Bild: Lawrence Livermore National Laboratory, CC-BY-SA 3.0

SG_LogoDas ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

Mehr Informationen: [Podcast-Feed][iTunes][Bitlove][Facebook] [Twitter]


—————————————————————————————
Sternengeschichten Folge 365: ITER, JET & Co: Wann kriegen wir die Kernfusion?

Energie ohne die Umwelt zu zerstören. Energie in quasi unbegrenzter Menge. Energie für alle, unabhängig von Wind, Sonne, Ressourcen oder fossilen Brennstoffen die irgendwann zur Neige gehen. Das ist das, was die Kernfusion verspricht. Sie verspricht es allerdings schon sehr lange und bis jetzt sieht es nicht danach aus, als würde das Versprechen demnächst Realität werden. Wir wissen, dass Kernfusion prinzipiell funktioniert. So produzieren ja überall im Universum die Sterne ihre Energie und wie das genau funktioniert habe ich in Folge 363 der Sternengeschichten erklärt. Zwei leichten Atomen wie Wasserstoff können unter den richtigen Bedingungen zu einem schwereren Atom wie Helium fusionieren und bei diesem Prozess Energie frei setzen. Wir haben auch prinzipiell recht gute Ideen, wie man diesen Vorgang auch außerhalb von Sternen hier auf der Erde künstlich durchführen kann. Wie man das bewerkstelligen will habe ich in der letzten Folge ausführlich erklärt. Aber nur weil etwas prinzipiell möglich ist folgt daraus nicht zwingend, dass es in der Praxis auch funktioniert. Vor allem nicht dann wenn es darum geht unseren Energiebedarf zu stillen. Denn da kann die Kernfusion nur dann helfen, wenn am Ende wirklich mehr Energie rauskommt als man zuvor reingesteckt hat. Und genau das ist das große Problem – und das Thema dieser Folge der Sternengeschichten: Wie kriegen wir es konkret hin, ein brauchbares Kernfusionskraftwerk zu bauen?

So einfach wie man sich das damals in den 1950er Jahren vorgestellt hat, ist es definitiv nicht. Damals dachte man, man müsste nur ein paar Jahre basteln um einen funktionierenden Kernfusionsreaktor zu bauen. Man schaffte es zwar, Kernfusionsbomben zu bauen. Aber das ganze kontrolliert ablaufen zu lassen und zwar so, dass man damit Energie produzieren kann: Das erwies sich als deutlich schwieriger als gedacht. Denn es blieben die grundlegenden Probleme. Um die Kernfusion zu erreichen muss man die Atome erstens ausreichend heiß machen damit sie sich schnell genug bewegen. Und man muss ausreichend viele auf ausreichend kleinem Raum einsperren, damit die Chance auf eine Fusion besteht. Ist das Plasma – also das Gas aus den Atomkernen die fusionieren sollen – nicht heiß genug, dann prallen die Atome nicht mit der nötigen Wucht aufeinander um fusionieren zu können. Und ist das Plasma nicht dicht genug, dann treffen sich die Atome zu selten um sinnvoll Energie produzieren zu können. Die für eine künstliche Fusion nötigen Temperaturen liegen bei circa 150 Millionen Grad, was bedeutet, dass man dieses Plasma nicht in irgendeinem physischen Behälter aufbewahren kann. Es muss durch ausreichend starke Magnetfelder eingesperrt werden und das ist enorm schwierig. Die Bewegung des Plasmas ist – vereinfacht gesagt – chaotisch und das macht es enorm schwer, es irgendwie zu kontrollieren.

JET im Jahr 1991 (Bild: EFDA JET, CC-BY-SA 3.0)

Die zu Testzwecken gebauten Reaktoren wurden immer größer, immer komplexer und immer teurer. Die erste wirklich kontrollierte Kernfusion gelang Anfang der 1990er Jahre im Joint European Torus bzw. “JET”, einem Projekt der Europäischen Atomgemeinschaft. Einen Kernfusionsreaktor zu bauen hatte man dort schon 1973 beschlossen; 1977 wurde entschieden ihn in England – in Culham – zu konstruieren. 1983 nahm er den Betrieb auf und 1991 wurde das erste Mal für zwei Sekunden eine kontrollierte Kernfusion erreicht. Bei JET handelt es sich um einen sogenannten “Tokamak”, also die Art von Maschine die ich in der letzten Folge ausführlich vorgestellt habe. In einer ringförmigen Kammer von 3 Metern Durchmesser wird eine Mischung aus den Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium eingeleitet, erhitzt und durch Magnetfelder kontrolliert. 1997 konnte bei JET kurzfristig durch Fusion eine Leistung von 16 Megawatt erreicht werden. Das ist nicht wahnsinnig viel; das ist in etwa das was zwei typische Windkraftanlagen an Energie produzieren. Und vor allem musste man 24 Megawatt an Energie in JET hineinstecken um die 16 Megawatt rauszukriegen.

Es ist immer noch das alte Problem: Damit die Fusion stattfinden kann, muss das Plasma heiß genug sein. Ein so extrem heißes Plasma wie in einem Kernfusionsreaktor hat aber auch die Tendenz sehr schnell abzukühlen. Man muss es also ständig heizen und wirtschaftlich sinnvoll ist das ganze nur, wenn die Energie die man durch die Fusion gewinnt größer ist als die, die man für die Heizung des Plasmas reinsteckt. Wie viel Energie man aus der Fusion rausbekommen kann, hängt im Wesentlichen von drei Parametern ab. Zuerst ist da die sogenannte “Einschlusszeit”. Wie lange schafft man es, das Plasma auf hohen Temperaturen zu halten? Je länger diese Zeit ist, desto größer die Chance auf Fusionsreaktionen und der Output an Energie. Wichtig ist auch die Teilchendichte des Plasmas: Je mehr Teilchen im gleichen Volumen zusammengedrängt sind, desto mehr Energie kriegt man raus. Und dann natürlich auch noch die Temperatur, die so gewählt werden muss, dass die Wasserstoffatome optimal miteinander fusionieren können. Der britische Physiker John Lawson hat aus diesen Paramtern im Jahr 1955 eine Bedingung konstruiert die heute seinen Namen trägt. Das “Lawson-Kriterium” besagt, dass die freigesetzte Fusionsleistung mindestens so groß sein muss wie die Energieverluste des Plasma. Wenn Wasserstoff fusioniert, dann entstehen ja einerseits die Atomkerne von Helium; andererseits werden überzählige Neutronen freigesetzt. Die Neutronen sausen davon und ihre Bewegungsenergie ist es, die zur Energiegewinnung verwendet werden kann. Die Heliumkerne geben ihre Bewegungsenergie dagegen direkt an das Plasma ab und heizen es damit auf. Gleichzeitig verliert das Plasma Energie, zum Beispiel in dem es Strahlung (also Licht und andere elektromagnetische Wellen) abgibt. Diese Strahlungsverluste können enorm groß werden, wenn die Bedingungen im Plasma nicht optimal sind. Wird aber mehr Energie erzeugt als verloren wird, dann kann sich das Plasma durch die von ihm selbst erzeugte Energie aufheizen. Es ist dann zumindest theoretisch keine zusätzliche Heizung von außen mehr nötig. Man sagt, dass System hat “gezündet” und kann von nun an tatsächlich Energie produzieren.

Laut Lawson ist das bei der Fusion von Wasserstoff-Atomen der Fall, wenn das Produkt aus Temperatur, Teilchendichte und Einschlusszeit größer als circa ein paar Dutzend Quadrilliarden Kelvin Sekunden pro Kubikmeter ist. Darunter kann man sich nicht viel vorstellen. Aber selbst JET hat in seinen besten Zeiten nur ein Fünftel des nötigen Werts erreicht. Um wirtschaftlich Energie durch Fusion zu produzieren muss man aber MEHR Energie produzieren als man reinsteckt und zwar deutlich mehr. Denn nicht alle Energie die bei der Fusion erzeugt wird, kann auch genutzt werden. Das wird oft mit dem sogenannten “Q-Faktor” beschrieben, also dem Verhältnis von produzierter Energie zu der Energie die man braucht, um das Plasma stabil zu halten. Bei Q gleich 1 erzeugt man zwar so viel Energie wie man reinsteckt. Da man die aber eben nicht komplett nutzen kann, kühlt das Plasma trotzdem ab. Man schätzt, dass man mindestens Q=5 erreichen muss, damit eine Zündung des Plasmas erfolgt. Und dann muss man genaugenommen noch all die Energie mit einrechnen die benötigt wird um den Reaktor zu bauen, den Wasserstoff zu produzieren der fusioniert wird, die Kosten für den laufenden Betrieb des Kraftwerks und so weiter. JET hatte 1997 mit seinen 16 Megawatt einen Q-Faktor von 0,67 erreicht – war also noch weit davon entfernt ein wirtschaftlich brauchbarer Reaktor zu sein.

Für den Nachfolger von JET hatte und hat man größere Pläne. Das Projekt heißt ITER was für “International Thermonuclear Experimental Reactor” steht. Es entstand 1985 aus einer Kooperation zwischen der Sowjetunion, den USA und Frankreich die damals beschlossen, gemeinsam an der Erforschung der Kernfusion zu arbeiten. Im Laufe der Zeit kamen weitere Partner dazu; heute besteht ITER aus der Europäischen Union inklusive der Schweiz, den USA, China, Südkorea, Japan, Russland und Indien. Kanada war mal dabei, ist aber ausgestiegen; die USA hatten sich von 1998 bis 2003 aus ITER zurück gezogen, sind aber zumindest vorerst wieder mit dabei. 2005 entschied man sich, den Kernfusionsreaktor im Süden von Frankreich zu bauen, in Cadarache. Dort wird seit 2009 gebaut und ursprünglich sah der Plan vor, dass die Anlage 2016 den Betrieb aufnehmen sollte. Die Kosten waren auf 5 Milliarden Euro veranschlagt. Mittlerweile plant man die ersten echten Experimente mit Kernfusion für die 2030er Jahre und die Kosten haben sich mindestens verdreifacht und werden mit ziemlicher Sicherheit bis zur Fertigstellung noch weiter steigen. Ein Grund für die Verzögerungen waren die Managementprobleme angesichts der vielen internationalen Partner. Jedes Land musste an allen Konstruktionsschritten beteiligt werden; alle Komponenten werden also quasi überall gebaut, müssen dann zusammengeführt werden und das macht alles sehr kompliziert und teuer. Es ist zwar verständlich, dass alle beteiligten Länder am Know-How profitieren wollen – aber es ist vielleicht nicht unbedingt der beste Weg um so ein komplexes Projekt schnell zu realisieren. Mittlerweile hat man auch die Ziele von ITER ein wenig nach unten korrigiert; man wird mit simpleren Experimenten beginnen und die erste echte Fusion soll erst ab 2035 durchgeführt werden.

Wenn dann alles so läuft wie man es sich vorstellt, wird ein Q-Faktor von circa 10 erreicht werden; man will 500 Megawatt rauskriegen und nur 50 Megawatt an Heizleistung reinstecken. Eine echte Zündung – die ursprünglich für ITER vorgesehen war – ist das also immer noch nicht; bei der würde es theoretisch ja ganz ohne äußere Heizung klappen. Aber es ist selbst noch offen, ob die reduzierten Ziele erreicht werden. Der Bau schreitet voran, langsam aber immerhin. Bis zu einem erfolgreichen Betrieb sind aber immer noch jede Menge Probleme zu lösen. Für die ab 2035 geplanten Experimente braucht man zum Beispiel für die Fusion nicht nur das Wasserstoff-Isotop Deuterium sondern auch das wesentlich schwerer zu kriegende Isotop Tritium. Das will man bei ITER direkt aus der Fusion selbst erzeugen. Die Neutronen die bei der Fusion freigesetzt werden sollen zum Teil zur Produktion von Tritium verwendet werden. Dazu umgibt man den Reaktor mit Material das Lithium enthält das dann durch die auftreffenden Neutronen in Tritium umgewandelt wird. So ist zumindest der Plan, im großen Stil getestet hat das noch niemand. Dazu kommen noch die schon bekannten Probleme durch die ganzen chaotischen Instabilitäten des Plasmas. ITER wird am Ende zwar deutlich größer sein als JET; der Durchmesser der ringförmigen Plasmakammer beträgt hier 6 Meter. Es ist aber trotz allem immer noch ein experimenteller Reaktor der nicht zur wirtschaftlichen Produktion von Energie eingesetzt werden kann.

Wie man das bewerkstelligen kann, soll bei DEMO erforscht werden, dem – nur auf dem Papier existierenden – Nachfolgeprojekt von ITER. Dort will man all das anwenden, was man bei ITER gelernt hat und ein Kraftwerk bauen, dass dann tatsächlich circa 1 Gigawatt an Leistung ins Stromnetz einspeisen kann und einen Q-Faktor von 25 haben soll. Das wird aber frühestens ab 2040 der Fall sein und in der Realität vermutlich später. Und wie der Name andeutet ist DEMO auch immer noch ein Demonstrationsprojekt. Es wird zwar alles testen, was zur kommerziellen Stromerzeugung durch Fusion nötig ist, aber selbst noch nicht wirtschaftlich arbeiten können. Dazu braucht es größere Reaktoren, wie PROTO. Das ist ein Name für den Nachfolger von DEMO und recht viel mehr an Information gibt es dazu nicht. Irgendwann nach 2050, wenn ITER und DEMO alle auftretenden Probleme gelöst haben, wird man – so zumindest die Theorie – PROTO bauen und das wird dann das erste echte kommerziell einsetzbare Fusionskraftwerk sein.

ITER, Stand 2018. Da kommt noch lange keine Energie raus… (Bild: Oak Ridge National Laboratory, CC-BY 2.0)

Wenn man sich die lange Geschichte der Fusionsforschung ansieht, all die wissenschaftlichen, technischen und bürokratischen Probleme die aufgetreten sind und die dadurch ausgelösten Verzögerungen, dann wird man aber vermutlich eher länger auf PROTO warten müssen als bis 2050. Die kommerzielle Kernfusion zur Energiegewinnung ist immer noch ein enorm verlockendes Projekt und definitiv etwas, was wir weiterhin erforschen sollten. Wir sollten es intensiver erforschen und die Forschung besser finanzieren als es heute der Fall ist. Wir sollten uns aber auch darüber im klaren sein, dass die Kernfusion nichts ist, mit dem wir in naher Zukunft rechnen können. Ganz besonders ist die Kernfusion daher auch nicht geeignet all die Probleme zu lösen die wir jetzt schon haben. In der Zukunft kann Fusionsenergie eine wichtige Rolle spielen; sie ist aber nicht der Lage die saubere Energie bereit zu stellen, die wir brauchen um das große und dringende Problem des Klimawandels anzugehen. Wenn wir, vermutlich gegen Ende des 21. Jahrhunderts dann irgendwann mal Fusionskraftwerke haben, hat sich die Sache mit dem Klimawandel auf die eine oder andere Art sowieso schon erledigt. Wenn wir eine umweltfreundliche und nachhaltige Energieproduktion wollen, müssen wir die mit existierenden Technologie hinkriegen und da gäbe es ja eigentlich ausreichend Alternativen zu den fossilen Brennstoffen. Wir müssen sie halt auch entsprechend nutzen. Die Kernfusion jedenfalls wird keine Wunderwaffe gegen den Klimawandel sein so sehr wir uns das auch wünschen.

Kommentare (37)

  1. #1 DasOlli
    22. November 2019

    Einen netten Vortrag zum Thema gibts unter
    https://www.youtube.com/watch?v=2Pv4vQYWEuY

    🙂

  2. #2 Captain E.
    22. November 2019

    Hinzu kommt: Manche Menschen wollen die Kernfusion nicht. Wenn die PROTOs irgendwann einmal in Serie gehen, wird es vermutlich erheblichen Widerstand dagegen geben. Zurzeit läuft die Forschung eher unter dem Radar.

  3. #3 Obichan
    Linz
    22. November 2019

    Was passiert eigentlich mit dem entstehenden Helium? Im Artikel steht, dass seinee kinetische Energie das Plasma heizt, aber es steigt ja auch der Anteil von Helium im Plasma. Ist das ein Problem? Zb. weil Teile des Deuteriums mit Helium kollidiert statt mit anderen Feuteriu? Oder ist der Effekt vernachlässigbar?

  4. #4 Bullet
    22. November 2019

    Selbst die “sauberste” Art der Energieerzeugung verhindert nicht, daß Abwärme entsteht. Wenn niemand mehr Energie sparen will, weil ja keine bösen Abfallchemikalien bei der Erzeugung anfallen und man daher herumsauen kann, wie man will – wann werden die Menschen feststellen, daß Abwärme immer noch dieselbe ist und ein genauso blödes Problem darstellt? (Nur daß dieses Problem nicht, und zwar prinzipiell nicht gelöst werden kann?)

  5. #5 Leser
    22. November 2019

    Warum wird hier Wendelstein komplett totgeschwiegen ? Die Tokamak-Reaktoren, die hier beschrieben wurden, haben alle den Nachteil, daß sie wie ein Kolben-Verbrennungs-Motor nicht kontinuierlich arbeiten, sondern Arbeitstakte haben. Diesen Nachteil haben Stellerator-Reaktoren nicht.

    In den 1990ziger Jahren war auch Greifswald als Standort für das ITER-Projekt mal im Gespräch. Heute steht am IPP in Greifswald ein Wendelstein-Stellerator-Reaktor. Der hat heute schon Einschlußzeiten von einigen 10 Sekunden erreicht. Man möchte mit ihm Einschlußzeiten von 40 Minuten erreichen. Also den quasistatischen Betrieb testen.

    ein paar Dutzend Quadrilliarden Kelvin Sekunden pro Kubikmeter

    Laß stecken, die Zahl kennt keiner. Ich hasse solche Angaben, die aus dem anglo-amerikanischen Raum zu uns rüberschwappen. Angaben dieser Art überzeugen mich immer wieder davon, daß die Leute gar nicht wissen, wovon sie reden. Wenn schon die Angabe von Milliarden und Billiarden zwischen dem Anglo-Amerikanern und uns unterschiedlich ist, bin ich nicht überzeugt, daß der Rest kompatibel ist. Die Angabe in Zehnerpotenzen ist deutlich übersichtlicher und weniger fehleranfällig. Und bei einer Angabe aus dem anglo-amerikanischen Raum wäre ich mir auch nicht sicher, ob die das nicht auf den Kubikfuß bezogen haben.

    Wenn die erst 2050 einen vernünftigen Stand bei den Fusionskraftwerken erreichen wollen, werde ich es wohl nicht mehr erleben. Denn da bin ich schon fast 100 Jahre alt. Mein Vater hat mit erzählt, die Fusionsphysiker (er war kein Physiker) haben ihm seit den 1950ziger Jahren gesagt “In 20 Jahren haben wir Fusionskraftwerke”. Wir haben noch nicht einmal 2020. Bis 2050 sind es also noch mehr als 30 Jahre. Also trifft dieser alte Spruch der Fusionsphysiker nicht mehr zu.

    Ich bin mir auch nicht sicher, ob wir Fusionskraftwerke wirklich brauchen. Ich bin der Meinung, Energie sollte man aus Sonne Wind und Wasserkraft gewinnen. Wichtig ist eine vernünftige Methode zur Speicherung der Energie, für die Nacht und die trüben Wintertage. Dabei würde ich aus heutiger Sicht Wasserstoff bevorzugen.

    Auch mit dem erheblichen Energieeintrag von Fusionskraftwerken in unsere Umwelt verändert man das Klima. In Lubmin stand ein Atomkraftwerk. Das wurde mit Ostseewasser gekühlt. Am Kühlwasserrückfluß war das Wasser deutlich wärmer als am Kühlwasserzufluß. Das hat zur Folge gehabt, daß da, wo das Kühlwasser in die Ostsee zurück geflossen ist, bedeutend mehr Fische in der Ostsee waren, als in anderen Teilen der Ostsee. Schon das (Effizienz der Fischerei) hat zu Spannungen mit den Nachbarstaaten geführt !

  6. #6 Christian
    22. November 2019

    @Leser:
    Du hast die vorhergehende Folge der Sternengeschichten also nicht gehört?

  7. #7 Leser
    22. November 2019

    @ Christian

    Ich höre sie grundsätzlich nicht ! (zu viel Datenverkehr) Aber ich lese sie. Und in der vorigen Folge war der Stellerator auch nicht so ausführlich behandelt worden. Und mit Zahlen ist das eben auch nicht unterfüttert worden. In diesem Artikel ist eben so getan worden, als wären alle Zukunftsoptionen Tokamak-Reaktoren.

    Man kann sich den Wendelstein 7X -Reaktor am IPP in Greifswald anschauen. Die machen Führungen und auch sehr ausführliche Erklärungen. Nur hineinschauen kann man nicht mehr. Da konnte man früher, als der Reaktor noch nicht komplett aufgebaut war, mehr sehen. Für den Stellerator gibt es verschiedene Möglichkeiten der Spulenanordnungen, einfache aus zwei verschiedenen Komponenten und kompliziertere aus nur einer Komponente. In Greifswald ist die kompliziertere mit nur einer Kompnente Spulenanordnung realisiert. Aber auch da sind nur 5 verschiedene Spulenformen vorhanden, deren Sequenz sich mehrfach wiederholt. Du siehst, ich war schon da und habe mir das angeschaut.

  8. #8 Christian
    22. November 2019

    @Leser:
    Das verstehst du also unter “totschweigen”.

  9. #9 Leser
    22. November 2019

    @ Christian

    Ja, totschweigen im Sinne von nicht erwähnen. So tun, als gäbe es sie gar nicht. Und das ist in diesem Artikel so geschehen.

  10. #10 Zhar
    22. November 2019

    @Bullet
    Ich hab das mal in einem anderen Artikel durchgerechnet mit der annahme, dass alle menschen den 2 (oder 5?) fachen energiebedarf haben wie der durchschnittsmensch in den USA und der temperaturanstieg ist vernachlässigbar winzig, obwohl ich viele abschätzungen nach oben gemacht habe uA linearität angenommen anstelle von 4te wurzel etc, die rechnung an sich hab ich nicht mehr da wurde aber von anderen mitlesern als schlüssig beurteilt und auch wenn das jetzt nur hörensagen ist, die abwärme ist kein globales problem, immerhin haben wir derzeit ja auch schon 80% unserer energie aus quellen die abwärme produzieren und diese nicht nur umleiten/verzögern (wie solar zB) also alles gut, allerdings sind die lokalen effekte schon vorhanden, klimaanlagen zB schaffen es stadtzentren um mehrere grad zu erhitzen, was ja durchaus kontraproduktiv ist.. aber um ein großkraftwerk stört es wohl nur etwaige flüsse (schlimm genug), aber nicht das weltklima

  11. #11 Christian
    22. November 2019

    @Leser:
    D.h. du hast in Kommentar #9 auch den Stellarator totgeschwiegen?

  12. #12 Laser
    22. November 2019

    Geistig hängen gebliebene Trolle bitte nicht weiter anfüttern.
    Danke

  13. #13 PDP10
    22. November 2019

    @Bullet:

    Abgesehen von dem, was @Zhar schreibt …

    Inzwischen gibt es viele kleine bis mittelgroße Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung. Da wird die Abwärme genutzt um Heißwasser und im Winter Wärme für die Umliegenden Siedlungen zu erzeugen.
    Ich glaube, dass ist das geringste Problem.

    Das Problem, dass ich mit Energiegewinnung aus Kernfusion habe ist ein ganz anderes. Es ist so furchtbar unelegant, genau wie bei KKWs.
    Man betreibt einen riesigen Aufwand um dann doch nur eine Kraft-Wärme-Maschine (vulgo: Dampfmaschine) zu bauen.
    Das ist albern.

    Photovoltaik – nur als Beispiel – ist viel eleganter. Da wird elektromagnetische Strahlung direkt in Strom umgewandelt. Natürlich auch mit einem eher kümmerlichen Wirkungsgrad weit jenseits der 100%.
    Aber so insgesamt glaube ich, dass wir eher ein Speicher- und Transportproblem für Energie haben als ein Erzeugerproblem.

  14. #14 UMa
    22. November 2019

    @Bullet: #4
    Abwärme ist allenfalls lokal ein Problem. Momentan haben wir 600 EJ Primärenergie pro Jahr das sind 19 TW. Das entspricht im Mittel 0.037 W/m², ein Hundertstel der Erwärmung durch Treibhausgase.

    Das mit der prinzipiellen Unlösbarkeit würde ich auch stark anzweifeln.
    Lösbar ist es für bestimmte Energieformen schon. Wasserkraft erzeugt keine Abwärme, im Gegenteil, der größte Teil der Energie des Wasser, welche sonst beim bergab fließen Wärme erzeugte wird zunächst in Strom umgewandelt, die Energie wird dann bei dessen Verbrauch frei.
    Bei Photovoltaik hängt es von der Albedo der Solarmodule gegenüber dem verdeckten Hintergrund ab. Falls die Solarmodule nicht dunkler sind, gibt es auch keine zusätzliche Wärmeerzeugung.
    Bei Windenergie ist es komplizierter. Da gibt es zwar eine lokale Erwärmung durch zusätzliche Luftreibung, im globalen Mittel wirkt sie aber eher kühlend.

  15. #15 Florian Freistetter
    23. November 2019

    “aß stecken, die Zahl kennt keiner. Ich hasse solche Angaben, die aus dem anglo-amerikanischen Raum zu uns rüberschwappen. Angaben dieser Art überzeugen mich immer wieder davon, daß die Leute gar nicht wissen, wovon sie reden”

    Diese Zahl hab ich 1) nirgendwo her übersetzt; das ist einfach der korrekte deutsche Name der Zahl… Sorry. Und 2) hab ich danach ja auch explizit erklärt was die Zahl bedeutet.

  16. #16 wereatheist
    Berlin
    23. November 2019

    @UMa, #14:

    Momentan haben wir 600 EJ Primärenergie pro Jahr das sind 19 TW. Das entspricht im Mittel 0.037 W/m², ein Hundertstel der Erwärmung durch Treibhausgase.

    400 Jahre mit 1% Wirtschaftswachstum und Kernfusion machen daraus ca. den selben Strahlungsantrieb, wie jetzt durch anthropogene GHGs.

  17. #17 Leser
    24. November 2019

    @ FF #15

    Entschuldigung, aber ich kenne viele Menschen, die mit dieser Zahl nichts anfangen können. Meine Frau und meine Tochter (promoviert) auch nicht ! Insofern halte ich die Darstellung als 10^24 für sinnvoller. Das kann man im Übrigen auch noch weiter treiben :
    Quintillion – 10^30
    Hexatrillion -10^36
    Heptatrillion – 10^42
    Oktatrillion – 10^48

    Fantastillion ist eine gute Umschreibung !

  18. #18 Florian Freistetter
    24. November 2019

    @Leser: Hast du in dem Moment aufgehört zu lesen in dem die Zahl aufgetaucht ist?? NATÜRLICH kann sich niemand was darunter vorstellen! Und genau deswegen sage ich exakt dass auch unmittelbar im nächsten Satz! Und setze die Zahl in Beziehung zu dem was relevant für den Text ist, nämlich den Output des Reaktors…

  19. #19 Bernhard Schmalhofer
    München
    24. November 2019

    @obichan

    Das erzeugte Helium ist in der Tat ein Problem. Problematisch ist dass die schwereren Atome durch Übergänge in der Elektronenhülle Strahlung abgeben und somit das Plasma kühlen. Gelöst wird das indem es Bereiche in der Reaktorwand, dem Divertor, gibt die Kontakt mit dem Plasma hat. Am Divertor wird Helium, Deuterium und Tritum aus dem Reaktor entfernt. Das Helium kann man verkaufen, die Helium-Isotope kann man wieder in den Kreislauf einspeisen.

  20. #20 UMa
    24. November 2019

    @wereatheist:
    Ein unbegrenztes Wachstum des Energieverbrauchs kommt natürlich nicht in Frage. Irgendwann muss sich der Energieverbrauch, wenigstens im Mittel, stabilisieren.

    Ich vermute du meinst Wachstum des Energieverbrauchs, nicht Wirtschaftswachstum. Bei einem Wirtschaftswachstum von nur einem Prozent würde der Energieverbrauch durch Effizienzgewinne wahrscheinlich abnehmen.

    Andererseits könnte man die heute erhöhte CO2-Konzentration der Luft bereits mit der langfristigen (über hunderttausend Jahre und mehr), mittleren Emission von nur 57 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr stabilisieren. Das reicht für eine Energieerzeugung von nicht einmal 1 EJ pro Jahr. Somit ist die Abwärme ein um viele Größenordnungen kleineres Problem als die Emission von Treibhausgasen.

  21. #21 uwe hauptschueler
    24. November 2019

    “…Seid nett, wenn ihr gehört
    werden wollt!…Letzte Woche habe ich in einem Blog-Artikel darüber nachgedacht, wie
    man im Rahmen einer vernünftigen Wissenschaftskommunikation…

    Q.:htttp://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2018/08/14/wissenschaftskommunikation-mit-andersdenkenden-seid-nett-wenn-ihr-gehoert-werden-wollt/

    @Florian Freistetter
    Die Verwendung von Quadrilliarden trägt nicht so doll zum Verständnis bei. Da hat Leser schon recht.

  22. #22 Zhar
    24. November 2019

    -.-
    Quadrilliaden ist unverständlich, aber 10^24 bringt einem sofort ein Verständnis herüber? Im Grunde ist es egal, wie man diesen Wert nun beschreibt, solange man ihn nicht ausführlich erklärt, und dazu ist diese Folge ja nun wirklich nicht gedacht, bleibt er unverstanden. Der einzige Sinn ihn zu nennen ist, knapp und symbolisch zu zeigen, dass es eben kompliziert ist und in diesem Sinne ist eine “unverständlichere” Schreibweise sogar zielführender. Zudem dient die Zeile zum auflockern des Textes und nochmal; verständlich geht nur mit einer größeren Erklärung, die aber eh nicht zeitlich und thematisch in die Folge passt.
    Das gleiche gilt für alle anderen alternative Reaktoren, die sind einfach nicht Thema. Hier gehts einfach nur um den ausgearbeitesten Weg zu Fusionsreaktoren und dabei handelt es sich eben um die Linie JET, ITER, DEMO, PROTO wobei es sich eben um die entwicklung einer Technologie handelt, dem Tokamak. Alternativen sind bei weiten nicht so gefördert/ausgearbeitet was die tatsächliche “geburt” eines wirtschaftlichen Reaktors angeht. Und so ein Weg ist weit und kompliziert, auch ein Punkt dieser Folge das am entwickelsten Projekt aufzuzeigen. Die alternativen wurden in der allgemeineren Folge zuvor genannt. Ich seh hier echt kein Problem damit. Man kann sich nicht um alles kümmern, so eine Folge ist in ihren Möglichkeiten begrenzt und es ist zum Verständnis sehr sinnvoll sich auf Kernelemente zu begrenzen. Unvollständigkeit hat man immer, zB wurde ja auch überhaupt nicht darauf eingegangen, das man das Reaktorgebäude ja auch mit klimaneutraleren Materialien hätte bauen können, wie Holzverbundwerkstoffe oder sonst was. Die Alternativen gibts es auch und wurden hier einfach totgeschwiegen!11!!

  23. #23 Florian Freistetter
    24. November 2019

    @Alle: Bitte um ERNSTHAFTE Antworten. Ist die Aussage “ein paar Dutzend Quadrilliarden Kelvin Sekunden pro Kubikmeter ist. Darunter kann man sich nicht viel vorstellen. Aber selbst JET hat in seinen besten Zeiten nur ein Fünftel des nötigen Werts erreicht. “ wirklich so missverständlich?! Es geht mir um folgendes:

    Man braucht enorm viel Wumms um Fusion zu erreichen. Ich hab die Zahl genannt – damit man sieht dass das tatsächlich keine “normale” Zahl ist (und macht euch nix vor; die Exponentialschreibweise ist nicht allgemeinverständlich!). Und JA – darunter kann man sich nichts vorstellen! Weswegen der nächste Satz in meinem Text ja auch lautet “Darunter kann man sich nicht viel vorstellen”. Und der darauf folgende Satz setzt die unvorstellbare Zahl in einen Bezug, und erklärt, dass die Maschine um die es geht und die die beste ist die wir bis jetzt gebaut haben, nicht mal annähernd an das nötige Wumms für die Kernfusion rankommt.

    Ich sehe gerade das Problem nicht. Wenn meine Erklärung schlecht ist, will ich sie gerne korrigieren. Oder ists doch nur Besserwisserei?

  24. #24 uwe hauptschueler
    24. November 2019

    Ein bischen Klugscheißerei.

    Die Bedeutung des Zahlwortes „Quadrillion“ ist je nach Sprache
    unterschiedlich. Im Deutschen und Französischen steht es für 10²⁴ .
    Im US-Englischen steht „quadrillion“ für 10¹⁵ , was im Deutschen
    Billiarde heißt. Die Quadrillion heißt auf Englisch „septillion“. Im
    Britischen Englischen wird „quadrillion“ aufgrund des Einflusses der
    USA sowohl für 10¹⁵ als auch traditionell für 10²⁴ gebraucht.

    Q.:Wikipedia

    0,6022 Quadrillion mol⎻¹ wäre z.B. als Avogadro Konstante einfach nicht eindeutig und als solche nicht für jeden gleich erkennbar.

  25. #25 Florian Freistetter
    24. November 2019

    @uwe: Vielen Dank für die Information (die mir aber weder neu ist noch mit meiner Frage zu tun hat). Abgesehen davon ist das aber ein deutscher Text weswegen man davon ausgehen kann, dass die Wörter auch das bedeuten, was sie in der deutschen Sprache bedeuten. Wenn ich in einem deutschen Text das Wort “Billion” verwende gehen ja auch nicht plötzlich alle davon aus, dass ich jetzt plötzlich selektiv englisch reden sondern verstehen das Zahlwort korrekt so, wie es im deutschen verstanden wird.

    Aber wenn Klugscheißerei alles ist, was zu dem Thema zu sagen ist, wärs mir lieber, wir diskutieren weiter über Kernfusion…

  26. #26 RainerO
    24. November 2019

    Es ist schon erstaunlich, was man mit einzelnen Sätzen, die aus dem Kontext gerissen werden, bzw. die man deren Umfeld beraubt, für unnötige Klugscheißerei betreiben kann.
    Vor wenigen Tagen hat es ein Ober-Klugscheißer geschafft, über zwei Worte (“Homöopathie wirkt”) ganze Romane zu verfassen. Und jetzt hängen sich zwei Koniferen an einem einzigen Wort auf. Gratulation! So derailt man erfolgreich Diskussionen.

  27. #27 PDP10
    25. November 2019

    @RainerO:

    Hmja … ich erinnere mich.

    Tja. Auch kleine Lichter wollen auch mal leuchten.
    Und wenns nur ein aus dem Zusammenhang gerissenes Zitat aus der Wikipedia oder Wortklauberei ist, die schon ein Vierjähriger besser beherrscht.

    Anstrengend.

  28. #28 PDP10
    25. November 2019

    Aber mein Problem mit der Kernfusion besteht immer noch.

    Erstens “is dat nur enne Dampfmaschin” um mal einen Lehrer aus dem Film “Feuerzangen Bowle” falsch zu zitieren.

    Und demnächst zur Verfügung stehen wird uns das als hauptsächlicher Energieerzeugungsträger auch nicht.

    Das das in ca. 25 Jahren ganz sicher und total funktioniert verspricht man uns nämlich seit ca. 50 Jahren.

    Ausserdem löst das auch kein einziges Problem, dass Kernkraftwerke nicht haben.
    Am Ende hat man nämlich auch jede Menge radioaktiven Abfall, weil die Fusionsreaktion im Inneren jede Menge Gammastrahlung und Neutronen produziert, die dann die Lithium-Hülle aktiviert, die man irgendwie entsorgen muss…

    etc. pp.

  29. #29 noch'n Flo
    Schoggiland
    25. November 2019

    @ PDP10:

    Am Ende hat man nämlich auch jede Menge radioaktiven Abfall, weil die Fusionsreaktion im Inneren jede Menge Gammastrahlung und Neutronen produziert, die dann die Lithium-Hülle aktiviert, die man irgendwie entsorgen muss…

    Und wie lange strahlt das dann?

  30. #30 PDP10
    25. November 2019

    @noch’n Flo:

    Bei Scinexx hats ein ganz gutes Dossier zu den Grundlagen und auch zu vielen technischen Aspekten:

    https://www.scinexx.de/dossier/kernfusion/

    Auch ein Kapitel über den entstehenden Abfall:

    https://www.scinexx.de/dossierartikel/kernfusion-eine-saubere-energie/

    Das steht unter anderem:
    “Immerhin würde bei 90 Prozent des Abfalls die Radioaktivität nach 50 Jahren bereits so weit abgeklungen sein, dass er ohne Bedenken in die Umwelt freigesetzt werden könnte. Die restlichen zehn Prozent müssten mindestens 100 Jahre in unterirdischen Endlagern aufbewahrt werden.”

    Und:
    “Insgesamt würde ein Fusionsreaktor bei einer Laufzeit von 30 Jahren 16.000 Tonnen Abfall produzieren, bei seinem Abriss kämen noch einmal mehr als die doppelte Menge hinzu. Von der anfallenden Abfallmenge unterschiedet sich damit ein Fusionsreaktor nicht von einem Kernkraftwerk, zu diesem Schluss kam 1995 auch eine Studie der Europäischen Kommission.”

    Wie das am Ende aussieht, wird man uns dann in 50 Jahren sicher ganz genau sagen können, wenn die ersten Pläne für eine kommerzielle Anlage vorgestellt werden, die dann (ganz sicher! Isch schwör!) in 25 Jahren in Betrieb geht …

  31. #31 noch'n Flo
    Schoggiland
    26. November 2019

    @ PDP10:

    Naja, gegenüber den aktuellen, zehntausende Jahre strahlenden Abfällen wäre das ja schon eine deutliche Verbesserung. Dann braucht man kein Endlager mehr, ein grosses Zwischenlager tut es auch.

  32. #32 PDP10
    26. November 2019

    @noch’n Flo:

    Naja, gegenüber den aktuellen, zehntausende Jahre strahlenden Abfällen wäre das ja schon eine deutliche Verbesserung.

    Nicht in überschaubaren menschlichen Zeiträumen. 16.000T strahlendes Zeuchs ist schon ein ziemliches Ärgernis. “Unbegrenzte und saubere Energie” stelle ich mir irgendwie anders vor …

    Abgesehen davon:

    Meine Wette: In dem Zeitraum, den es noch dauert, bis das erste kommerzielle Fusionskraftwerk steht, werden wir Stromspeicher haben, die die zehnfache Kapazität haben und umweltfreundlicher sind als aktuelle LIon Akkus.
    Meinetwegen auch nur die drei oder fünffache Kapazität.
    Damit wäre aber auf jeden Fall das oben erwähnte Speicherproblem gelöst. (Ausserdem müsste man sein Schei… Smartphone nicht mehr jeden Tag aufladen und E-Autos hätten Reichweiten, von denen Diesel-Fahrer nur träumen könnten …)
    Wir könnten Strom aus erneuerbaren da erzeugen, wo er am effizientesten erzeugt werden kann und den dann buchstäblich durch die Gegend transportieren. Das Grundlast-Problem wäre auch gelöst, weil man überall kleine Akku-Farmen hinstellen könnte, wie sie Tesla in groß in Australien gebaut hat, etc. pp.

    Zusatz-Wette:
    Es würde mich kein bisschen wundern, wenn irgendjemand – bevor das erste Fusionskraftwerk in Betrieb geht – einen Antimaterie-Reaktor entwickeln würde, von der Sorte, die den Warp-Antrieb der Enterprise antreiben. Und den Warp-Antrieb als Bonus gleich noch dazu …

    Du siehst: Was Kernfusion angeht bin ich nicht so wahnsinnig optimistisch.
    Was auch an folgendem liegt:
    Die erste kontrollierte nukleare Kettenreaktion gabs 1942 (Fermi und Szillard). Nicht mal 20 Jahre später, 1961, ging in Deutschland das erste kommerzielle KKW ans Netz. Und Deutschland war da ziemlich spät dran.
    Funktionierende Kernfusion verspricht man uns jetzt wie lange? Genau …

  33. #33 Captain E.
    27. November 2019

    @PDP10:

    Und ich würde mich überhaupt nicht wundern, wenn die Physiker uns mitteilten, dass die Ingenieure, die an neuen Batterien arbeiten, schon heute an den durch die Quantenmechanik gestellten Grenzen kratzten.

    Aber da es hier ja Leute gibt, die an der Uni Physikscheine gesammelt haben – geht da noch etwas bei der Leistungsdichte von Batterien? Oder ist das Ende der Fahnenstange schon in Sicht?

  34. #34 Holger Gronwaldt
    28. November 2019

    @PDP10,

    ich bin grundsätzlich Optimist und deshalb gebe ich der Kernfusion nicht die geringste Chance. Wozu auch?

    Energie aus Wind und Sonne wird laufend preiswerter bis hin zu spottbillig und ich denke, auch die Speicher werden in absehbarer Zeit relativ preiswert zur Verfügung stehen.

    Wegen des gigantischen Aufwands bei der Kernfusion wird die aber wohl nie preisgünstig Strom liefern können. Möglicherweise muss man immer zwei bis vier der Aggregate im Verbund betreiben, damit wenigstens immer eins davon Strom liefern kann.

  35. #35 noch'n Flo
    Schoggiland
    29. November 2019

    @ Holger Gronwaldt:

    Energie aus Wind und Sonne wird laufend preiswerter bis hin zu spottbillig und ich denke, auch die Speicher werden in absehbarer Zeit relativ preiswert zur Verfügung stehen.

    Merkste was? Das mit den Speichern, die schon irgendjemand entwickeln und bauen wird, ist auch nincht anders als die Idee mit der Kernfusion.

    Ansonsten auch für Dich nochmal der Hinweis auf den Vortrag von Dr. Norbert Aust auf der diesjährigen SkepKon:

    https://blog.gwup.net/2019/07/30/skepkon-video-energiewende-aber-wie-mit-dr-norbert-aust/

    Ist leider alles nicht so einfach.

  36. #36 PDP10
    29. November 2019

    @noch’n Flo:

    Das mit den Speichern, die schon irgendjemand entwickeln und bauen wird, ist auch nincht anders als die Idee mit der Kernfusion.

    Au contraire, mon Frere.

    Anders als Fusionskraftwerke kann man solche “Speicher” schon lange kaufen. Und zwar seit vielen Jahrzehnten. Nennt sich Batterie, gibts in jedem Supermarkt in allen Farben und Formen. Großtechnisch werden die Dinger auch schon längst eingesetzt. ZB. von Tesla gebaut in Australien als Speicher zum Lastausgleich.

    Und was die KKWs-for-Future-gegen-Klimawandel angeht:

    Ich habe mir das Video immer noch nicht angesehen, weil ich Stundenlange Vorträge auf Video nicht leiden kann.

    Aber ich hätte da trotzdem ein paar Sachen einzuwenden:

    Zum Einen wird das einfach nicht schnell genug gehen, soviele KKW zu bauen, dass wir in absehbarer Zeit unsere CO2 Bilanz auf Null kriegen. Mit “Wir” meine ich die Industriestaaten, die beim CO2 Ausstoß nunmal mit Abstand weit vorn liegen. Ausser in China vielleicht. Die meisten anderen Industriestaaten sind allerdings Demokratien. Da geht das nicht so einfach. Es gibt Schätzungen, die sagen, dass zB. in Deutschland allein das Genehmigungsverfahren für ein neues KKW mindestens 20 Jahre dauert. Der Bau, bis es am Netz ist, dann nochmal mindestens 10. Wieviele bräuchten wir davon um unsere CO2 Bilanz auf Null zu kriegen in welchem Zeitraum? Über das Müll-Problem muss ich, glaube ich, gar nicht erst reden …

    Zum Anderen war die ganze Idee KKWs zur Energieversorgung zu nutzen schon von Anfang an entsetzlicher Unsinn. Hat sich ökonomisch nie wirklich gerechnet. In Deutschland mussten die Versorgungsunternehmen und die Anlagenbauer in den 50er Jahren deshalb auch zum Jagen getragen werden. Die wollten das nämlich gar nicht. Zu kompliziert, zu teuer, etc.
    Das die Kernenergiewirtschaft dann doch irgendwann gestartet ist, lag vor allem an einem Mann und an ungeheuren Anfangssubventionen. Der Mann hieß Franz Josef Strauß und war damals “Bundesminister für Atomfragen” und Später Verteidigungsminister und wollte unbedingt eine deutsche A-Bombe.

    Übrigens fließen ausgerechnet im oben erwähnten China denn auch mehr Investitionen in den Ausbau der Erneuerbaren als in neue KKW.
    Und sogar in Deutschland ist der Strom aus Erneuerbaren inzwischen billiger als der aus KKW.

    Nee, tut mir leid. Die ganze Idee ist hanebüchener Unsinn.

    Zum Weiterlesen:

    https://www.sueddeutsche.de/wissen/kernenergie-klimawandel-atomkraft-gates-laufwellenreaktor-1.4312993

    https://www.heise.de/newsticker/meldung/Energieexperten-Atomkraft-nicht-geeignet-als-Loesung-gegen-Klimawandel-4538726.html

  37. #37 PDP10
    29. November 2019