Unsere Arbeit
Fusionsenergie
Das Potenzial für kohlenstofffreie,
reichlich vorhandene Energie
Die Kernfusion ist eine fortschrittliche Energiequelle, die das Potenzial hat, weltweit reichlich emissionsfreie Energie zu erzeugen. Wenn wir den Weg für die Kommerzialisierung der Kernfusion ebnen, könnten wir diese kohlenstofffreie, solide Energiequelle in den Energiemix integrieren und möglicherweise die Art und Weise revolutionieren, wie wir die Weltwirtschaft antreiben.
Wie funktioniert die Fusionsenergie?
Die Fusionsenergie ist ein natürliches Phänomen, der Prozess, der die Sonne antreibt und das Leben auf der Erde möglich macht. Bei einer Fusionsreaktion verschmelzen zwei leichte Kerne zu einem einzigen schwereren Kern, wenn die richtigen Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Dichte und Zeitdauer erfüllt sind. Bei diesem Prozess wird Energie freigesetzt, da die Gesamtmasse des entstehenden einzelnen Kerns geringer ist als die Masse der beiden ursprünglichen Kerne. Die verbleibende Masse wird gemäß der berühmten Einsteinschen Gleichung (E=mc2) zu Energie.
Die Fusionsenergie hat das Potenzial dazu:
- Ständig verfügbare, zuverlässige Energie ohne hochradioaktive Abfälle oder Treibhausgasemissionen.
- High energy outputs with a very small land footprint, and no meltdown risk, reducing siting barriers.
- Weltweite Zugänglichkeit, da sie nicht auf regionale natürliche Ressourcen angewiesen ist.
- Potenzial für eine äußerst wettbewerbsfähige Energieerzeugung, die mehr Energie pro Gramm Brennstoff produziert als jedes andere Erzeugungsverfahren.
Doch die Herausforderungen bleiben bestehen:
- Technologischer Fortschritt: Die Technologie zur Erschließung dieser vielversprechenden Energiequelle ist derzeit noch nicht kommerziell verfügbar. Um die Fusion Wirklichkeit werden zu lassen, müssen wir eine Vielzahl von Fusionstechnologien voranbringen und Fusionsanlagen unter realen Bedingungen entwickeln und testen.
- Regulatorische Gewissheit: Wir brauchen klare, spezifische und verhältnismäßige Vorschriften, die einen Bezugsrahmen für Entwickler darstellen.
- Industrie und Marktentwicklung: Wir müssen eine globale Fusionsindustrie mit einem globalen Markt aufbauen. Die Fusionsindustrie floriert, da weltweit neue Unternehmen und Start-ups gegründet werden und sich internationale Kooperationen und Verträge rasch entwickeln.
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Unsere Vision
CATF stellt sich eine Welt vor, in der die Fusionsenergie einen gangbaren Weg zur kommerziellen Entwicklung hat, mit dem Potenzial, unser globales Energiegefüge zu verändern und die Treibhausgasemissionen drastisch zu reduzieren.
Unsere Fusionsexperten setzen sich bei Branchenführern, Regierungen, Technologieunternehmen, nationalen Laboratorien und potenziellen Investoren für die Schaffung eines globalen Marktes für die Fusionsindustrie mit angemessenen Vorschriften ein. Wir spielen die entscheidende Rolle eines Katalysators und Koordinators, um bestehende Lücken im Industrialisierungs- und Regulierungsprozess aufzuspüren und Strategien zur Schließung dieser Lücken auszuarbeiten und zu leiten.
Unser Ziel ist es, ein Netzwerk zu schaffen, das die internationale Zusammenarbeit erleichtert, frühzeitige kommerzielle Verbindungen herstellt, sich für die Politik einsetzt und mit der öffentlichen Kommunikation zur Kommerzialisierung von Fusionsenergiesystemen zusammenarbeitet.
Mit unserer Analyse wollen wir Folgendes erreichen:
- Support increases in technology readiness levels (TRLs) and advance commercial demonstrations
- Highlight the need for reference schemes, regulatory frameworks, and infrastructure
- Contribute to the development of appropriate fusion energy policy
- Contribute to the development of a global fusion energy industry
- Propose solutions to overcome supply chain issues
- Add new tools and skills into the field for workforce development
- Explore alternate approaches to fusion
Der Weg nach vorn
CATF ebnet den Weg für die weltweite Demonstration und den Aufbau einer Fusionsenergieindustrie in diesem Jahrzehnt.
Wir führen Marktstudien zur Fusionsenergie durch und geben diese in Auftrag, bewerten die technologische Bereitschaft und analysieren die rechtlichen Rahmenbedingungen, wobei wir den Schwerpunkt auf Bereiche der internationalen Zusammenarbeit legen. Als objektive und unabhängige Ressource für Interessengruppen im Fusionssektor schärfen wir das Bewusstsein für das Potenzial der Fusionsenergie, indem wir die Gesetzgeber, die Industrie und die NRO-Gemeinschaft über ihr Potenzial aufklären und gleichzeitig den Sektor als potenziellen Karriereweg und Geschäftsmöglichkeit für Anbieter in der Lieferkette hervorheben.
Technology development
Advance the technology readiness levels (TRL) of existing technologies, create international reference databases, facilitate the introduction of new tools into fusion development and support new fusion concepts.
De-risk
Provide guidance elements and resources that mitigate uncertainties in the deployment of fusion as a commercial source of energy.
Access industrial environments
Develop reference tools to analyze, develop, and integrate fusion within the energy mix prospect, including in net-zero emission scenarios and beyond.
Advocate
Position fusion as a climate technology needed in the net-zero industry while advocating for adequate policies that enable the development of fusion as a safe and commercially viable source of energy.
Treffen Sie die Experten
Meet our staff working on fusion energy.
FAQs zur Fusionsenergie
Was ist Fusionsenergie?
Eine Kernfusion findet statt, wenn sich ein oder mehrere leichtere Atomkerne zu einem schwereren Kern verbinden und dabei Energie freisetzen. Diese Reaktion findet in der Natur statt: Sie ist der Prozess, der Sterne wie die Sonne antreibt, und aufgrund der Netto-Energieerzeugung durch die Kernfusion ist das Leben auf der Erde möglich.
Was sind die Vorteile der Fusionsenergie?
Die Fusionsenergie bietet eindeutige Vorteile als sichere Netto-Null-Energiequelle:
- Keine Kohlenstoffemissionen: Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen werden bei der Fusionsenergie während des Fusionsprozesses keine Treibhausgase freigesetzt. Durch die Umstellung auf Fusionsenergie können wir unseren Kohlenstoff-Fußabdruck erheblich verringern, natürliche Ressourcen erhalten und eine sauberere Umwelt für künftige Generationen schaffen.
- Reichhaltige Brennstoffversorgung: Fusionsbrennstoffquellen wie Deuterium und Tritium können aus Meerwasser gewonnen werden und sind praktisch unerschöpflich. Mit einem reichlichen Brennstoffvorrat bietet die Fusionsenergie langfristige Energiesicherheit und entlastet von Sorgen über Ressourcenknappheit.
- Sicherheit und Abfallvermeidung: Die Fusion ist selbstbegrenzend, was sie von Natur aus sicher macht. Außerdem werden die Fusionsanlagen so konzipiert, dass keine hochradioaktiven Abfälle entstehen, was die Fusion zu einer verantwortungsvollen und nachhaltigen Energieoption macht.
- Minimaler Flächenbedarf: Die Fusion bietet eine höhere Energieausbeute pro genutzter Fläche ohne nennenswerten Platzbedarf für Brennstoff oder Abfall.
- Weniger Übertragungsausbau: Die kleinere Grundfläche der Fusion ermöglicht die Ansiedlung von Kraftwerken in der Nähe von Nachfragezentren, wodurch der Ausbau von Fernübertragungsnetzen reduziert wird.
Welche verschiedenen Ansätze gibt es, um die Fusionsenergie zu nutzen?
Es gibt viele verschiedene Ansätze, um die Kraft der Fusionsenergie nutzbar zu machen - und CATF fördert die Weiterentwicklung aller vielversprechenden Ansätze. Hier sind einige der bekanntesten Ansätze:
- Magnetic Confinement Fusion (MCF): Der bekannteste Ansatz in der Fusionsforschung ist die Nutzung starker Magnetfelder, um das Plasma auf die für die Fusion erforderlichen extremen Temperaturen einzuschließen und zu erhitzen. Projekte wie ITER und SPARC (eine kompakte Fusionsmaschine, die vom MIT und Commonwealth Fusion Systems entwickelt wird) zielen darauf ab, anhaltende Fusionsreaktionen zu erreichen und den Weg für Fusionskraftwerke im kommerziellen Maßstab zu ebnen.
- Magnetisierte Zielfusion (MTF): MTF wurde in den 1970er Jahren vom U.S. Naval Reactors Program entwickelt und beruht auf einer implodierenden zylindrischen Metallauskleidung, die eine vorgewärmte und magnetisierte Plasmakonfiguration komprimiert, bis thermonukleare Bedingungen erreicht sind.
- Trägheitsfusion (Inertial Confinement Fusion, ICF): Bei der Trägheitsfusion werden mit Hilfe von Hochenergielasern oder Teilchenstrahlen kleine Brennstoffkügelchen komprimiert und erhitzt, um die Fusion einzuleiten. Mit diesem Ansatz, für den die National Ignition Facility (NIF) in den Vereinigten Staaten ein Beispiel ist, wird versucht, die Bedingungen im Kern von Sternen nachzubilden. Obwohl die ICF mit technischen Herausforderungen konfrontiert ist, werden Fortschritte bei der Erzielung von Zündungen und anhaltenden Fusionsreaktionen erzielt.
- Feldumkehr-Konfiguration: Feldumgekehrte Konfigurationen sowie die damit verbundenen feldumgekehrten Spiegel bieten kompakte Toroide mit geringem oder gar keinem toroidalen Magnetfeld. Dieser Ansatz zeichnet sich durch hohe Beta-Plasmen und ihre makroskopische Stabilität aus.
- Andere Fusionskategorien: Magnetische oder elektrische Quetschungen, elektrostatischer Trägheitseinschluss, muonenkatalysierte Fusion und andere Formen der Fusion mit geringer Leistung existieren ebenfalls, oft in einem früheren Entwicklungsstadium als die bekannteren Kategorien.
Was ist der Unterschied zwischen Kernfusion und Kernspaltung?
Kernfusion und Kernspaltung sind unterschiedliche Wege, Energie in etwas Nützliches wie Wärme oder Strom umzuwandeln. Beide haben die Fähigkeit, kohlenstofffreie Energie zu erzeugen.
Energy is defined as the ability to do work. The categories of potential energy include kinetic, electrical, magnetic, nuclear, and gravitational. For each category, scientists have formulas to describe them. Fusion and fission both convert energy from atoms, but in opposite ways.
Fusion brings small nuclei so close that together that they fuse. Nuclei must be near enough that they can feel each other’s nuclear force. For fusion to occur, reacting nuclei must be very close to each other, within 10-10– 10-15 (a thousand trillionth) meter of one another. This is the same process that powers stars. The stars exploit their own gravity to create plasma conditions in their central regions where net fusion energy is generated. On Earth, fusion energy machines rely on other categories of energy to create similar conditions.
Bei der Kernspaltung werden Atome gespalten, indem große Kerne in kleinere zerlegt werden. Ein Neutron trifft auf ein größeres Atom und zwingt es, sich in zwei kleinere Atome aufzuspalten - auch bekannt als Spaltprodukte. Dabei werden auch zusätzliche Neutronen freigesetzt, die eine Kettenreaktion auslösen können. Bei der Spaltung jedes Atoms wird Energie freigesetzt.
Entsteht bei der Kernfusion Abfall?
Fusion does produce waste. However, efforts are underway to minimize, circularize, or eliminate waste from the fusion energy cycle as much as possible. Most of the concepts being developed include materials affected by tritium. Tritium is a low beta energy emitter and low risk when outside the human body. As an isotope of hydrogen, it is highly mobile and can displace hydrogen in a range of organic compounds that can be inhaled or ingested (see Boyer, 2009). Tritium occurs naturally in the environment in very low concentrations and it was widely dispersed into the atmosphere during weapons testing in the 1950’s and 1960’s. Accordingly, tritium release limits to the environment are stringent. As it is short-lived, tritiated waste will be 99% decayed within 82 years.
Also, reduced activation materials will result in low-level radioactive waste after 100 years of operation shutdown. Fusion–tailored Reduced Activation Ferritic Martensitic steels like EUROFER97 and F82H have been produced with this objective.
Ist die Kernfusion sicher?
Yes, fusion energy can be safely commercialized. Fusion is self-limiting, meaning the machine generating it turns off as soon as it is not in control – making it inherently safe. This characteristic results from the dependable physics of magnetically confined plasma. Additionally, fusion energy machines create their fuel as they operate, so unlike fossil and fission plants, no large stockpile of fuel exists on site. They are designed in a way that does not produce highly radioactive, long-lived nuclear waste.
