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Kernfusion: Unberechenbare Energiequelle

Die Baukosten des Kernfusionsreaktors Iter wurden im Jahr 2001 auf fünf Milliarden Euro geschätzt. Doch schon vor dem Baustart zeigt sich, dass die Marke nicht zu halten ist: Der Entwurf des Reaktors muss geändert werden, Fusions-Experten rechnen mit Mehrkosten bis 30 Prozent. Die Iter-Führung hält sich bedeckt.
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Das internationale Milliardenprojekt Iter (lat. "der Weg") soll die Vorstufe für ein Kraftwerk werden, das – ähnlich wie die Sonne – aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie erzeugt. Dafür muss das Wasserstoffgas zuvor auf 100 Millionen Grad erhitzt werden, sodass die Wasserstoffatome sich ihrer Elektronen entledigen und ein sogenanntes Plasma aus positiv geladenen Wasserstoffkernen und negativ geladenen Elektronen bilden. Bei der gigantischen Temperatur fliegen die Kerne schnell genug, um ihre gegenseitige Abstoßung zu überwinden. Nur dann können sie sich zu Heliumkernen verbinden. Die Kernreaktionen sollen zehnmal mehr Energie frei setzen, als für das Heizen des Plasmas nötig ist.

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Baugelände für ITER | Im südfranzösischen Cadarache soll in den kommenden Jahren der Kernfusionsreaktor ITER entstehen.
Bis im Reaktor des Forschungsreaktors Iter im südfranzösischen Cadarache die ersten Wasserstoff-Atomkerne zu Heliumkernen fusionieren und dabei Energie freisetzen, werden allerdings noch mindestens zehn Jahren vergehen. Dann aber wäre Iter der erste Fusionsreaktor, der mehr Energie erzeugt, als er verbraucht. Möglich wird dies durch die Größe des ringförmigen Plasmas, dessen äußerer Durchmesser sechs Meter betragen soll. Dadurch bleibt, so die Hoffnung der Forscher, die durch Fusionen frei werdende Energie so lange innerhalb des Plasmas, dass dieses nach dem Zünden nicht mehr von außen geheizt werden muss und sich von selbst erhält. Das Ziel der Forscher ist ein Plasma, das acht Minuten brennt. Der viel kleinere Forschungsreaktor Jet ("Joint European Torus") am britischen Culham Science Centre, schafft nur etwa eine Minute, wobei das Plasma kräftig von außen geheizt werden muss.

Zwei Seiten einer Medaille

In seiner Größe stecken aber auch die Tücken des geplanten Reaktors Iter. Das Plasmavolumen wird von einem Magnetfeld in der Schwebe gehalten. Dabei kommt es immer wieder zu Instabilitäten, wie Physiker ausrechneten. In regelmäßigen Abständen entweicht ein Teil der im Plasma steckenden Energie explosionsartig aus dem Magnetkäfig [1]. "Diese Energieausbrüche sind zwar schon von kleineren Reaktoren her bekannt", sagt Isabella Milch, Pressereferentin des Max-Planck-Institutes für Plasmaphysik (IPP) in Garching. "Dort sind sie aber wesentlich schwächer und nützlich, weil sie Verunreinigungen, die von den Reaktorwänden in das Plasma gelangen, wieder aus dem Plasma hinausbefördern." Die stärkeren Ausbrüche des Iter-Plasmas hingegen könnten essenzielle Teile des Reaktors beschädigen, erläutert die Physikerin. Daher wollen IPP-Forscher magnetische Spulen an der Reaktorwand befestigen, die das Plasma stabilisieren sollen, sobald ein großer Ausbruch droht, und ihn in einen kleine Explosion verwandeln.

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Schema der geplanten Anlage | Die Kosten für die Anlage in Cadarache wurden bislang auf fünf Milliarden Euro geschätzt. Jetzt musste der Entwurf des Reaktors geändert werden. Experten rechnen daher mit einer Verteuerung um bis zu 30 Prozent.
IPP-Wissenschaftler haben noch weitere ähnliche Instabilitäten bei Simulationen des Iter-Plasmas entdeckt. All diese Erkenntnisse dürften zu dem neuen Entwurf beigetragen haben, der vor Kurzem von Fusions-Experten der Iter-Organisation vorgelegt wurde. Er trägt aber auch der Erdbebengefahr Rechnung, die in Cadarache herrscht und die im ersten Entwurf von 2001 nicht berücksichtigt worden war, weil noch nicht klar war, wo der Reaktor stehen soll. Die Fachzeitschrift "Nature" berichtete nun am 12. Juni, dass die Expertenrunde die Mehrkosten insgesamt auf 25 bis 30 Prozent oder 1,2 bis 1,5 Milliarden Euro schätzt [2].

Diese Zahl lässt das Iter Council, das Aufsichtsgremium der Iter-Organisation, unkommentiert. Aber es akzeptiere das geänderte Design des Forschungsreaktors, wie das Gremium nach einer Sitzung im japanischen Aomori am 18. Juni mitteilte [3]. "Welche finanziellen Folgen der neue Entwurf hat, muss aber erst noch geprüft werden", sagt David Campbell, Chef der Abteilung "Fusion Science and Technology" bei Iter.

Wer soll das bezahlen?

Die Kosten soll jetzt ein unabhängiges Expertenteam unter der Leitung des Fusionsforschers Frank Briscoe von der britischen Atomenergiebehörde schätzen. Das Ergebnis soll im November vorliegen. Der Frage, wer die Mehrkosten bezahlen soll, weicht Campbell aus. "Erst wenn es offizielle Zahlen dazu gibt, wird diskutiert werden, wie eventuelle Mehrkosten gedeckt werden", erklärt er.
"Welche finanziellen Folgen der neue Entwurf hat, muss erst noch geprüft werden"
(David Campbell)
Dass die Kosten allein schon wegen der wachsenden Preise für Stahl und Kupfer, die der Bau von Iter in großen Mengen benötigt, ansteigen werden, räumt Campbell ein. "Aber wir werden in enger Kooperation mit den Mitgliedsstaaten versuchen, die Reaktor-Komponenten möglichst günstig zu beschaffen", sagt Campbell. Doch selbst, wenn dies getan und das Reaktor-Design an vorhersehbare Probleme angepasst wird, kann es in der Praxis zu unangenehmen Überraschungen kommen, die die Kosten weiter in die Höhe treiben könnten. Denn nicht alle Prozesse lassen sich im Computer simulieren: "Man weiß beispielsweise nicht genau, wie die schnellen Heliumkerne, die bei der Fusion entstehen, das Plasma beeinflussen", sagt Milch.

Für den Energieexperten Hermann Scheer sind die Unwägbarkeiten Grund genug, um Iter zu stoppen. Er glaubt, dass die Kosten für den Forschungsreaktor explodieren werden. Zwar habe man einige Probleme wie die Plasmainstabilitäten schon im Vorfeld erkannt. "Technisch gelöst sind sie aber noch lange nicht", meint Scheer.
"Die technologische Komplexität des Projektes wird weit unterschätzt"
(Hermann Scheer)
Er glaubt nicht, dass die Forscher die Kernfusion in den Griff bekommen. "Die technologische Komplexität des Projektes wird weit unterschätzt", so Scheer. "Niemand weiß, ob es je funktionieren wird."

Genau das soll das Iter-Experiment herausfinden. Experimentalphysiker pflegen zu sagen, auch ein negatives Ergebnis sei ein Ergebnis. Im Falle von Iter wäre ein solcher Erkenntnisgewinn jedenfalls ganz schön teuer.
21.06.2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 21.06.2008

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  • Quellen
[1] Eric Hand: Magnets touted as fix for fusion reactor. In: Nature 452, S. 11, 2008
[2] Geoff Brumfiel: Fusion reactor faces cost hike. In: Nature 453, S. 829, 2008
[3] Neil Calder: Iter gains momentum, Pressemitteilung des Iter Council vom 18. Juni 2008

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