Warum ist es unwahrscheinlich, dass die laserinduzierte Kernfusion in absehbarer Zeit zur Stromerzeugung genutzt wird?

Ausführliche Antwort

Am 13.12.2022 wurde durch eine Pressemitteilung des Energieministeriums der USA (DOE) und der Nationalen Behörde für nukleare Sicherheit (NNSA) (1) ein Medienhype ausgelöst. Z. B. feierte das ➚ Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT diese Meldung mit einer eigenen Pressemitteilung „Historischer Durchbruch in der Fusionsforschung: Laser haben die Kernfusion gezündet!“.

In dieser Zeit der Euphorie war es schwer, die eigentlichen Problem der Laserfusion der Öffentlichkeit zu vermitteln. Aber es gab durchaus Versuche, diesen „Durchbruch“ realistisch zu bewerten. Wir haben zwei Interviews mit Robert Rosner ausgewählt, weil ➚ Rosner ein bekannter Plasmaphysiker in den USA ist, der von 2013 bis 2021 Vorsitzender des ➚ „Bulletin of the Atomic Scientists “ war und 2022/23 auch Präsident der ➚ „American Physical Society (APS)„.

Das erste lesenswerte Interview mit Robert (=Bob) Rosner (2) vom 16.12.2022 thematisierte die Knackpunkte bei der laserinduzierten Kernfusion schon 3 Tage nach obiger Pressemitteilung des Energieministeriums der USA (DOE) und der Nationalen Behörde für nukleare Sicherheit (NNSA) (1):

„Diese Anlage kann einen Schuss pro Tag abgeben; das sind etwas mehr als zwei Megajoule (Leistung). Als Energiequelle müsste sie mindestens zehnmal pro Sekunde dasselbe leisten. Wenn Sie fragen: „Gibt es Laser, die das können?“, dann lautet die Antwort: Nicht im Traum. Die Herstellung eines Pellets kostet etwas mehr als 100 000 Dollar. … Dies ist ein maßgeschneidertes Pellet. Die Herstellung dauerte wahrscheinlich etwa eine Woche oder länger. Man bräuchte weit über eine Million solcher Pellets, die nach dem gleichen Standard hergestellt wurden, pro Tag für ein Kraftwerk. Sie können also (zu Recht) vermuten, dass die technologischen Herausforderungen gewaltig sind, und ich habe noch nicht einmal beschrieben, wie man aus einer solchen Anlage Strom gewinnen kann. Darüber haben wir noch gar nicht gesprochen, ebenso wenig wie über die Kosten.“

Das zweite Interview mit Rosner (3) werten wir in folgender FAQ aus:

• Warum sollte man die Trägheitsfusion in Deutschland NICHT weiter verfolgen?

In dem Bericht: „Auf dem Weg zu einem möglichen Kernfusionskraftwerk – Wissenslücken und Forschungsbedarfe aus Sicht der Technikfolgenabschätzung“, in einem vom Bundestag in Auftrag gegebenen Bericht des TABBüro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (4), wurden deshalb die Hürden der laserinduzierten Kernfusion realistisch dargestellt.

Die schwarz-rote Bundesregierung lässt den TAB-Untersuchungsbericht bislang weitgehend unbeachtet. Die technologischen Hürden der Trägheitsfusion werden dabei offenkundig beiseitegeschoben. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, die Ergebnisse des TAB-Berichts konsequent in die politische Entscheidungsfindung einzubeziehen. Eine öffentliche Ausschussanhörung zu den zentralen Befunden des TAB-Berichts wäre dabei das Mindeste.

Aus diesem Grund wollen wir die Öffentlichkeit mit einem ausführlichen Zitat an diesen wesentlichen Bericht erinnern:

Seite 19/20:

„Vor der Entwicklung eines Konzepts, wie ein auf Laser-/Trägheitsfusion basierendes Kraftwerk aussehen könnte, muss die Energieausbeute deutlich angehoben und die Leistungsfähigkeit wichtiger Teilsysteme noch um viele Größenordnungen gesteigert werden, insbesondere die Wiederholrate und die Effizienz der Lasersysteme, aber auch die Konfiguration, mit der die Laserenergie in das Brennstoffkügelchen eingekoppelt wird.

Das momentan verwendete Lasersystem schafft etwa einen Schuss pro Tag. Für ein Kraftwerk müsste dies auf eine Wiederholrate von 1- bis 10-mal pro Sekunde gesteigert werden. In der Zeit zwischen zwei Schüssen müsste die Vakuumkammer vollständig von den Überbleibseln der vorangegangenen Explosion befreit und das nächste Brennstoffpellet exakt in Position gebracht werden, damit es von allen Seiten gleichmäßig bestrahlt werden kann.

Darüber hinaus sind die Bedingungen, denen die Reaktorkammer eines Kraftwerks ausgesetzt werden würde, extrem herausfordernd: Jeder Schuss würde eine Energie freisetzen, die in etwa der Explosion von 11 kg TNTDas TNT-Äquivalent dient als Maßstab für die bei einer Explosion freiwerdende Energie. Dabei ist TNT die Abkürzung von Trinitrotoluol entspräche, mit einer entsprechend hohen Druckwelle und thermischen Wechselbelastung. Die Wand der Kammer müsste zusätzlich Pulsen von hochenergetischen Neutronen, Ionen und Röntgenstrahlen von einer beispiellosen Intensität widerstehen. Welche Materialien diesen Bedingungen widerstehen könnten, ist derzeit völlig offen. Jüngst wurden hierfür z. B. flüssige Metalle ins Spiel gebracht.

Insgesamt betrachtet liegt somit die lasergestützte Fusion auf ihrem Weg hin zu einem Kraftwerk deutlich hinter den Plänen der magnetbasierten zurück. Die bisher einzige bekannt gewordene Initiative zur Entwicklung eines Konzepts für ein kommerzielles Kraftwerk wurde ab 2008 am Lawrence Livermore National Laboratory unternommen. Das Projekt „LIFE“ (Laser Inertial Fusion Energy) hatte die Zielstellung, bis Mitte der 2020er Jahre ein Demonstrationskraftwerk mit 400 MW zu errichten. Allerdings wurde LIFE 2013 in aller Stille beendet.“

Weiterführende Beiträge

• Was ist dran an der Laserfusion?
• Wie sind die „Durchbrüche“ bei der Kernfusionsforschung zu beurteilen?
• Setzt Hessen mit der laserinduzierten Trägheitsfusion auf das bessere Konzept?
• Warum ist das Militär an der Fusionsforschung interessiert?
• Warum sollte man die Trägheitsfusion in Deutschland NICHT weiter verfolgen?
• Hier ist etwas faul an der „p-Bor-Fusion“!