Photo of the week: Wendelstein 7x – V … und eine längere Erörterung zur Kernfusionsforschung

Wendelstein 7x - V

 
Letz­ten Frei­tag war ich für die grü­ne Bun­des­ar­beits­ge­mein­schaft Wis­sen­schaft, Hoch­schu­le und Tech­no­lo­gie­po­li­tik (zusam­men mit u.a. Robert Habeck, Kai Gehring und Syl­via Kot­ting-Uhl) in Greifs­wald, um das dor­ti­ge Max-Planck-Insti­tuts für Plas­ma­phy­sik (IPP) zu besu­chen. Das IPP betreibt For­schungs­ein­rich­tun­gen in Gar­ching bei Mün­chen und eben in Greifs­wald; es ist zu 90 % bun­des­fi­nan­ziert und hat das Bud­get einer klei­ne­ren Uni­ver­si­tät. Erforscht wird hier – und da wird es poli­tisch – Kern­fu­si­on. Zunächst ein­mal ganz grund­sätz­lich: was pas­siert, wenn ein Plas­ma (also ein Gas, in dem die ein­zel­nen Elek­tro­nen und Ionen aus den Ato­men sich frei ver­tei­len – All­tags­bei­spiel: Ker­zen­flam­me), sehr hoch erhitzt wird, so dass – bei 100 Mio. Grad – Was­ser­stoff­ato­me zu Heli­um fusio­nie­ren? Und kon­kre­ter die Roh­re oben, die zusam­men eine Art nähe­rungs­wei­se donut­för­mi­ges U‑Boot erge­ben, einen von Magnet­spu­len umge­be­nen »Käfig«, um hoch­er­hitz­tes Plas­ma »ein­zu­sper­ren« und erst auf die genann­ten Tem­pe­ra­tu­ren erhit­zen zu kön­nen: das Fusi­ons­ex­pe­ri­ment Wen­del­stein 7x, einen soge­nann­ten Stel­lera­tor. Wie muss die­ser Käfig kon­stru­iert wer­den, um Plas­ma über län­ge­re Zeit sta­bil in Bewe­gung zu hal­ten, ohne dass des­sen Wän­de zu heiß wer­den oder die Fusi­on zusam­men­bricht? Was ist mit Ver­wir­be­lun­gen und Tur­bu­len­zen? Was bedeu­tet das alles für die ver­wen­de­ten Mate­ria­li­en? Wie sehen die Algo­rith­men aus, um den Auf­bau eines sol­chen Plas­ma­kä­figs zu opti­mie­ren? Wo lie­gen die Unter­schie­de zu den Pro­zes­sen, die in Ster­nen ablaufen?

Das sind alles zunächst ein­mal span­nen­de wis­sen­schaft­li­che Fragen.

Poli­tisch wird es, weil mit der For­schung an Kern­fu­si­on auch die Idee ver­bun­den ist, eines Tages – frü­hes­tens in den 2050er Jah­ren – Kern­fu­si­on zur Ener­gie­ge­win­nung zu nutzen. 

Als Schritt dahin dient ins­be­son­de­re das inter­na­tio­na­le Gemein­schafts­pro­jekt ITER – wäh­rend es bei Wen­del­stein 7x »nur« dar­um geht, zu zei­gen, dass ein durch Ener­gie­zu­fuhr von außen hoch­er­hitz­tes Was­ser­stoff- oder Deu­te­ri­um-Plas­ma über län­ge­re Zeit sta­bil auf­recht erhal­ten wer­den kann, geht es bei ITER tat­säch­lich um den ers­ten Schritt auf einem Weg, an des­sen Ende die Ener­gie­ge­win­nung ste­hen soll. Hier soll das Plas­ma dann tat­säch­lich »zün­den«, zudem soll Deu­te­ri­um und Lithi­um ein­ge­setzt wer­den, aus deren Inter­ak­ti­on Tri­ti­um ent­steht. Und hier wird es dann auch rich­tig radio­ak­tiv, nicht nur des Tri­ti­ums (also über­schwe­rer Was­ser­stoff) wegen, son­dern auch, weil die bei der Fusi­on ent­ste­hen­de Neu­tro­nen­strah­lung die Stahl­wän­de der Plas­ma­kam­mer (bzw. dar­in ent­hal­te­ne Ein­la­ge­run­gen) nach und nach »akti­viert« – und zwar in deut­lich grö­ße­ren Men­gen, als das bei Wen­del­stein 7x der Fall ist. 

Die Risi­ken unter­schei­den sich dabei aller­dings deut­lich von Atom­kraft­wer­ken, die mit Kern­spal­tung arbei­ten: die gan­ze Uran- und Plu­to­ni­um­pro­ble­ma­tik vom Abbau bis zur vie­le tau­send Jah­re wäh­ren­den End­la­ge­rung ent­fällt. Für die Wän­de eines Fusi­ons­kraft­werks gehen die Wissenschaftler*innen in Greifs­wald von etwa 100 Jah­ren Abkling­zeit aus; auch der »Brenn­stoff« Tri­ti­um hat mit 12 Jah­ren eine rela­tiv kur­ze Halb­werts­zeit und wird zudem nur in ver­hält­nis­mä­ßig klei­nen Men­gen ein­ge­setzt wer­den. Zudem, viel­leicht der gra­vie­rends­te Unter­schied, ist bei der Kern­fu­si­on eine außer Kon­trol­le gera­ten­de Ket­ten­re­ak­ti­on phy­si­ka­lisch unmög­lich. Das sind Punk­te, die in eine poli­ti­sche Bewer­tung der Fusi­ons­for­schung ein­flie­ßen müssen. 

ITER selbst soll zei­gen, dass in einem Toka­mak-Fusi­ons­re­ak­tor ein Net­to­ge­winn an Ener­gie mög­lich ist. Der bis­he­ri­ge Rekord bei der Ener­gie­aus­beu­te im Ver­gleich zur ein­ge­speis­ten Ener­gie liegt bei etwa zwei Drit­teln (Joint Euro­pean Torus [JET]) über weni­ge Sekun­den. ITER im fran­zö­si­schen Cadar­a­che soll das zehn­fa­che der ein­ge­speis­ten Ener­gie pro­du­zie­ren. Aktu­ell wird 2026 als Start des Ver­suchs­be­triebs für ITER ange­strebt, ein Deu­te­ri­um-Tri­ti­um – und damit die Ener­gie­ge­win­nung (und die »Erbrü­tung« des für den wei­te­ren Betrieb not­wen­di­gen Tri­ti­ums aus Lithi­um­plat­ten im Reak­tor) – soll in den 2030er Jah­ren getes­tet wer­den. Nach ITER kommt DEMO, ein Fusi­ons­re­ak­tor, der zei­gen soll, dass die indus­tri­el­le Ener­gie­ge­win­nung mög­lich ist. Und erst nach DEMO, in den 2050er oder 2060er Jah­ren, könn­te es die ers­ten kom­mer­zi­el­len Fusi­ons­re­ak­to­ren geben. Neu für mich war dabei, dass die­se etwa die Leis­tung gro­ßer Koh­le­kraft­wer­ke oder heu­ti­ger AKWs haben sol­len; es geht nicht um das eine kon­ti­nen­ta­le Superkraftwerk.

Bis 2050 ist es noch rela­tiv weit hin. Der Zeit­ho­ri­zont von etwa 30 bis 50 Jah­ren in der Zukunft ist auch nichts neu­es. Bereits in den 1960er Jah­ren rich­te­ten sich die Zukunfts­pro­gno­sen an die­ser »Fusi­ons­kon­stan­te« aus. Trotz­dem sind inzwi­schen deut­li­che Fort­schrit­te erkenn­bar. Die Tem­pe­ra­tur, die Sta­bi­li­tät des Plas­mas über län­ge­re Zeit­räu­me und auch das Volu­men wer­den grö­ßer und nähern sich dem Punkt, an dem eine Plas­ma­zün­dung mög­lich ist. Inso­fern hal­te ich es nicht für über­op­ti­mis­tisch, davon aus­zu­ge­hen, dass in der zwei­ten Hälf­te des Jahr­hun­derts tat­säch­lich ein Demons­tra­ti­ons­kraft­werk gebaut und in Betrieb genom­men wird.

Das heißt aber auch: aktu­ell befin­den wir uns wei­ter­hin im Bereich der sehr teu­ren und zunächst ein­mal abs­trak­ten Grund­la­gen­for­schung. Um unse­re Kli­ma­pro­ble­me zu lösen, ist Fusi­ons­for­schung auf abseh­ba­re Zeit nicht hilf­reich – wohl aber, um zu ver­ste­hen, was in einem Plas­ma vor­geht, und um die Grund­la­gen dafür zu legen, eines Tages ein­mal einen Ener­gie lie­fern­den Fusi­ons­re­ak­tor in Betrieb neh­men zu kön­nen. Wir wis­sen heu­te nicht, wie der glo­ba­le Ener­gie­be­darf – samt der Behe­bung von Kli­ma­fol­gen – 2075 oder 2100 aus­se­hen wird. Es kann sein, dass eine Mischung aus erneu­er­ba­ren Ener­gien, Spei­cher­tech­no­lo­gien und zuneh­men­der Ener­gie­ef­fi­zi­enz Groß­kraft­wer­ke im heu­ti­gen Sinn als alter­tüm­lich erschei­nen lässt. Aber auch das wis­sen wir nicht. 

Bei der Fra­ge, ob Kern­fu­si­on erforscht wer­den soll – und das ist letzt­lich ja immer auch eine Fra­ge der Res­sour­cen­kon­kur­renz in der Wis­sen­schaft – geht es also zum einen um sehr gro­ße und sehr teu­re Ver­suchs­auf­bau­ten, um phy­si­ka­li­sche Grund­la­gen bes­ser zu ver­ste­hen (ähn­lich gro­ße Maschi­nen und Ver­suchs­an­ord­nun­gen gibt es in der Astro­phy­sik oder beim CERN), und zum ande­ren dar­um, ob in einem sehr lan­gen Zeit­ho­ri­zont Optio­nen eröff­net wer­den sol­len für eine Ener­gie­ge­win­nung aus der Fusi­on von Was­ser­stoff­ato­men – mit aus heu­ti­ger Sicht im Ver­gleich zu fos­si­len Kraft­wer­ken und zu Atom­kraft­wer­ken begrenz­ten und ein­schätz­ba­ren Risi­ken – oder ob wir jetzt ent­schei­den, dass die­se Opti­on auch 2075 oder 2100 nicht not­wen­dig sein wird. 

Indus­trie­po­li­tisch kommt dazu die Fra­ge, wer an der Ent­wick­lung die­ser Tech­no­lo­gie betei­ligt ist und wer nicht. Der­zeit ist ITER eine tat­säch­lich inter­na­tio­na­le Koope­ra­ti­on mit allen Pro­ble­men, die dar­aus erwach­sen. Auch das hat einen gewis­sen Wert.

Per­sön­lich hal­te ich es für sinn­voll, einen Teil der euro­päi­schen und deut­schen For­schungs­mit­tel für die Plas­ma­phy­sik und die Fusi­ons­for­schung zu ver­wen­den; dabei geht es um For­schung, und dabei geht es, wie immer in der Wis­sen­schaft, letzt­lich auch um per­ma­nen­te Eva­lu­ie­rung und Über­prü­fung der wis­sen­schaft­li­chen Sinnhaftigkeit. 

Ich fin­de For­schung hier wich­tig, weil bei nach der­zei­ti­gem Stand über­schau­ba­ren Risi­ken damit zukünf­ti­ge Optio­nen offen gehal­ten wer­den. Das macht aber aus mei­ner Sicht nur dann Sinn, wenn damit ers­tens noch kei­ne Vor­ent­schei­dung dar­über ver­bun­den ist, ob Fusi­on eines Tages tat­säch­lich eine Rol­le in der Ener­gie­ge­win­nung spie­len soll, und wenn zwei­tens sicher­ge­stellt ist, dass das heu­te drän­gends­te Pro­blem, näm­lich der sehr kurz­fris­ti­ge Umstieg des kom­plet­ten Ener­gie­sys­tems auf erneu­er­ba­re Ener­gien, bei der Mit­tel­ver­tei­lung die exis­ten­zi­el­le Prio­ri­tät bekommt, die die­ser For­schungs­zweig haben sollte.

War­um blog­ge ich das? Weil »mei­ne« Bun­des­ar­beits­ge­mein­schaft seit län­ge­rem dar­über dis­ku­tiert, wie wir Grü­ne uns zur Fusi­ons­for­schung stel­len sol­len. Ich habe den Besuch in Greifs­wald zum Anlass neh­men, mich noch­mal inten­si­ver in das The­ma ein­zu­le­sen und auf­zu­schrei­ben, wor­um es hier aus mei­ner Sicht geht.

Eine Antwort auf „Photo of the week: Wendelstein 7x – V … und eine längere Erörterung zur Kernfusionsforschung“

  1. Sehr geehr­ter Herr Westermayer,
    ich habe eben­falls im letz­ten Herbst das Expri­ment in Greifs­wald besucht und war beein­druckt von den drt geleis­te­ten Arbei­ten. Ich habe aber auch erlebt, dass die Vor­stel­lung, mit Ker­fu­si­ons­en­er­gie dem Kli­ma­wan­del zu begeg­nen und die Welt mit sau­be­rer Ener­gie zu ver­sor­gen, für die dort arbei­ten­den Men­schen eine gro­ße Last dar­stellt. Es ist abseh­bar, dass lan­ge bevor die ers­te Ener­gie ins Netz gelie­fert wird, die Ver­sor­gung zu 100 Pro­zent mit erneu­er­ba­ren Ener­gien mög­lich wird. Trotz­dem bin ich der Mei­nung, dass eine sol­che Grund­la­gen­for­schung, beson­ders auf inter­na­tio­na­ler Ebe­ne, nicht auf­ge­ge­ben wer­den soll­te. Gera­de in Bezug auf die Zusam­men­ar­beit kön­ne wir dabei viel ler­nen. Kön­nen wir die­ser For­schung einen wei­te­ren Sinn geben?
    mit freund­li­chem Gruß
    Klaus Köln
    Mit freundliche

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