Kernfusion – die ultimative saubere Energielösung am Horizont

Die Macht der Sterne

Die Atomkraft hat bei vielen Menschen einen schlechten Ruf. Und das ist zum Teil auch gerechtfertigt, denn Katastrophen wie Tschernobyl oder Fukushima haben ihren Ruf beschädigt.

Andere sind anderer Meinung und meinen, dass alles, was nicht Atome spaltet, eine primitive und ineffiziente Art der Energieerzeugung ist. Sie verweisen auch auf die geringen Kohlenstoffemissionen und die sehr stabile Grundlast, die Kernenergie liefern kann.

Es ist wahrscheinlich, dass die Kernenergie Teil der Unser zukünftiger Energiemix, besonders als die 4^th Generation von Kernreaktoren geht ans Netz, das sauberer, sicherer und effizienter sein wird.

Alle diese Reaktoren basieren jedoch auf dem Konzept der Kernenergie. Spaltung. Sie nehmen sehr schwere Atome wie Uran, Thorium oder Plutonium auf und sammeln Energie, wenn sie in leichtere Elemente zerfallen.

Eine weitere Form der Kernenergie ist die Kernenergie VerschmelzungDabei werden sehr leichte Elemente zu schwereren Elementen verschmelzen.

Die Kernfusion ist buchstäblich das, was das Universum antreibt, wobei jeder Stern ein gigantischer Kernfusionsreaktor ist. Jede Sekunde die Sonne verbraucht 600 Millionen Tonnen WasserstoffZum Vergleich: Das bedeutet, dass die Sonne alle 70,000 Jahre eine Menge Wasserstoff verbraucht, die der gesamten Masse der Erde entspricht.

Interessanterweise bedeutet dies, dass Solarenergie (ebenso wie Wind-, Biomasse- und letztendlich sogar fossile Brennstoffe) im Grunde nichts weiter als Kernfusionsenergie (aus der Sonne) ist, nur mit zusätzlichen Schritten.

Wenn wir also nur eine kleine Menge davon auf der Erde nachbilden könnten, hätten wir Zugriff auf eine praktisch unbegrenzte Energieversorgung. Im Gegensatz zu Uran oder Thorium, die relativ selten sind, macht Wasserstoff 74 % aller im Universum vorhandenen Materie aus.

Kernspaltung vs. Kernfusion

Wenn wir Moleküle wie Erdgas oder Öl verbrennen, setzen wir die in den chemischen Bindungen des Moleküls enthaltene Energie frei. Dies ist ein ziemlich hoher Energiepegel, der jedoch bei weitem nicht mit der Energie vergleichbar ist, die in den Atomen selbst enthalten ist.

Aus diesem Grund 1 kg Uran enthält die gleiche Energiemenge wie 2.7 Millionen kg Kohle. Wasserstoff ist bei der Fusion sogar noch leistungsfähiger.

Wenn man über Kernenergie spricht, kann es verwirrend sein, warum man sowohl durch Fusion als auch durch Kernspaltung Energie erzeugen kann.

Der Grund dafür ist, dass die im Atomkern enthaltene Energie je nach Gewicht des Elements variiert. Die Kerne schwerer Elemente enthalten mehr Energie als die mittelschwerer Elemente. Wenn sie sich also spalten, geben sie einen Teil dieser Energie als Wärme und Strahlung ab. Diese Wärme sammeln wir, um in Kernkraftwerken Strom zu erzeugen.

Sehr leichte Elemente sind jedoch noch energiereicher. Wenn wir sie also mit mittelschweren Elementen verschmelzen, setzen sie noch mehr Energie frei.

Quelle: Natur

Infolgedessen kann durch Kernfusion drei- bis zehnmal mehr Energie erzeugt werden als durch die Atomspaltung.

Kombiniert mit der extremen Häufigkeit des leichtesten möglichen Elements, Wasserstoff, macht dies die Kernfusion theoretisch zu einer Quelle unbegrenzter Energie, die nur durch die Gesamtmenge an Materie im gesamten Universum begrenzt wird.

Sogar in unserem Sonnensystem enthalten die Gasriesen und Kometenwolken so viel Wasserstoff, dass er die gesamte Masse der Erde in den Schatten stellt.

Realistisch betrachtet würde selbst einer menschlichen Zivilisation, die das Tausendfache unserer derzeitigen Energie verbrauchen würde, nie der Brennstoff ausgehen.

Und noch besser: Das bei der Wasserstofffusion entstehende Produkt Helium ist ein ungiftiges, leichtes und chemisch nicht reaktives Gas. Am Ende des Prozesses entsteht also kein übler Atommüll.

Fusion ist schwierig

Warum haben wir die menschliche Zivilisation bisher nicht durch Kernfusion mit Energie versorgt?

Nun, die Sache ist, dass Kernfusion schwer zu erreichen ist. Die Kerne von Wasserstoffatomen haben eine positive elektrische Ladung und stoßen sich auf natürliche Weise gegenseitig ab. Daher kann es sehr schwierig sein, sie für eine Fusion nahe genug aneinander zu bringen, wie wenn sich zwei ultrastarke Magnete gegenseitig abstoßen.

In der Natur reicht nur die erdrückende Schwerkraft eines ganzen Sterns aus, um Wasserstoffatome so nahe zusammenzudrücken, dass eine Fusion ausgelöst wird. Sogar etwas so Großes wie Jupiter ist noch „zu klein“, um dies zu erreichen.

Daher ist es sehr, sehr schwierig, auf der Erde Wasserstoffatome einander näher zu bringen.

Es ist jedoch schon einmal passiert und wurde erstmals in den 1950er Jahren mit einer Fusionsmaschine erreicht. Diese Maschinen demonstrierten die Machbarkeit der Fusion, konnten jedoch im Vergleich zu der Energie, die zum Auslösen der Fusion benötigt wurde, nicht genügend Energie zurückgeben.

(TTechnisch gesehen wurde die Kernfusion im großen Maßstab bereits 1952 mit der ersten thermonuklearen Bombe erreicht, aber dies ist kaum eine brauchbare Technik zur Schaffung einer sicheren Stromversorgung).

Ein weiteres Problem bei der Fusion ist, dass das Plasma der Kernfusion extrem heiß ist, normalerweise über 100 Millionen Grad Celsius. Es muss also perfekt eingedämmt sein, sonst schmilzt der Reaktor.

Wegen all dieser zu lösenden Probleme ist die Kernfusion ein langsam vorankommendes Forschungsgebiet, mit dem sarkastischen Kommentar: „Fusion liegt immer 30 Jahre in der Zukunft".

Die Schwerkraft ersetzen

Das Problem, ob durch Fusion genügend Energie zurückgewonnen werden kann, verglichen mit der Energie, die zum Auslösen der Kernfusionsreaktion benötigt wird, ist in diesem Bereich ein immer wiederkehrendes Thema. Da Fusion so schwer zu erreichen ist, ist das Komprimieren auch nur einiger Wasserstoffatome extrem energieintensiv.

Bisher wurden mehrere Methoden vorgeschlagen.

Für alle wurde nachgewiesen, dass sie „funktionieren“, d. h., sie bewirken, dass Wasserstoff oder andere leichte Elemente zu schwereren Elementen verschmelzen und Energie freisetzen.

Tokamaks

Fusionsreaktoren erzeugen einen ringförmigen Raum mit Magnetfeldern, in dem das Kernfusionsplasma eingeschlossen werden kann.

Dies ist derzeit einer der Entwürfe, denen die größte Chance zugesprochen wird, zu einem kommerziellen Fusionsreaktor optimiert zu werden. Der erste Tokamak wurde 1958 gebaut und ist das Grundkonzept für ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), das größte Forschungsprojekt zur Entwicklung kommerzieller Fusionsreaktoren, Fast alle technologisch fortgeschrittenen Nationen sind an dem Projekt beteiligt.

Quelle: DOE

Allerdings ist ITER ein problematisches Projekt mit erheblichen Verzögerungen. Kürzlich wurde bekannt gegeben, dass energieerzeugende Reaktionen möglicherweise nicht vor 2039 stattfinden werden.

Andere Magnete Fusionsreaktoren

Neben Tokamaks gibt es noch andere Konstruktionen, die Magnete verwenden, um das Plasma zu komprimieren und einzuschließen. Dazu gehören Stellaratoren, Spheromaks und kompakte Tori.

In einem Stellareaktor ist die Donutform unregelmäßig/verdreht. Theoretisch kann dies eine längere Dauer von Fusionsreaktionen und ein stabileres Plasma ermöglichen. In der Praxis ist es sehr schwer zu bauen und gilt als schwieriger als Tokamaks. Diese zusätzliche Komplexität machte es sehr schwer, es auf einem Computer zu modellieren, was es schwieriger vorherzusagen und teurer machte, es zu bauen.

Spheromaks sind den Tokamaks ähnlich, unterscheiden sich jedoch etwas in der Art und Weise, wie sie das Magnetfeld induzieren.

Kompakte Ringkernwandler Versuchen Sie, eine Fusion ohne eine Magnetspule in der Mitte des Torus (Donutform) zu erzeugen, wodurch der Bedarf an komplexen Magneten reduziert wird.

Laser

Anstatt die Wasserstoffatome mit einem Magneten zusammenzudrücken, versucht man bei einem anderen Ansatz, die Atome mit Lasern so stark zu erhitzen, dass sie miteinander kollidieren. Dadurch entstehen augenblicklich Stoßwellen, die die Wasserstoffatome zusammendrücken.

Ein gutes Beispiel ist das US-amerikanische Nationale Zündanlage (NIF), das 192 starke Laserstrahlen auf ein Ziel von der Größe eines Radiergummis lenkt, verstärkt, reflektiert und fokussiert. Dadurch wird eine Spitzenleistung von 500 Billionen Watt an einem Punkt erreicht.

Quelle: Briten

Dies ist der andere Hauptentwurf, von dem man annimmt, dass er eines Tages zu einer rentablen, kommerziellen Fusion führen könnte.

Die magnetbasierte Fusion hat mit komplexer Mathematik und der Materialwissenschaft der Supraleiter zu kämpfen. Bei der laserinduzierten Fusion ist es schwierig, die Energie richtig zu liefern und den Brennstoff dicht und homogen genug zu halten, damit die Fusion stattfinden kann.

Elektrischer Schub

Eine letzte Möglichkeit, die Fusion künstlich zu erreichen, besteht darin, elektrische Ströme zu verwenden, um das Magnetfeld zu erzeugen, das das Plasma stärker zusammendrückt, oder Magnetisierte Zielfusion (MTF).

Eine solche Methode ist die Z-PriseEine andere Methode verwendet pneumatische Kolben und Plasmaeinspritzung. Ein Teilchenbeschleuniger könnte möglicherweise dasselbe Prinzip erreichen.

Quelle: IEEE

Im Allgemeinen sind diese Designs wesentlich kompakter als Tokamak- oder laserbasierte Fusion.

Es ist insbesondere der Ansatz, den private Fusionsunternehmen bevorzugen, wie Allgemeine Fusion und deine Helion.

Schritte zur kommerziellen Fusion

Ausbeuten

Wie oben erläutert handelt es sich bei der Fusionsforschung immer noch um ein experimentelles Feld und es gibt noch keinen offensichtlichen Weg hin zu einem kommerziell tragfähigen Design.

Insgesamt hat sich die Leistung von Fusionsreaktoren verbessert, das heißt, dass sie aus der Energie, die ihnen zum Auslösen der Fusion zugeführt wird, zunehmend mehr Fusionsenergie erzeugen.

Im Jahr 2022 gaben Forscher der US-amerikanischen National Ignition Facility bekannt, dass sie „eine Reaktion ausgelöst, die mehr Energie freisetzte, als sie".

In der Praxis ist diese Behauptung ein wenig irreführend: Das laserbetriebene Design lieferte tatsächlich 2.05 Megajoule Energie und erzeugte durch Fusion 3 Megajoule Energie.

Dabei wird die Tatsache außer Acht gelassen, dass zur Erzeugung der 2.05 Megajoule Laserenergie Zur Erzeugung dieser Laserstrahlen wurde eine Gesamtmenge an Elektrizität von 322 Megajoule verbraucht.. In der Praxis ist die Gesamtenergierendite also immer noch 100-mal zu gering, um mit diesem Modell eine „echte“ positive Rendite zu erzielen. Und in der Praxis sogar noch niedriger, weil natürlich nicht die gesamte erzeugte Wärme wieder in Strom umgewandelt werden kann.

Dennoch ist dies ein wichtiger Meilenstein und eine beeindruckende Leistung.

Plasmastabilität und Reaktionsdauer

Der Schlüssel wird darin bestehen, die Situation einer sich selbst erhaltenden Fusionsreaktion zu beurteilen, bei der die vorherige Energiefreisetzung ausreicht, um weitere Fusionen auszulösen. Bis vor kurzem dauerten Fusionsreaktionen bestenfalls einige Dutzend Sekunden. In einem zukünftigen kommerziell nutzbaren Reaktor könnten solche Reaktionen dank eines stabileren Plasmas Dutzende von Minuten oder sogar Stunden dauern.

Dies könnte knapper sein als viele erwartet haben. ein neuer Rekord einer gesamten 6-minütigen Fusion, erreicht durch das WEST-Gerät (Wolfram (W) Environment in Steady-state Tokamak) in Frankreich.

Dies veranschaulicht, wie der innovative Einsatz moderner Materialien wie Wolfram den Weg für eine drastische Verbesserung der klassischen Fusionsreaktor-Designs ebnen könnte. Mehr über Wolfram und die schwer zu findenden Investitionsmöglichkeiten in diesem Sektor können Sie in unserem Artikel „Wolfram – Das geheime Hightech-Metall".

Günstige Supraleiter

Dieser Schritt ist insbesondere bei magnetbasierten Fusionsreaktor-Designs, aber auch bei anderen erforderlich, da die Leistungsstufen normalerweise erfordern, dass irgendwo im System supraleitende Materialien verwendet werden.

Glücklicherweise schreiten die Fortschritte bei der Entwicklung besserer Supraleiter oder sogar der Supraleitertechnologie bei Raumtemperatur rasch voran. Einzelheiten zu diesem Thema können Sie in unserem Artikel „Fortschritte in der Supraleitung machen Platz für eine neue technologische Revolution".

AI

Plasma ist ein unglaublich komplexer Materiezustand, der sich stark von den anderen drei (fest, flüssig, gasförmig) unterscheidet. Es ist extrem heiß und wird insgesamt schnell sehr instabil.

Instabiles Plasma bleibt in der Regel nicht lange im Reaktor, wodurch der Kernfusionsprozess unterbrochen wird.

Um dies auszugleichen, versuchen Kernreaktormagnete, das Plasma ständig zu stabilisieren, indem sie das Magnetfeld in Echtzeit anpassen. Die damit verbundenen mathematischen Berechnungen sind unglaublich komplex und selbst Supercomputer können damit zu kämpfen haben, insbesondere wenn sie sie schnell ausführen müssen, um die richtige Reaktion auf den Magneten des Reaktors zu steuern.

Dies könnte sich dank der Fortschritte in der KI ändern, wie wir in einem kürzlich erschienenen Artikel berichtetenDort erklärten wir, wie KI lernte, das Auftreten von Instabilitäten im Plasma bis zu 300 ms im Voraus vorherzusagen.

„Wir müssen nicht länger warten, bis die Instabilitäten auftreten, und dann schnell Korrekturmaßnahmen ergreifen, bevor das Plasma gestört wird.“

Sicherheit

Die Kernfusion ist von Natur aus viel sicherer als die Kernspaltung. Die Fusionsreaktion stoppt automatisch, wenn sich das Plasma ausdehnt, d. h. es besteht keinerlei Gefahr einer unkontrollierten Kettenreaktion.

Bevor die Kernfusion jedoch zu einer Energiequelle im großen Maßstab werden kann, müssen noch einige Sicherheitsprobleme gelöst werden:

• Viele Reaktordesigns verwenden Tritium, da diese Fusionsreaktionen leichter auszulösen sind als die Deuterium-Deuterium-Fusion. Tritium ist jedoch radioaktiv, sodass jeder Reaktorausfall zu einer (geringfügigen) radioaktiven Kontamination führen kann.
• Plasmainstabilität und Hochenergiephysik bergen ein inhärentes Risiko. Um die Sicherheit der Bediener und den Schaden am Reaktor während des kontinuierlichen Stromerzeugungsbetriebs zu gewährleisten, sind gute Sicherheitsverfahren und wahrscheinlich auch eine Optimierung des Designs erforderlich.
• Bei der Kernfusion entstehen gelegentlich Neutronen, die die Reaktorwände langsam in radioaktiven Abfall verwandeln. Obwohl die Menge dieser Abfälle minimal ist, müssen sie am Ende der Lebensdauer der Komponenten oder des gesamten Reaktors ordnungsgemäß entsorgt werden.

Afferente Themen

Weltraumfusionsantrieb

Derzeit wird die Kernfusion vor allem wegen ihres Potenzials zur Stromerzeugung auf der Erde verfolgt. Ein weiterer Sektor, der von der Beherrschung der Kernfusion stark profitieren würde, ist die Weltraumforschung und -kolonisierung.

Dank ihres im Verhältnis zur Brennstoffmasse sehr hohen Wirkungsgrads und der extrem hohen Temperaturen sind Kernfusionsreaktoren ideale Antriebssysteme für die Tiefen des Weltraums.

Theoretisch könnte es eine sehr schnelle Beschleunigung und Reisezeit ermöglichen, bei geringem Treibstoffverbrauch und erhöhter Sicherheit für die Besatzung im Vergleich zu Alternativen wie chemischen oder nuklearen Kernspaltungsmotoren. Die leichte Verfügbarkeit und das Überangebot an Wasserstoff im Weltraum sind ein zusätzlicher Bonus.

In der Praxis dürfte es eine Herausforderung sein, einen Fusionsreaktor so klein und leicht zu bauen, dass er in ein Raumschiff passt, selbst wenn uns die Konstruktion auf der Erde gelingt.

Würde die Kernfusion kommerziell nutzbar, würde dies die Aussicht auf eine weltraumgestützte Wirtschaft (die wir in unserem Artikel hier mit und ohne Fusion diskutieren), und die Menschheit sofort zu einer raumfahrenden Spezies machen.

Kalte Fusion

Kalte Fusion ist ein kontroverses Thema. Im Prinzip handelt es sich dabei um die Vorstellung, dass Kernfusion ohne Plasma bei niedrigen Temperaturen erreicht werden könnte.

Eine vorgeschlagene Methode wäre die Verwendung von Materialien, die ihre Form so verändern, dass Wasserstoffatome eingefangen und zur Verschmelzung gezwungen werden. Wasserstoffhaltige Metalle wie Palladium, Erbium und Titan wurden als geeigneter Ansatz vorgeschlagen.

1989 behaupteten die Forscher Stanley Pons und Martin Fleischmann, eine solche Fusion erreicht zu haben. Leider waren jahrelange Versuche der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die Ergebnisse zu reproduzieren, bisher erfolglos. Dies führte zu Anschuldigungen minderer wissenschaftlicher Qualität oder sogar regelrechtem Betrug.

Die folgende Kontroverse würde das Image dieses Konzepts nachhaltig schädigen. Dennoch wird es von einer kleinen Zahl von Wissenschaftlern immer noch bearbeitet, meist unter den Namen Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Condensed Matter Nuclear Science (CMNS) oder Chemically Assisted Nuclear Reactions (CANR).

In den 2020er Jahren ist ein erneutes Interesse an diesem Bereich entstanden, das das Stigma der unseriösen Forschung hinter sich lassen will. Insbesondere die US-Regierungsbehörde ARPA-E kündigte im Jahr 2023 eine Handvoll Zuschüsse zur Finanzierung von Forschungsgruppen an, die sich mit niederenergetischen Kernreaktionen (LENR) befassen., im Anschluss faszinierende Ergebnisse der NASA-Forscher im Jahr 2020.

Die kalte Fusion ist derzeit sehr unsicher und spekulativ. Die Rückkehr ernsthafter und gut finanzierter Forschung auf diesem Gebiet könnte jedoch Klarheit schaffen und zeigen, ob dies ein gangbarer Weg zur Kernfusion sein könnte.

Blasenfusion

Eine andere Theorie besagt, dass es beim Platzen von Blasen zu einer Kernfusion kommen könnte. So könnten sich beispielsweise in Wasser Blasen bilden, wenn es Ultraschall ausgesetzt wird. Dieses Konzept wird auch als Sonofusion bezeichnet.

Theoretisch könnten die Stoßwellen, die durch das Platzen einer Blase in einer Flüssigkeit entstehen, stark genug sein, um eine Fusion zu verursachen, ähnlich wie Stoßwellen, die durch Laser erzeugt werden. Dies könnte das Phänomen erklären, Sonolumineszenz (die noch immer unverstandene Lichtemission beim Platzen einer Blase).

Die Idee ist ebenso umstritten wie die Kalte Fusion, und ihr Hauptbefürworter wird stark kritisiert..

Allerdings ist die Idee möglicherweise nicht so tot, wie es die Kontroversen der letzten zwei Jahrzehnte vermuten lassen.

Im Mai 2024 erschien ein wissenschaftliches Papier mit dem Titel „Beobachtung der Neutronenemission während der akustischen Kavitation von deuteriertem Titanpulver“, veröffentlicht in der hoch angesehenen Fachzeitschrift Nature, behauptete, potentielle Fusionsereignisse mit Blasen aus schwerem Wasser, vermischt mit Titanpartikeln, entdeckt zu haben.

Wir konnten die Neutronenproduktion mehrere Stunden lang aufrechterhalten und das Experiment unter verschiedenen Bedingungen mehrfach wiederholen. Wir vermuten, dass die beobachteten Neutronen aus der Kernfusion von im Titangitter gelösten Deuteriumionen aufgrund der mechanischen Wirkung der auftreffenden Kavitationsstrahlen stammen.

Die Kombination eines Titangitters (wie bei der Kaltfusion) mit Kavitation (Blasen) ist mehr als faszinierend, und die Veröffentlichung in einer sehr seriösen, von Experten begutachteten Zeitschrift könnte das Interesse an diesem Sektor neu entfachen und die „Kaltblasenfusion“ möglicherweise zu einem unerwarteten wissenschaftlichen Durchbruch führen.

Einstieg des Privatsektors

Seit ihrer Entstehung wurden die Bereiche Plasmaphysik und Kernfusion größtenteils durch staatliche Forschung mit öffentlichen Geldern vorangetrieben.

Das ist sinnvoll, da sie für Programme zur Entwicklung von Kernwaffen äußerst nützlich waren. So wurde beispielsweise die National Ignition Facility in den USA ursprünglich eher als Ersatz für Kernwaffentests denn als Erforschung der Kernfusion entwickelt.

Da es sich bei der Fusion um einen Wissenschaftsbereich ohne direkte kommerzielle Anwendung handelt, musste ihre Finanzierung überwiegend aus öffentlichen und akademischen Quellen erfolgen.

Dies ändert sich dank des Zusammentreffens dreier Faktoren:

1. Durch jahrzehntelange Erfahrung in diesem Sektor ist eine große Menge frei zugänglichen Wissens entstanden und es wurden Wissenschaftler ausgebildet, die für kommerzielle Unternehmen arbeiten können.
2. Die Kernfusion scheint näher an einer kommerziellen Umsetzung zu sein als je zuvor, was die Begeisterung der Investoren steigert. Und Investitionen im „Mondflug“-Stil sind jetzt beliebt, wobei die Kernfusion zusammen mit dem Asteroidenbergbau möglicherweise der ultimative Mondflug ist und die Probleme der Energie- und Rohstoffknappheit dauerhaft löst.
3. Klimawandel, Geopolitik und Ressourcenverknappung führen dazu, dass die Nachfrage nach einer reichlich vorhandenen, CO2-neutralen Energiequelle steigt.

Deshalb wird derzeit eine neue Welle von Bemühungen im Bereich der Kernfusion von privaten Unternehmen vorangetrieben. Diese wollen Reaktordesigns von Grund auf überarbeiten, neue Methoden erforschen und im Fusionssektor nachbilden, was Unternehmen wie SpaceX für die Raumfahrt erreicht haben (wie etwa die zuvor für unmöglich gehaltene Wiederverwendbarkeit von Raketen).

Fusionsunternehmen

Derzeit ist keines der Unternehmen, die sich der kommerziellen Nutzung der Kernfusion verschrieben haben, börsennotiert. Dazu gehören Helion, Allgemeine Fusion, Commonwealth-Fusion, TEA-Technologien, ZAP-Energieund NEO Fusion. Sie finden eine Ausführliche Liste von Startups im Bereich Kernfusion auf der entsprechenden Seite von Dealroom.

1. Allgemeine Fusion

General ist eines der Start-ups, die sich dafür einsetzen, die Fusion von einem öffentlich finanzierten Physikprojekt zu einem privatwirtschaftlichen Unterfangen zu machen.

Das Unternehmen wurde bereits 2002 mit dem Ziel gegründet, die Magnetized Target Fusion (MTF)-Technologie zu entwickeln.

Das Unternehmen geht davon aus, dass MTF ein kürzerer und deutlich kostengünstigerer Weg zur energiepositiven Fusion ist. General Fusion war 2010 das erste Unternehmen weltweit, das einen kompakten Toroid-Plasmainjektor im Kraftwerksmaßstab gebaut und in Betrieb genommen hat. hat seitdem viele weitere Meilensteine ​​erreicht.

Quelle: Allgemeine Fusion

Das Unternehmen strebt an, im Jahr 100 eine Fusion mit einer Temperatur von 2025 Millionen Grad Celsius zu erreichen und im Jahr 2026 den Break-even (positive Rendite aus der Kernfusion) zu erreichen. Zuvor soll ein 1/5^th Das maßstabsgetreue Modell wurde im Jahr 2023 hergestellt und seine Leistung entsprach den Erwartungen der Computermodelle.

Insgesamt hat General Fusion zwei Jahrzehnte damit verbracht, die einzelnen Kerntechnologien seines endgültigen Designs Schritt für Schritt zu entwickeln, sie dabei zu testen und die Idee zumindest bisher erfolgreich zu validieren.

Als Privatunternehmen musste das Unternehmen im Gegensatz zu internationalen Projekten wie ITER keine Designänderungen diskutieren und aushandeln. Außerdem konnte es sich für eine Technologie entscheiden, die ihren eigenen Vorteilen entspricht, ohne entscheiden zu müssen, ob ein bestimmtes Land den Auftrag aus politischen Gründen erhalten sollte.

Quelle: Allgemeine Fusion

Aus diesem Grund gehen viele davon aus, dass General Fusion und einige seiner Konkurrenten das schaffen werden, was großen Regierungsprojekten möglicherweise nicht gelingt.

2. Lockheed Martin Corporation

Eine bemerkenswerte Ausnahme zu den privat gelisteten Startups, die das Feld dominieren, ist das börsennotierte Unternehmen Lockheed Martin Corporation, ein Gigant der Rüstungsindustrie.

Lockheed arbeitete seit Anfang der 2010er Jahre an Compact Fusion, ein Kernfusionsreaktor, der bis in die 2020er Jahre fertig sein sollte. Inzwischen wurde jedoch bekannt gegeben, dass die Arbeiten an dem Projekt 2021 eingestellt wurden.

Das Unternehmen war nach der ersten, sehr öffentlichen Ankündigung sehr diskret, was dieses Projekt anging. Bis heute ist unklar, was das Unternehmen dazu veranlasst haben könnte, die Idee aufzugeben.

Gleichzeitig scheint es, als habe man das Konzept nicht völlig aufgegeben, insbesondere mit Investitionen im Jahr 2024 in Helicity, ein Startup, das einen Fusionsmotor entwickelt.

Die Idee wäre, Raumfahrzeuge mit kurzen Fusionsschüben anzutreiben. Helicity plant den Einsatz einer Plasmakanone, also den gleichen Ansatz wie General Fusion.

Möglicherweise haben Lockheeds eigene interne Ergebnisse gezeigt, dass ihr Design die Fusion nicht auf eine mit der Energieerzeugung vereinbare Weise aufrechterhalten kann.

Aber vielleicht reichen gleichzeitig kurze Impulse für den Antrieb im Weltraum aus und sind schon viel näher an der Realisierung eines tatsächlichen Produkts? Es würde auch besser zum allgemeinen, auf Luft- und Raumfahrt und Verteidigung ausgerichteten Profil des Unternehmens passen.

3. TAE-Technologien

Das in Kalifornien ansässige Unternehmen, das früher unter dem Namen Tri Alpha Energy bekannt war, konzentriert sich auf die Entwicklung von Fusionsenergietechnologie. TAE Technologies rüstet derzeit seine Fusionsplattform Norman auf eine Maschine der sechsten Generation namens Copernicus auf.

Quelle: APR

Bei der TAE-Technologie werden Teilchenbeschleuniger eingesetzt, um Energie in das Plasma zu injizieren und „als Verdickungsmittel zu wirken, das es besser handhabbar macht“.

Das Unternehmen nutzt bei der Herstellung von Copernicus außerdem in großem Umfang den 3D-Druck, was eine schnelle Iteration neuer Teile und eine schnellere Problemlösung ermöglicht. So gelang es dem Unternehmen beispielsweise, einige Reaktorkomponenten mit dem halben Gewicht dessen zu drucken, was bei konventioneller Fertigung möglich gewesen wäre.

Quelle: APR

Wenn alles glatt läuft, rechnet das Unternehmen damit, seinen ersten Kraftwerksprototyp zu bauen, der Anfang der 2030er Jahre ans Netz gehen könnte. Der Ausbau zur Entwicklung einer „robusten und zuverlässigen“ kommerziellen Energieerzeugung würde das ganze Jahrzehnt über fortgesetzt. Die Kernfusion, so CEO Michl Binderbauer, würde uns in ein „Paradigma des Überflusses“ führen.

In den vergangenen 25 Jahren arbeitete das Unternehmen nach dem Modell „Geld nach Meilensteinen“, bei dem jede Finanzierungsrunde nur durch das Erreichen der den Investoren versprochenen Meilensteine ​​verdient wird.

Im Jahr 2022 investierten Google und Chevron im Rahmen der 250-Millionen-Dollar-Finanzierung des Unternehmens in TAE Technologies. Tatsächlich arbeitet Google bereits seit einem Jahrzehnt mit TAE zusammen und versorgt das Unternehmen mit KI und Rechenleistung.

Das Unternehmen bietet auch an Life-Science-Dienstleistungen (Bor-Neutroneneinfangtherapie -BNCT) und Energielösungen wie Batterien und E-Mobilität.

4. Helion

Helion zielt darauf ab, eine Fusion mit Deuterium und Helium-3 zu erreichen, anstatt sich wie üblich auf die Fusion mit Tritium zu konzentrieren.

Normalerweise ist Helium-3 sehr schwer zu finden. Aber Helion verfügt über eine Methode, es in seinem eigenen Reaktor aus Deuterium herzustellen. Andernfalls wären wahrscheinlich Alternativen wie der bislang unbewiesene Abbau auf dem Mond nötig gewesen.

Wie die meisten privaten Fusionsunternehmen verwendet Helion die Plasmainjektionstechnologie.

Ein weiteres einzigartiges Merkmal ist die direkte Gewinnung von Elektrizität aus dem Plasma. Dabei wird das Faradaysche Gesetz ausgenutzt, um einen Strom zu induzieren und so der in Kernkraftwerken übliche Dampfheizzyklus direkt zu überspringen.

Dieser Schritt ist ziemlich mutig, könnte aber auch die Ausbeute zukünftiger Kraftwerke um das Zwei- bis Dreifache steigern, da die Umwandlung von Wärme in Dampf in Strom normalerweise einen sehr geringen Wirkungsgrad aufweist. Außerdem handelt es sich dabei um ein sehr kapitalintensives Verfahren.

Helions Fusionskraftwerk wird voraussichtlich nur geringe Brennstoffkosten, niedrige Betriebskosten, eine hohe Verfügbarkeit und wettbewerbsfähige Kapitalkosten haben. Unsere Maschinen erfordern viel geringere Kapitalkosten, weil wir die Fusion so effizient durchführen können und keine großen Dampfturbinen, Kühltürme oder andere teure Anforderungen traditioneller Fusionsansätze benötigen.

Helion betreibt derzeit Dreißig, seine 6^th Der Kernreaktor ist ein 10,000-kWh-Kraftwerk, das mehr als 100 Impulse und Temperaturen von XNUMX Millionen Grad Celsius erreicht hat.

Quelle: Helion

Derzeit bewegt es sich nach Polaris, sein nächstes Modell soll bis zu 100-mal schneller sein als Trenta und wäre damit die erste Kernfusion, die einen Nettogewinn an Elektrizität erzeugt.

Es ist erwähnenswert, dass Polaris 19 m lang wäre und im Vergleich zu anderen, klassischeren Fusionsreaktordesigns alles andere als eine riesige Anlage wäre.