Chance für saubere Energie nutzen Fusionsenergie als Antwort auf den Klimawandel

Der Schlüssel zu Netto-Null-Emissionen liegt in der Nutzung bewährter erneuerbarer Energien wie Sonne, Wind, Erdwärme und Wasserkraft. Und die jüngsten Fortschritte bei der Fusionsenergie haben die Begeisterung für diese Technologie als reichlich vorhandene, zuverlässige und emissionsfreie Energiequelle, die die Klimakrise wirksam bekämpfen könnte, angeheizt.

„Mehr denn je sind saubere Energietechnologien gefragt, da die Notwendigkeit, den Klimawandel zu bekämpfen, immer größer wird“, so Carlos Paz-Soldan, Professor für angewandte Physik und angewandte Mathematik an der Columbia Engineering. „Wir hoffen, die Fusionstechnologie in einem Zeitrahmen einsetzen zu können, der zur Lösung dieses Problems beitragen kann.“

Energiequelle ohne Treibhausgase

Paz-Soldan, Fakultätsmitglied des Columbia Plasma Physics Lab, führt sowohl experimentelle als auch rechnerische Arbeiten im Zusammenhang mit magnetischen „Flaschen“ durch, die das Plasma zur Erzeugung von Fusionsenergie einschließen, sowie mit der Plasmadynamik. „Die Kernfusion hat viele positive Eigenschaften, weshalb sie auch als der heilige Gral der Energiequellen bezeichnet wird“, so Paz-Soldan. „Sie erzeugt nicht so viele giftige Nebenprodukte wie die Kernspaltung, verfügt über einen relativ unbegrenzten Brennstoffvorrat und ist nicht auf die natürlichen Elemente angewiesen.“

Die Kernfusion ist die Reaktion, die aktive Sterne, einschließlich unserer eigenen Sonne, antreibt. Das Zentrum von Sternen ist ein Ort, der so unglaublich heiß und dicht ist, dass sich Wasserstoffatome zu Heliumatomen verbinden und dabei eine ungeheure Menge an Energie freisetzen. Diese Reaktion in einer kontrollierten Laborumgebung auf der Erde nachzubilden, ist kein leichtes Unterfangen. Deshalb haben sich die Wissenschaftler die meiste Zeit der Geschichte bemüht, eine Fusionsreaktion zu erzeugen, die mehr Energie erzeugt als sie verbraucht.

Bei der Fusionsenergie werden keine Treibhausgase freigesetzt, und ein Kraftwerk könnte überall gebaut werden. Die Hauptbrennstoffquelle, Wasserstoff, ist im Meerwasser leicht zu finden. Der oberste Zoll des Wassers im Bostoner Hafen würde genug Wasserstoff liefern, um die gesamte Stadt Boston 50 Jahre lang mit Strom zu versorgen.

Aussicht auf grenzenlose, emissionsfreie Energie

Im Dezember 2022 führte ein Forscherteam in der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory das erste kontrollierte Fusionsexperiment durch, bei dem dieser Meilenstein erreicht wurde. Die Explosion von 192 Laserstrahlen erhitzte ein winziges Brennstoffpellet von der Größe eines Radiergummis auf über 300 Millionen °C (180 Millionen Fahrenheit). Die Reaktion setzte eine Energieausbeute von 3,15 MJ aus 2,05 MJ einfallender Laserenergie frei, was einem Energiegewinnfaktor von 1,5 entspricht.

Trotz der vielversprechenden Technologie hat die Fusionsenergie noch einen langen, schwierigen Weg vor sich, bevor sie zu einer praktischen Option wird. Der Energiegewinnfaktor müsste noch viel höher sein, und die Logistik und die Kosten für den Bau selbst eines einzigen Kraftwerks stellen erhebliche Hürden dar. Aber die Aussicht auf grenzenlose, emissionsfreie Energie ist das Risiko wert – und die zunehmenden privaten Investitionen in diesem Bereich lassen darauf schließen, dass der Markt das genauso sieht.

„In den letzten Jahren gab es eine regelrechte Explosion privater Fusions-Start-ups, die die Technologie auf dem Weg zur Kommerzialisierung vorantreiben“, so Paz-Soldan. „Das Fusions-Ökosystem wurde traditionell sehr stark vom nationalen Laborkomplex dominiert, wo die Dinge im öffentlichen Sektor durchgeführt wurden, und jetzt gibt es viel mehr Akteure aus dem privaten Sektor, die in der Lage sind, schneller zu handeln und mehr Risiken einzugehen.“

Kommerzialisierung von Fusionsenergie

Etwa 45 Unternehmen arbeiten aktiv an der Kommerzialisierung der Fusionsenergie, darunter Commonwealth Fusion Systems, Tokamak Energy, Realta Fusion und Type One Energy. Paz-Soldan ist der Ansicht, dass Universitäten wie die Columbia University eine wichtige Rolle spielen, wenn es darum geht, Industriepartnern zum Erfolg zu verhelfen, indem sie ihr Fachwissen zur Verfügung stellen und Forschung und Entwicklung anleiten. Akademische Forscher können die wissenschaftlichen Grundlagen liefern, die erforderlich sind, um die Kernfusion aus dem Labor in die Welt zu bringen, wo sie den wachsenden Bedarf der Menschheit an sauberer Energie decken kann.

„Meiner Meinung nach hat die Öffentlichkeit die Fortschritte auf diesem Gebiet unterschätzt“, sagte Paz-Soldan. „Es gibt bestimmte technische Lücken, von denen wir wissen, dass wir sie schließen müssen, aber je mehr Investitionen wir jetzt erhalten, desto schneller werden diese Lücken geschlossen.“