China will schon bald Kernfusion nutzen, um Strom zu erzeugen

China ist nur 6 Jahre davon entfernt, Strom mithilfe von Kernfusion zu erzeugen. Das hat der Atomwaffenforscher Peng Xianjue im Rahmen eines Meetings vor einer Woche angekündigt, wie die South China Morning Post (SCMP) nun berichtete. Er sprach von einem “Meilenstein für die Menschheit”. Von einem vollständigen Fusionsreaktor ist man aber noch weit entfernt.

2025 soll in der südwestchinesischen Metropole Chengdu die bislang leistungsstärkste Z-Maschine zum Einsatz kommen. Sie bildet die Fusionsreaktionen einer Wasserstoffbombe durch magnetischen Druck nach. Deshalb werden Z-Maschinen von den USA, Russland und China auch normalerweise genutzt, um Nuklearwaffen zu entwickeln.

Jetzt will China eine solche Z-Maschine nutzen, um Strom zu erzeugen. Eine vergleichbare Z-Maschine steht auch in den USA in den Sandia National Laboratories. Das chinesische Pendant soll jedoch doppelt so leistungsfähig sein, wie die SCMP schreibt. 

Hybrider Reaktor

Der neue Reaktor ist eine Mischung aus Kernfusion und traditioneller Kernspaltung. Laut Peng werden die chinesischen Forscher*innen versuchen, eine Kernfusion zu erzeugen, indem sie die starke elektrische Ladung der Z-Maschine nutzen, um eine kleine Anzahl an Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium zu zünden. Die Wissenschaftler*innen hoffen, den dadurch freigesetzten Energieimpuls auf einige hundert Millionen Joule begrenzen zu können.

Der so erzeugte Energieimpuls soll Partikel beschleunigen, die auf Uran in den Reaktorwänden treffen. Das wiederum erzeugt eine Kernspaltung, ähnlich wie in einem herkömmlichen Atomkraftwerk. Durch diesen Prozess soll die erzeugte Hitze 10- bis 20-fach höher sein, als bei einem normalen Akw. Mit der Hitze wird, wie üblich bei Akw, Wasserdampf erzeugt, der Turbinen antreibt, die schließlich Strom erzeugen.

Einsatz bis 2035

Kommerziell soll der Reaktor bis 2035 eingesetzt werden können. Hier liegt auch der große Vorteil dieser hybriden Lösung. Ein reiner Fusionsreaktor ist zwar das angestrebte Ziel, aber bis diese serienreif sind, vergehen vermutlich noch mehrere Jahrzehnte.

China geht außerdem davon aus, dass dieser neue Reaktor weniger radioaktiven Abfall erzeugen wird, als ein normales Akw. Es soll auch möglich sein, den Uran-Abfall von herkömmlichen Akw in diesem neuen Reaktor zu nutzen. Auch die Gefahr einer unkontrollierten Kettenreaktion und somit einer Kernschmelze soll dabei gering sein.

Durchbruch in Korea

Ein vollständiger Kernfusionsreaktor gilt als "heiliger Gral“ der Energieerzeugung. Erst vergangene Woche haben koreanische Forscher*innen einen Meilenstein bei ihrem Fusionsreaktor erreicht.

Bei dem Experiment im Korea Institute of Fusion Energy, das bereits 2021 stattfand, wurde der Brennstoff, der überwiegend aus Wasserstoff-Isotopen besteht, auf 100 Millionen Grad aufgeheizt. Die Reaktion konnte für 30 Sekunden aufrechterhalten werden. Während weder die Dauer noch die Temperatur an sich einen Rekord setzten, sorgte die Kombination für Aufsehen.

Laut den meisten Forscher*innen ist man noch Jahrzehnte davon entfernt, kontinuierlich Energie aus Fusionsreaktoren zu gewinnen. Das Problem ist, dass sich die Reaktion nicht selbst erhalten kann, sondern nach kurzer Zeit abbricht.

Unendlich viel saubere Energie

Mit Kernfusion lässt sich theoretisch umweltfreundlich Strom in nahezu unbeschränktem Ausmaß erzeugen. Anders als bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken, bei der die Bindungen von Atomkernen aufgebrochen werden, um Energie zu erzeugen, werden bei dem Fusionsprozess 2 Atomkerne zu einem neuen Kern verschmolzen. Abfallprodukte wie Atommüll gibt es dabei nicht. Für die Kernfusion sind extrem hohe Temperaturen von bis zu 150 Millionen Grad notwendig – die 10-fache Hitze der Sonne. Das so hoch erhitzte Plasma muss durch ein extrem starkes Magnetfeld in Zaum gehalten werden, weil es jedes Material schmelzen würde.  

Erzeugt wird es in einer kranzförmigen Vakuumkammer, einem sogenanntem Tokamak. Läuft die Kernfusion, entsteht dabei so viel Wärme, dass die hohe Temperatur von alleine gehalten werden. Ein Teil der Hitze wird abgezweigt, um Wasser zu verdampfen, das eine Dampfturbine antreibt. Diese erzeugt Strom. Mit einem Teil wird der Energiebedarf des Magnetfelds gedeckt, der Großteil fließt ins Stromnetz. 

Derzeit ist der Prozess aber noch nicht effizient genug, weswegen noch ausgiebig daran geforscht wird.