Sollte der Bau von Fusionskraftwerken tatsächlich möglich sein – welcher Wirkungsgrad ist bestenfalls zu erreichen?

Ausführliche Antwort

Zunächst ein Einschub mit Bezug auf den TABBüro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Bericht (1). In diesem Bericht spielt der Parameter „Wirkungsgrad“ überhaupt keine Rolle, sondern man bezieht sich nur auf den „Energieverstärkungsfaktor Q, der das Verhältnis von erzeugter Energie zur hierfür eingesetzten Energie“ angibt und unterscheidet dann diesen in Q_Wissenschaft und Q_Technik.

Eigentlich sollte man bei Fusionskraftwerken eher nach deren Nachhaltigkeit fragen, da der Wirkungsgrad bzw. der Energieverstärkungsfaktor nur Einzelparameter sind.

Aber bleiben wir bei dem „Wirkungsgrad“, der der ausschlaggebende Faktor für die Berechnung der notwendigen Tritiummenge ist. “Wie viel Tritium würde ein Fusionsreaktor über ein Jahr benötigen, um kontinuierlich 1 GW elektrische Leistung zu erzeugen?”

Da man Schätzungen für den Gesamtwirkungsgrad eines Fusionskraftwerks nicht findet, überschlagen wir:

• Fakt ist, dass der eigentliche Prozess der Stromerzeugung, die Umwandlung von thermischer Energie in Strom wie in jedem anderen Kraftwerk auch, sehr uneffektiv ist. Der thermische Wirkungsgrad liegt zwischen ➚30 und 45 %.
• Der Fusion-spezifische Wirkungsgrad unter Berücksichtigung der Plasmahei­zung, der Tritiumerzeugung, der Kühlung und sonstigen Verbräuchen wurde auf ➚70 % geschätzt.

D. h. der Gesamtwirkungsgrad liegt dann wahrscheinlich im Bereich von 20 bis 30%.

Allerdings wurde darin noch nicht berücksichtigt, dass bei Fusionsreaktoren die sogenannte “Energy Zone” auf ein großes Volumen verteilt ist. Bei ITERInternational Thermonuclear Experimental Reactor könnten das bei 235 m³ Plasma und einer geschätzten Dicke des umhüllenden Materials von einem Meter über 20 000 m³ angrenzendes BlanketAm Plasma angrenzendes Bauteil im Fusionsreaktor innerhalb des Vakuumgefäßes-Material sein.

D. h. die Neutronenenergie wird in eine thermische Leistung in einem riesigen Volumen verteilt (geringe ➚ Leistungsdichte), die dann erst aus dem BlanketAm Plasma angrenzendes Bauteil im Fusionsreaktor innerhalb des Vakuumgefäßes über Kühlungsmedien abzuführen ist. Es gibt keine Studie, die sich darüber Gedanken gemacht hat, wie man diese thermische Energie aus diesem riesigen Volumen effektiv „aufsammeln“ kann. Bis zu einer solchen Studie sind die veröffentlichten Wirkungsgrade und die darauf aufbauenden Wirtschaftlichkeitsberechnungen reines Wunschdenken.

Weiterführende Beiträge

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