Kernfusion mit Laser: Start-up will Wissen aus „Star Wars“ nutzen

Auf dem Weg zur serienreifen Kernfusion gibt es mehrere Hindernisse. Ein ziemlich Großes ist die Effizienz. Um das Plasma zu zünden, also die Kernfusion in Gang zu setzen, ist viel Energie nötig. Damit die Kernfusion Sinn macht, muss die erzeugte Energie höher sein als die Energie die eingesetzt wird, um das Plasma zu zünden.

Bei Tokamak-Reaktoren, die ein Magnetfeld nutzen, um das über 100 Millionen Grad Celsius heißes Plasma zu bändigen, ist das bisher nicht gelungen. Allerdings gelang es 2022 bei einem Experiment mit Laser-gezündeter Kernfusion. Laser haben ein Kügelchen aus gefrorenem Deuterium und Tritium beschossen. Dieses hat bei der so entstandenen Kernfusion 2,5-fach mehr Energie freigesetzt als die zur Zündung benötigten Laserenergie.

➤ Mehr lesen: US-Labor läutet “neue Ära” in der Kernfusion ein

Dieses Experiment des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) war aber genau das: ein Experiment. Bestrebungen, die Technologie zu kommerzialisieren, gibt es seitens der Forschungseinrichtung nicht. Hier kommt das Start-up Xcimer Energy ins Spiel. Das US-Unternehmen hat jetzt in einer Finanzierungsrunde 100 Millionen US-Dollar erhalten, mit der es die Technologie verbessern und weiterentwickeln will.

Technologie aus Basis des Star-Wars-Programmes

Das ehrgeizige Ziel: Die Energieausbeute soll 10-mal höher sein als die benötigte Laserenergie. Im Vergleich zum Experiment des LLNL sollen die Herstellungskosten pro Joule Energie zudem 30-mal geringer sein.

➤ Mehr lesen: Neue Zündmethode soll Fusionsenergie günstiger machen

Dazu baut das Start-up auf Technologie auf, die damals von der US-Armee im Rahmen der Strategic Defense Initiative weiterentwickelt wurde. Die USA hatten in den 1980er-Jahren die Idee, mit Satelliten Interkontinental-Atomraketen abzuwehren. Diese erreichen bei ihrem Flug nämlich Höhen bis zu 1.200 Kilometer. Weil für diese Initiative auch mit Laserwaffen experimentiert wurde, bekam sie den Spitznamen „Star Wars Programm“.

Klingt spektakulär, ist aber ein Werbeschmäh. Die Lasertechnologie, die für das Star-Wars-Programm in Betracht gezogen wurde, sind Excimerlaser. Daher auch der Name des Start-ups: Xcimer. Excimerlaser sind nach dem Star-Wars-Programm weiterentwickelt worden und werden aktuell etwa für Augenoperationen und zur Herstellung von Halbleiter-Elementen eingesetzt. Nur klingt es natürlich spannender, wenn Xcimer von einem Star-Wars-Laser redet, statt von einem Fehlsichtigkeitskorrekturlaser.

Laser beschießt Kügelchen

Das Ziel ist, ein Lasersystem mit einer Stärke von mehr als 10 Megajoule zu bauen. Die Laser werden durch 2 kleine Löcher auf eine Entfernung von 50 Metern auf ein Deuterium-Tritium-Kügelchen fokussiert. Die Kügelchen werden größer sein als beim LLNL-Experiment, weshalb eben auch mehr Megajoule zur Zündung nötig sind. Die größeren Kügelchen sind sie günstiger zu produzieren und einfacher zu handhaben.

Um die Fusion am Laufen zu halten, plant man alle paar Sekunden ein Kügelchen per Laser zu zünden. Das sei günstiger als die andere Methode, die Forschende vorschlagen: Dabei würde man jede Sekunde mehrere kleinere Kügelchen per Laser zünden.

➤ Mehr lesen: Wichtige Hürde für Strom aus Kernfusion überwunden

Wasserfall aus geschmolzenen Salzen

Um die durch die Kernfusion entstehende Hitze zu Energie zu machen, fließen in der Reaktorkammer geschmolzene Lithiumsalze. Xcimer beschreibt das als einen Wasserfall aus flüssigem Salz, in dem die Fusionsexplosion stattfindet.

Die geschmolzenen Salze transportieren die Hitze ab, die bei der Kernfusion entstehen. Mit der Hitze wird Wasser zu Dampf. Der Dampf treibt wiederum eine Turbine an, die so Strom erzeugt. Die Salze beschützen außerdem die Reaktorwände vor den Neutronen, die bei der Kernfusion entstehen. Die erste Reaktorwand würde laut dem Start-up 30 Jahre lang halten, was die geplante Lebensdauer für so ein Fusionskraftwerk ist.

➤ Mehr lesen: China gibt grünes Licht für den ersten Thorium-Reaktor

Fertiges Kraftwerk in 10 Jahren

In den nächsten 2 Jahren wird eine Versuchsanlage errichtet, die aber noch nicht die 10 Megajoule erreichen wird. Sie soll aber bereits stark genug sein, um die Kostenersparnis gegenüber anderer Fusionstechnologien zu belegen.

Das Ziel ist, bis 2034 ein Pilot-Kraftwerk errichtet zu haben, das Energie ins Netz speist. Dieses soll den Weg für diese Art von Fusionsreaktoren ebnen, die nicht nur schneller zu bauen als Tokamak-Reaktoren sind, sondern auch weit günstiger.