Vorlesung über Energiegewinnung und Kernfusion

Einleitung

• Energie als zentrale Währung im Universum
• Nutzung von fossilen Brennstoffen, Atomkraft und Solarenergie
• Nachteile dieser Methoden:
  • Fossile Brennstoffe: hochgiftig
  • Atomkraft: atomarer Abfall
  • Solarenergie: unzureichende Speichermöglichkeiten

Die Sonne als Energiequelle

• Sonne erzeugt Energie durch Kernfusion
• Kernfusion:
  • Thermonuklearer Prozess bei extrem hohen Temperaturen
  • Atome verlieren Elektronen und bilden Plasma
  • Positive Atomkerne stoßen sich ab und müssen sehr schnell (heiß) sein
  • Temperaturen von Millionen Grad Celsius notwendig
• Sterne erreichen solche Temperaturen durch ihre große Masse und den daraus resultierenden hohen Druck im Kern

Fusionsreaktoren

• Ziel: Energie der Kernfusion für neue Kraftwerke nutzen
• Zwei Hauptmethoden, Plasma auf Fusionsniveau zu erhitzen:
  1. Magnetischer Einschluss
     • Plasma wird in einer donutförmigen Kammer mittels Magnetfeldern gehalten
     • Beispiel: ITER-Reaktor in Frankreich
     • Verwendung von supraleitenden Elektromagneten, die mit flüssigem Helium gekühlt werden
  2. Trägheitsmoment
     • Stoffpellet wird erhitzt, bis es implodiert und fusioniert
     • Verwendung starker Laser (z.B. National Ignition Facility in den USA)

Herausforderungen und Potenziale

• Aktuelle Experimente stecken mehr Energie hinein, als sie zurückgewinnen
• Kommerzielle Nutzung möglicherweise weit entfernt
• Potenzial für nahezu unbegrenzte Energie:
  • Ein Glas Meerwasser könnte so viel Energie liefern wie ein Fass Öl
  • Geringe Abfallproduktion
• Brennstoffe für Fusionsreaktoren:
  • Wasserstoff (Deuterium und Tritium)
    • Deuterium: stabil und reichlich vorhanden
    • Tritium: radioaktiv und selten
  • Alternative: Helium-3
    • Sehr selten auf der Erde
    • Vorkommen auf dem Mond möglich

Sicherheit und Risiken

• Fusionsreaktoren sicherer als traditionelle Atomkraftwerke
• Scheitern des Einschlusses lässt Plasma einfach abkühlen
• Mögliche Umweltgefahren durch Tritium, aber nur in geringen Mengen vorhanden

Wirtschaftliche Aspekte

• Hohe Kosten und unbewiesene Technologie
• Kommerzielle Wirtschaftlichkeit unklar
• Diskussion über Investitionen in bewährte saubere Energien vs. Potenzial von Fusionsenergie

Fazit

• Potenzial für unendliche, saubere Energie
• Hohe Risiken und Kosten
• Abwägung zwischen den Chancen der Fusionsenergie und den Investitionen in bereits bewährte Technologien