Die Suche nach der Lösung fürs Energieproblem

Physiker aus der EU, Japan, Russland, China, Südkorea, Indien und USA basteln an einem Kraftwerkskonzept. Es verbindet Fusion mit Kernspaltung. Vielleicht könnte dabei sogar Atomabfall als Energiequelle genutzt werden.

Inzwischen überlegen sich Physiker Alternativen: Seit Jahren wird der Fusionsreaktor ITER zusammengebaut.

Inzwischen überlegen sich Physiker Alternativen: Seit Jahren wird der Fusionsreaktor ITER zusammengebaut. Bild: Keystone

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Die Kernfusion gilt als möglicher Energieträger für die Zukunft. Sie erzeugt keine Treibhausgase, und ihre Brennstoffe sind praktisch unbegrenzt vorhanden: Wasserstoff und Lithium. Das Problem: Die Fusionsforschung kommt nicht so recht voran, wie der schleppend verlaufende Bau des internationalen Versuchsreaktors ITER in Frankreich zeigt. Deshalb wird in Fachkreisen jetzt eine andere Idee immer ernsthafter diskutiert: der Hybridreaktor. Er soll die Kernfusion mit einem Spaltreaktor, quasi einem konventionellen Kernkraftwerk, kombinieren.

Stossen kein Kohlendioxid aus

Kernkraftwerke laufen zuverlässig und stossen kein Kohlendioxid aus. Das jedenfalls sagt Julian Hunt vom University College London – um sofort hinzuzufügen, dass Atommeiler auch ihre Schattenseiten haben. «Es gab Unfälle wie in Tschernobyl, bei denen wurde Radioaktivität freigesetzt», so Hunt. «Ausserdem erzeugen Kernkraftwerke langlebigen Atommüll.»

Diese Nachteile hat ein anderes Konzept nach Meinung vieler Experten nicht: die Kernfusion. Bei ihr wird nicht Uran gespalten, sondern wie im Inneren der Sonne Wasserstoff zu Helium verschmolzen. Ein hocheffizienter Prozess, der helfen könnte, den Energiehunger der Menschheit in Zukunft zu stillen. Allerdings ist es den Physikern bislang noch nicht gelungen, einen funktionstüchtigen Fusionsreaktor zu entwickeln. Denn damit Wasserstoffkerne zu Helium verschmelzen können, muss man sie in einen Magnetkäfig sperren und bis auf 100 Millionen Grad erhitzen – alles andere als ein Kinderspiel.

Europäische Projekte

Nun gab es in den letzten Jahrzehnten aber durchaus Fortschritte. So konnte Anfang der Neunzigerjahre beispielsweise der europäische Versuchsreaktor JET erstmals einen Fusionsfunken kontrolliert anfachen. Aber seitdem geht die Entwicklung eher langsam voran. Bereits vor fünf Jahren haben die führenden Industrienationen beschlossen, in Frankreich den mit Abstand grössten Experimentalreaktor aller Zeiten zu bauen. Er soll erstmals einen sich selbst erhaltenden Fusionsprozess zünden und damit den Beweis liefern, dass sich mit der künstlichen Kernverschmelzung tatsächlich Energie erzeugen lässt.

Doch das Projekt namens ITER stockt. Aufgrund technischer Schwierigkeiten und organisatorischer Missstände drohen sich die Kosten von ursprünglich sieben Milliarden Franken nahezu zu verdreifachen – mit der Konsequenz, dass sich der Start von ITER immer weiter verschiebt. Nach derzeitiger Planung dürfte es bis 2026 dauern, bis in ITER das erste Fusionsfeuer zündet. «Es könnten also noch 50 Jahre verstreichen, bis man dann tatsächlich einen Fusionsreaktor bauen kann, und selbst dann ist noch nicht klar, ob sich so ein Reaktor wirtschaftlich überhaupt lohnt», sagt Hunt. Für die nächsten Jahrzehnte sehe er keine praktikable Lösung.

Der dritte Weg

Deshalb plädiert Hunt für einen anderen, einen dritten Weg: den Hybridreaktor. Er soll die Fusion mit der Spalttechnologie kombinieren. Das Prinzip: Im Zentrum steht zwar auch ein Fusionsreaktor. Er hat aber nicht die Aufgabe, Energie zu erzeugen, sondern soll lediglich Unmengen von Neutronen produzieren. Diese Neutronen prallen dann auf nukleares Spaltmaterial, das in der Wand des Fusionsreaktors eingebaut sein könnte. Die schnellen Fusionsneutronen spalten den nuklearen Brennstoff. Erst dabei würde jene Energie frei, die letztlich Strom liefert. Die Anlage würde also aus einem vergleichsweise kleinen und einfachen Fusionsreaktor bestehen, kombiniert mit einem Spaltreaktor. Die Neutronen, die bei der Fusion entstehen, hätten dabei einzig den Zweck, die nuklearen Brennelemente zur Kernspaltung zu bewegen – die Kernfusion als «Anzünder» der Kernspaltung.

Gegenüber einem reinen Fusionsreaktor verspricht das Konzept gleich mehrere Vorteile: Der Fusionsteil eines Hybridreaktors könnte technisch gesehen viel simpler aufgebaut sein, denn er käme mit deutlich niedrigeren Temperaturen und Drücken aus. «Ausserdem wäre die Kernspaltung in einem Hybridreaktor viel sauberer als bei den heutigen Kernkraftwerken», betont Hunt. «Es würde nämlich kein langlebiger Atommüll entstehen, den man über zigtausend Jahre in Endlagern vergraben müsste. Der Müll aus einem Hybridkraftwerk würde vielleicht nur 100 Jahre lang strahlen.» Der Grund: Die schnellen Neutronen aus der Kernfusion haben die Eigenschaft, die langlebigen Bestandteile des Atommülls in harmlosere Substanzen aufzuspalten und dadurch zu entschärfen. Fachleute sprechen von «Transmutation».

Sogar Atommüll nutzen

Ausserdem könnte ein Hybridreaktor auch minderwertigen Kernbrennstoff nutzen, etwa das Element Thorium. Davon gibt es fünfmal mehr auf der Erde als Uran, entsprechend länger würden die Vorräte reichen. Im Prinzip könnte der Reaktor sogar bestehenden Atommüll dazu nutzen, um daraus Energie zu gewinnen, und ihn damit entschärfen. Und schliesslich liesse sich ein Hybridreaktor «unterkritisch» betreiben – ein Modus, bei dem ein GAU ausgeschlossen scheint.

Doch es gibt auch Fachleute, die das Konzept weniger euphorisch beurteilen. «Bislang gibt es nur ein paar oberflächliche, kurz mal hingeworfene Studien», sagt Karl Lackner, Fusionsforscher am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik bei München. «Erst detaillierte Rechnungen werden zeigen können, ob die Vorteile eines Hybridreaktors tatsächlich so gross sind wie behauptet.» So bezweifeln manche Experten, dass ein Hybridreaktor tatsächlich nur kurzlebigen Atommüll erzeugt oder sogar den nuklearen Abfall der heutigen Kernkraftwerke effektiv beseitigen kann.

Eine weitere Schwierigkeit: «Das Konzept übernimmt die Komplexität zweier Systeme», sagt Lackner. Will heissen: Beim Hybridreaktor sollen zwei Technologien miteinander verheiratet werden, die bereits jede für sich kostspielig ist. Damit könnte das Hybridkonzept am Ende zu teuer für einen wirtschaftlichen Betrieb werden. Dennoch: Russland, Südkorea und China zeigen verstärkt Interesse am Hybridreaktor. Offenbar befürchten sie, dass sich die Fusionsforschung immer weiter hinzieht, etwa der Bau von ITER in Frankreich.

China arbeitet an Hybridreaktor

Am ernsthaftesten scheint China interessiert. Das Land mit dem ungeheuren Stromappetit setzt massiv auf die Kernkraft, befürchtet allerdings, dass das Uran in absehbarer Zeit knapp werden könnte. Deshalb arbeiten chinesische Forscher bereits an Plänen für einen Hybridreaktor, der neben Uran das häufigere Thorium verfeuern könnte. Womöglich könnte ein Hybrid Made in China bereits 20 Jahre früher einsatzbereit sein als ein reiner Fusionsreaktor, meint Julian Hunt. «Ich habe grosses Vertrauen in die wissenschaftlichen und technischen Fähigkeiten der Chinesen. Da scheint es mir realistisch, dass um das Jahr 2030 ein kraftwerksähnlicher Prototyp steht.»

Die europäischen Physiker hingegen konzentrieren sich vorerst weiter auf den reinen Fusionsreaktor und das ITER-Projekt. Das Hybridkonzept scheint für sie eher als «Plan B» interessant – als eine Art Notlösung, falls ITER seine Ziele nicht erreicht, also ein reiner Fusionsreaktor nicht machbar oder unwirtschaftlich ist. (Tages-Anzeiger)

Erstellt: 14.06.2010, 20:50 Uhr

Spaltung und Fusion kombiniert: der Hybridreaktor. (TA-Grafik mt/Quelle: University of Texas)

Und so funktionierts

Herzstück des Hybridkraftwerks ist ein relativ kleiner Fusionsreaktor. Er erzeugt eine Vielzahl schneller Neutronen, die auf den Kernbrennstoff wie z.B. Uran in den Aussen-wänden der Anlage treffen. Die Neutronenflut löst die Kernspaltung aus, wodurch Energie entsteht. Diese Energie kann dann durch einen Kühlkreislauf und eine Turbine in Strom umgewandelt werden.

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