China kommt der Erschließung endloser sauberer Energien einen Schritt näher

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

Hier arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure rund um die Uhr an der Entwicklung der nächsten großen Errungenschaften der globalen Technologie, vom 6G-Internet und fortschrittlicher künstlicher Intelligenz bis hin zur Robotik der nächsten Generation. Auch hier arbeitet ein kleines Startup namens Energy Singularity an etwas Außergewöhnlichem: Fusionsenergie.

Fusionsenergie ist die Energie, die bei Kernfusionsreaktionen entsteht. 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. Viele Länder haben die Kernfusion bereits erfolgreich umgesetzt, doch es ist weiterhin schwierig, sie lange genug aufrechtzuerhalten, um sie in der Praxis einsetzen zu können.

Shanghai bei Nacht. Foto: New York Times

Bei einer kontrollierten Kernfusion wird etwa vier Millionen Mal mehr Energie freigesetzt als bei der Verbrennung von Kohle, Öl oder Gas und viermal mehr als bei der Kernspaltung, der Form der Kernenergie, die heute genutzt wird. Diese Technologie wird zwar nicht rechtzeitig genug entwickelt sein, um den Klimawandel in diesem Jahrzehnt zu bekämpfen, aber sie könnte die Lösung für die künftige Erwärmung sein.

Die chinesische Regierung pumpt Geld in das Projekt und schätzt, dass jährlich zwischen einer und 1,5 Milliarden US-Dollar in die Fusion investiert werden, sagt Jean Paul Allain, Leiter des Office of Fusion Energy Science im US-Energieministerium. Zum Vergleich: Die US-Regierung gibt jährlich etwa 800 Millionen Dollar aus.

Private Unternehmen in beiden Ländern sind optimistisch, dass sie die Fusionsenergie bis Mitte der 2030er Jahre ans Netz bringen können, obwohl noch enorme technische Herausforderungen bestehen.

Tokamak „Künstliche Sonne“

Die Kernfusion ist ein äußerst komplexer Vorgang, bei dem zwei Kerne, die sich normalerweise abstoßen, zusammengedrückt werden. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, die Temperatur im 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.

Energy Singularity, ein in Shanghai ansässiges Startup-Unternehmen, hat seit seiner Gründung innerhalb von drei Jahren seinen eigenen Tokamak gebaut, schneller als jeder andere zuvor gebaute Reaktor. Ein Tokamak ist eine äußerst komplexe zylindrische oder toroidale Maschine, die Wasserstoff auf extrem hohe Temperaturen erhitzt und so ein Plasma bildet, in dem die Kernfusion stattfindet.

Während eines Experiments im Tokamak „Energiesingularität“ eingeschlossenes Plasma. Foto: Energiesingularität

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 in älteren Tokamaks verwendeten Kupfermagnete. Dadurch können kleinere Tokamaks ebenso viel Fusionsenergie erzeugen wie größere Tokamaks und das Plasma besser einschließen.

Das Unternehmen erklärte, es wolle bis 2027 einen Tokamak der zweiten Generation bauen, um die kommerzielle Rentabilität seiner Methode zu demonstrieren. Bis 2035 werde man voraussichtlich über ein Gerät der dritten Generation verfügen, das das Stromnetz mit Strom versorgen könne.

Dank des Geldes, das China in die Forschung investiert, entwickelt sich das Tokamak-Konzept rasch weiter. Chinas EAST-Tokamak in Hefei hat Plasma über 17 Minuten lang bei 70 Millionen Grad Celsius stabil 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: bei den Lasern.

Ende 2022 feuerten Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien fast 200 Laser auf einen Zylinder ab, der eine Brennstoffkapsel von der Größe eines Pfefferkorns enthielt. Es war das weltweit erste erfolgreiche Experiment zur Erzeugung von Nettofusionsenergie. Die bei diesem Vorgang freigesetzte Energie ist größer als die Energie, die zum Erhitzen der Kapsel benötigt wird.

Teil des Lasersystems im Lawrence Livermore National Laboratory, wo Wissenschaftler erfolgreich eine Fusionsreaktion „gezündet“ 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 vielleicht nicht nur einen Weg, und wir wissen nicht genau, welcher der beste ist“, um Fusionsenergie zu nutzen, sagt die britische Plasmaphysikerin Melanie Windridge. Das hänge langfristig von den Kosten und anderen Faktoren ab, sagte sie, betonte aber, dass das Tokamak-Konzept das am besten untersuchte sei.

Während die chinesische Regierung Geld in die Fusion pumpt, haben die USA mehr private Investitionen angezogen. Weltweit habe der private Sektor in den vergangenen drei bis vier Jahren sieben Milliarden Dollar für die Kernfusion ausgegeben, wobei rund 80 Prozent davon von US-Unternehmen stammten, sagte Allain.

Doch wenn die chinesische Regierung auch 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