Energie
Entschlüsselung sicherer und praktischer Fusion – Neue Einblicke in eingeschlossenen Brennstoff
Fusion & Kraftstoffeffizienz
Kernfusion ist potenziell die ultimative grüne Energiequelle, die keine gefährlichen Nebenprodukte, Radioaktivität (der einzige „Abfall“ ist Helium) oder Treibhausgase erzeugt. Und sie könnte von einem Brennstoff angetrieben werden, der so reichlich vorhanden ist, dass er einen bedeutenden Prozentsatz des gesamten Universums ausmacht: Deuterium, ein Isotop des Wasserstoffs.
Aber dies ist auch eine sehr schwer zu erreichende Form der Energieerzeugung. Sie erfordert die Replikation der Bedingungen im Kern der Sonne auf der Erde, mit enormen Drücken und Zehntausenden bis Hunderten Millionen Grad.
Kernfusion wurde in Physiklaboren seit Jahrzehnten erreicht, aber eine netto-energiepositive Fusionsreaktion ist noch nicht erreicht worden. Das ist das Ziel, das viele verfolgen, von dem internationalen Megaprojekt ITER bis zu kommerziellen Fusionsprojekten wie Commonwealth Fusion Systems und Proxima Fusion.
Die kommerzielle Rentabilität wird nicht nur davon abhängen, stabile und energiepositive Plasmageneration zu erreichen, sondern auch von der allgemeinen Effizienz des Prozesses.
Eine offene Frage ist die Brennstoffeffizienz. Es ist bekannt, dass Deuterium teilweise von den Wänden der Tokamak-Fusionsreaktoren absorbiert wird. Forscher der Princeton University, der University of California, der University of Tennessee, des Sandia National Laboratory und von General Atomics arbeiten daran, es zu verstehen.
Quelle: Princeton University
Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in Nuclear Materials and Energy1 unter dem Titel „Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface“.
Deuterium, Tritium & Fusion
Je leichter ein Atom ist, desto mehr potenzielle Energie wird freigesetzt, wenn es einer Kernfusion unterzogen wird. Daher ist es logisch, dass die meisten Kernfusionsprojekte darauf abzielen, Varianten von Wasserstoff zu verschmelzen, wobei die beliebteste Option die Deuterium‑Tritium‑Fusion ist.
Quelle: Nature
Deuterium‑Deuterium‑Fusion ist ebenfalls möglich, wird jedoch aus technischen Gründen als noch schwieriger angesehen, kommerziell umgesetzt zu werden. Deshalb planen fast alle kommerziellen Projekte oder Prototypen wie ITER, Deuterium‑Tritium als Brennstoff zu verwenden.
Ein Problem bei Tritium ist, dass es radioaktiv ist, im Gegensatz zu Deuterium. Daher möchte man nicht zu viel Tritium im Reaktor ansammeln, noch sollte man den Überblick darüber verlieren. Das ist nicht nur ein Sicherheitsproblem, sondern auch ein regulatorisches.
„Es gibt sehr strenge Beschränkungen dafür, wie viel Tritium zu einem beliebigen Zeitpunkt in einem Gerät sein darf. Wenn man diese überschreitet, stoppt alles und die Lizenz wird entzogen.
Wenn Sie also einen funktionierenden Reaktor haben wollen, müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Tritium‑Bilanz exakt ist. Wenn Sie das Limit überschreiten, ist das ein Showstopper.“
Da Deuterium‑Tritium‑Brennstoff wahrscheinlich in kommerziellen Kernfusionsreaktoren verwendet wird, ist es sehr wichtig zu wissen, was mit dem Brennstoff geschieht. Und wir wissen bereits, dass ein Teil davon von den Wänden des Reaktors absorbiert wird.
Deuteriumabsorption
Die Wände von Kernfusionsreaktoren bestehen aus Graphit und sind mit Bor beschichtet. Das Bor hilft, Plasmainverunreinigungen wie Sauerstoff, Kohlenstoff und Wolfram zu reduzieren.
Quelle: Nuclear Materials and Energy
Es ist seit einiger Zeit bekannt, dass diese borbengeschichteten Wände etwas Deuterium aus dem Plasma absorbieren. Der Mechanismus und die Menge waren jedoch nicht klar.
Um das zu verstehen, führten sie Tests am DIII-D durch, einem Tokamak‑Fusionsreaktor bei General Atomics.
Sie entdeckten, dass der Schuldige für die Deuteriumabsorption nicht Bor, sondern Kohlenstoff war.
Quelle: Nuclear Materials and Energy
Kohlenstoff und Bor können zusammen so fest an Deuterium binden, dass Temperaturen von etwa 1.000 Grad Fahrenheit nötig wären, um die Bindung zu lösen, was es sehr schwierig macht, den Brennstoff zu entfernen, ohne das Fusionssystem zu beschädigen.
„Kohlenstoff muss minimiert werden. Obwohl wir ihn nicht vollständig eliminieren können, nutzen wir alle Mittel, um die Menge an Kohlenstoff so weit wie möglich zu reduzieren.
Wir wollen den gesamten Kohlenstoff entfernen und saubere Wolframwände haben, um sicherzustellen, dass die Berechnungen noch näher an dem liegen, was in ITER erlebt wird.“
Lösungen finden
Bei tieferer Untersuchung stellten die Forscher fest, dass die Exposition gegenüber einem Plasma mit kleinen Mengen an Kohlenstoffkontamination die Menge des eingeschlossenen Deuteriums signifikant erhöhte.
Für jede fünf Einheiten Bor, die in einer Probe eingeschlossen wurden, wurden zwei Einheiten Deuterium eingeschlossen.
Das Phänomen ist ebenfalls temperaturabhängig. Über 600.000 °K (1 Million °F) ist die Retention von Deuterium begrenzt, und die Wand gibt das Deuterium bei 900.000 °K wieder frei.
Allerdings sollten solche Temperaturen, die die Wandbeschichtung berühren, für die langfristige Stabilität des Materials vermieden werden, sodass es keine praktikable Lösung ist, die Brennstoffansammlung in den Reaktorwänden zu verhindern.
Eine wahrscheinlicher Lösung besteht darin, die maximale Menge an Kohlenstoffverunreinigungen, die in die Reaktorwände gelangen können, zu begrenzen – etwas, das bisher nicht als so bedeutend erkannt wurde.
Dies wird direkte praktische Auswirkungen auf das endgültige Design und die Fertigung der ITER‑Reaktorwände haben.
„ITER und zukünftige Geräte sollten darauf achten, C‑Verunreinigungs‑Kontamination zu minimieren, um die Deuterium‑Retention zu reduzieren.“
Es ist zudem wahrscheinlich, dass die Praktikabilität oder kommerzielle Rentabilität jeder Kernfusionsanlage, die Graphitfliesen an den Wänden verwendet (Graphit besteht aus Kohlenstoffatomen), wie die im Experiment verwendete DIII‑D‑Fusion, eingeschränkt wird, da dieses Design im Laufe der Zeit wahrscheinlich zu viel Tritium ansammelt, um als Kraftwerksbetrieb zugelassen zu werden.
Fazit
Kernfusion entwickelt sich zunehmend zu einer gut verstandenen Technologie, wobei der Rekord für die Dauer stabilen Plasmas regelmäßig gebrochen wird, zuletzt 22 Minuten in einer französisch-chinesischen Zusammenarbeit.
Mit Hilfe von KI ist es wahrscheinlich, dass die Fusion im Laufe der Zeit immer effizienter wird, bis schließlich Nettoenergie erreicht wird.
Während die Technologie der Kommerzialisierung näher rückt, tauchen neue Herausforderungen auf, wie die Einhaltung von Vorschriften bezüglich Brennstoffansammlungen und Radioaktivität, worüber experimentelle Reaktoren weniger nachdenken mussten.
Glücklicherweise werden diese Probleme ebenfalls gelöst, und die Optimierung der Materialqualität, die in den Reaktoren verwendet wird, wird helfen.
Kombiniert mit ständigen Verbesserungen unseres Verständnisses von Supraleitung könnte dies dazu beitragen, dass unsere Schwierigkeiten bei der Erzeugung grüner Energie in den nächsten ein bis zwei Jahrzehnten der Vergangenheit angehören.
Fusion Unternehmen
Derzeit ist kein Unternehmen, das ausschließlich darauf ausgerichtet ist, Kernfusion kommerziell rentabel zu machen, an der Börse notiert. Dazu gehören Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy und NEO Fusion.
Eine umfangreiche Liste von Start-ups im Bereich Kernfusion finden Sie auf der speziellen Dealroom‑Seite.
Dennoch ist ein börsennotiertes Unternehmen im Bereich Fusion aktiv, das sein Konzept von der Energieerzeugung zur Raumfahrtantriebs umgelenkt hat: Lockheed Martin.
Lockheed Martin Corporation
(LMT )
Eine bemerkenswerte Ausnahme von der Dominanz privat notierter Start-ups im Feld ist das börsennotierte Unternehmen Lockheed Martin Corporation, ein Riese der Verteidigungsindustrie.
Lockheed arbeitet seit den frühen 2010er‑Jahren an Compact Fusion, einem Kernfusionsreaktor, der voraussichtlich in den 2020er‑Jahren einsatzbereit sein soll. Es wurde jedoch inzwischen bekannt, dass die Arbeiten an dem Projekt 2021 eingestellt wurden.
Das Unternehmen ist seit der öffentlichen Ankündigung 2021 sehr zurückhaltend bezüglich dieses Projekts. Bis heute ist unklar, was das Unternehmen dazu veranlasst haben könnte, die Idee aufzugeben.
Gleichzeitig scheint es das Konzept nicht vollständig aufgegeben zu haben, insbesondere durch Investitionen im Jahr 2024 in Helicity, ein Start-up, das einen Fusionsmotor entwickelt.
Die Idee ist, Raumfahrzeuge mit kurzen Fusionsimpulsen anzutreiben. Helicity plant, eine Plasmapistole zu verwenden, denselben Ansatz wie General Fusion. Möglicherweise haben Lockheeds interne Ergebnisse gezeigt, dass ihr Design keine Fusion aufrechterhalten kann, die mit der Energieerzeugung kompatibel ist.
Vielleicht reichen jedoch kurze Impulse aus, um den Antriebsbedarf im Weltraum zu decken und kommen einem tatsächlichen Produkt näher? Das würde auch besser zum insgesamt luft- und raumfahrt‑ sowie verteidigungsorientierten Profil des Unternehmens passen.
Neben Fusionsprojekten ist Lockheed Martin eines der weltweit größten Luft‑ und Raumfahrt‑ und Verteidigungsunternehmen, das wir im November 2025 ausführlich in „Lockheed Martin (LMT) Spotlight: A Leader In Defense and Aerospace“ behandelt haben.
Kurz gesagt, dies ist das Unternehmen hinter Flugzeugen wie den Black‑Hawk‑Hubschraubern oder der F‑16, sowie fortschrittlicher Ausrüstung wie der F‑35, fliegenden Radarflugzeugen oder Logistikflugzeugen wie der C‑5 Galaxy und der C‑130J Super Hercules.
Quelle: Lockheed Martin
Es ist zudem Hersteller einiger der wichtigsten US-Militär‑Rakettensysteme wie JAASM, Javelin, ATACMS und HIMARS, die nach der Erschöpfung der Bestände durch den Konflikt in der Ukraine extrem stark nachgefragt werden.
Lockheed ist Hauptauftragnehmer für die Planung, Entwicklung, Prüfung und Produktion des Orion‑Raumfahrzeugs, das möglicherweise der am wenigsten umstrittene Teil des gesamten Artemis‑Programms ist.
Das Unternehmen ist in anderen Raumfahrtprogrammen aktiv, wie den GOES‑R‑Wettersatelliten, der Sammlung von Asteroidenproben durch OSIRIS‑REx, der Jupiter‑Sonde JUNO, einer tragbaren Strahlenschutzweste AstroRad,
Insgesamt ist Lockheed Martin von Schlüsselmilitärsystemen bis hin zu ebenso wichtigen Raumfahrt- und Kernfusionsprogrammen an der Spitze der amerikanischen Innovation und scheint seine Konkurrenz zu vielen großen Rüstungsunternehmen deutlich schärfer zu halten.
Neueste Nachrichten zu Lockheed Martin Corporation
Studienreferenz:
1. Shota Abe et al. (2025) “Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface”. Nuclear Materials and Energy Volume 42, März 2025, 101855.
