam-chu-nguon-nang-luong-sach-vo-tan-post313167.html