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.
- Hohe Energieausbeute bei sehr geringem Platzbedarf und ohne Kernschmelzwasserrisiko, was die Hindernisse für die Standortwahl verringert.
- 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.
Das Neueste zur Fusionsenergie
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:
- Unterstützung der Anhebung der technologischen Bereitschaftsgrade (TRL) und Förderung kommerzieller Demonstrationen
- Hervorhebung des Bedarfs an Referenzsystemen, Regelungsrahmen und Infrastruktur
- zur Entwicklung einer angemessenen Fusionsenergiepolitik beizutragen
- Beitrag zur Entwicklung einer globalen Fusionsenergieindustrie
- Vorschlagen von Lösungen zur Überwindung von Problemen in der Lieferkette
- Hinzufügen neuer Instrumente und Fähigkeiten für die Entwicklung von Arbeitskräften in diesem Bereich
- Erkundung alternativer Ansätze für die Kernfusion
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.
Entwicklung der Technologie
Verbesserung der technologischen Bereitschaftsgrade (TRL) bestehender Technologien, Schaffung internationaler Referenzdatenbanken, Erleichterung der Einführung neuer Instrumente in die Fusionsentwicklung und Unterstützung neuer Fusionskonzepte.
De-Risk
Bereitstellung von Orientierungshilfen und Ressourcen, die die Unsicherheiten bei der Nutzung der Fusion als kommerzielle Energiequelle verringern.
Zugang zu industriellen Umgebungen
Entwicklung von Referenzinstrumenten zur Analyse, Entwicklung und Integration der Kernfusion in den Energiemix, auch in Netto-Null-Emissionsszenarien und darüber hinaus.
Befürworter
Positionierung der Kernfusion als eine in der Netto-Null-Industrie benötigte Klimatechnologie bei gleichzeitigem Eintreten für eine angemessene Politik, die die Entwicklung der Kernfusion als sichere und kommerziell nutzbare Energiequelle ermöglicht.
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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.
Energie ist definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Zu den Kategorien der potenziellen Energie gehören kinetische, elektrische, magnetische, nukleare und Gravitationsenergie. Für jede Kategorie haben die Wissenschaftler Formeln, um sie zu beschreiben. Sowohl bei der Fusion als auch bei der Kernspaltung wird Energie aus Atomen umgewandelt, allerdings auf entgegengesetzte Weise.
Bei der Fusion werden kleine Kerne so nahe zusammengebracht, dass sie verschmelzen. Die Kerne müssen so nahe beieinander sein, dass sie die Kernkraft des jeweils anderen spüren können. Damit es zur Fusion kommt, müssen sich die reagierenden Kerne sehr nahe beieinander befinden, innerhalb von 10-10- 10-15 (ein Tausendstel Billionstel) Meter voneinander entfernt. Dies ist derselbe Prozess, der auch Sterne antreibt. Die Sterne nutzen ihre eigene Schwerkraft, um in ihren zentralen Regionen Plasmabedingungen zu schaffen, in denen Fusionsenergie erzeugt wird. Auf der Erde stützen sich die Fusionsenergiemaschinen auf andere Energiekategorien, um ähnliche Bedingungen zu schaffen.
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?
Bei der Fusion entstehen Abfälle. Es werden jedochs werden jedoch Anstrengungen unternommen, um die Abfälle zu minimieren, zu zirkulieren, oder beseitigen Abfall aus dem Fusionsenergiekreislauf so weit wie möglich zu minimieren. Die meisten der in Entwicklung befindlichen Konzepte beinhalten Materialien, die von Tritium betroffen sind. Tritium ist ein Betastrahler mit geringer Energie und geringes Risiko wenn es sich außerhalb des menschlichen Körpers befindet. Als Wasserstoffisotop ist es sehr mobil und kann Wasserstoff in einer Reihe von organischen Verbindungen verdrängen, die eingeatmet oder eingenommen werden können (siehe Boyer, 2009). Tritium kommt natürlich in der Umwelt in sehr geringen Konzentrationen und wurde während der Waffentests in den 1950er und 1960er Jahren weit in der Atmosphäre verteilt. Dementsprechend gelten für die Freisetzung von Tritium in die Umwelt strenge Grenzwerte. Da es kurzlebig ist, werden tritiumhaltige Abfälle innerhalb von 82 Jahren zu 99 % abgebaut sein.
auch, reduzierte Aktivierungsmaterialien führen zu niedrig-schwach radioaktiven Abfall nach 100 Jahren der Betriebsabschaltung. Fusion-Maßgeschneiderte ferritisch-martensitische Stähle mit reduzierter Aktivierung wie EUROFER97 und F82H haben sichen hergestellt mit dieser Zielsetzung.
Ist die Kernfusion sicher?
Ja, die Fusionsenergie kann sicher kommerzialisiert werden. Die Fusion ist selbstbegrenzend, d. h. die Maschine, die sie erzeugt, schaltet sich ab, sobald sie nicht mehr unter Kontrolle ist, was sie von Natur aus sicher macht. Diese Eigenschaft ergibt sich aus der zuverlässigen Physik des magnetisch eingeschlossenen Plasmas. Außerdem erzeugen Fusionsenergieanlagen ihren Brennstoff während des Betriebs, so dass im Gegensatz zu fossilen und Spaltungskraftwerken keine großen Brennstoffvorräte vor Ort vorhanden sind. Sie sind so konzipiert, dass sie keinen hochradioaktiven, langlebigen Atommüll produzieren.
