China kommt der Erschließung endloser sauberer Energien einen Schritt näher

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

Hier arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure rund um die Uhr an der Entwicklung des nächsten großen Durchbruchs in der globalen Technologie, vom 6G-Internet und fortschrittlicher KI 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 erzeugt wird. Es handelt sich um das Gegenteil der Kernspaltungsreaktion, die in heutigen Kernreaktoren oder Atomwaffen eingesetzt wird.

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 einzusetzen.

Shanghai bei Nacht. Foto: New York Times

Bei einer kontrollierten Kernfusionsreaktion wird etwa 4 Millionen Mal mehr Energie freigesetzt als bei der Verbrennung von Kohle, Öl oder Gas und 4 Mal mehr als bei der Kernspaltung, der heute genutzten Art von Kernenergie. Es wird nicht rechtzeitig entwickelt sein, um den Klimawandel in diesem Jahrzehnt zu bekämpfen, aber es könnte die Lösung für die künftige Erwärmung sein.

Die chinesische Regierung pumpt Geld in das Projekt und schätzt, dass jährlich eine bis 1,5 Milliarden Dollar in die Kernfusion 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 trotz der noch verbleibenden enormen technischen Herausforderungen die Fusionsenergie bis Mitte der 2030er Jahre ans Netz bringen können.

Tokamak „Künstliche Sonne“

Bei der Kernfusion handelt es sich um einen äußerst komplexen Vorgang, bei dem zwei Kerne, die sich normalerweise gegenseitig abstoßen, zusammengedrückt werden. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, die Temperatur im Tokamak auf 150 Millionen Grad Celsius zu erhöhen, also 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 Startup mit Sitz in Shanghai, hat innerhalb von drei Jahren seit seiner Gründung seinen eigenen Tokamak gebaut, schneller als jeder andere jemals 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 Kupfermagnete, die in älteren Tokamaks verwendet wurden. Dadurch können kleinere Tokamaks ebenso viel Fusionsenergie erzeugen wie größere Tokamaks und das Plasma besser einschließen.

Das Unternehmen sagte, es plane, bis 2027 einen Tokamak der zweiten Generation zu bauen, um die kommerzielle Rentabilität seiner Methode zu demonstrieren, und erwarte, bis 2035 über ein Gerät der dritten Generation zu verfügen, das das Netz mit Strom versorgen könne.

Dank der von China in die Forschung investierten Mittel entwickelt sich das Tokamak-Konzept rasant weiter. Chinas EAST-Tokamak in Hefei hat Plasma über 17 Minuten lang stabil bei 70 Millionen Grad Celsius 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: den Lasern.

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

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 möglicherweise nicht nur einen Weg, und wir wissen nicht genau, welcher der beste ist“, sagt die britische Plasmaphysikerin Melanie Windridge. Sie sagte, dass es langfristig von den Kosten und anderen Faktoren abhänge, betonte jedoch, dass der Tokamak das am besten erforschte Konzept sei.

Während die chinesische Regierung Geld in die Fusionsforschung steckt, 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 etwa 80 Prozent davon von US-Unternehmen stammten, sagte Allain.

Wenn die chinesische Regierung jedoch 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