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Kernfusion für die Energiewende
Von Dr. Armin Azima
Dr. rer. nat. Armin Azima hielt im Rahmen des Frankfurter BüSo-Parteitages am 02.02.2020 den folgenden Vortrag.
Herzlichen Dank für die Einladung, hier zu sprechen.
Vieles von dem, was gerade eben gesagt wurde, habe ich jetzt auch auf diesen Folien mitgebracht, aber ich möchte zum Schluß auch einen optimistischen Ausblick geben, wo die Reise hingehen kann, wenn wir die Kernfusion bekommen, und wie wir sie bekommen. Deshalb habe ich meinen Vortrag „Kernfusion für die Energiewende“ genannt.
Und natürlich fange auch ich mit einer aktuellen Bestandsaufnahme an. Ich möchte aber trotzdem hier zunächst einmal LaRouches „Vier Gesetze“ aufgeführt sehen, damit wir das als Basis für die Diskussion verwenden können. Das ist 1. das Glass-Steagall-Gesetz und 2. das Nationalbank-System, und worüber ich jetzt reden werde, das sind natürlich die beiden hinteren Punkte, nämlich 3. die Erhöhung der Energieflußdichte und 4. die Kernfusion.
Abb. 1: Verteilung von Windkraftanlagen (braune Punkte) im Vergleich zu
Kernkraftwerken (rote Punkte).
Abb. 2: Strompreisentwicklung während der Energiewende
Wieso wir die Energieflußdichte erhöhen wollen, das sieht man an dieser Grafik (Abbildung 1), die ich schon einmal gezeigt habe, ich finde sie immer sehr instruktiv. Denn in dieser Grafik sieht man sehr gut, was Energieflußdichte physisch bedeutet.
Die roten Punkte, das sind die Atomkraftwerke, die wir im Jahr 2016 noch hatten, und alle braunen Punkte erzeugen zusammen soviel Energie wie diese roten Punkte. Da nimmt das Wort Energieflußdichte plastische Züge an, und es ist klar, daß dadurch die Kosten natürlich erhöht werden, denn jedes dieser braunen Pünktchen braucht letztendlich ein Kabel, braucht Kontrollierung und Regulierung, und es ist logisch, daß dann die Kosten nach oben gehen. Und seit Dezember 2019 ist dieser rote Punkt (Pfeil) verschwunden, eins weniger, und die Grünen freuen sich kollektiv!
Fakt ist, durch die Energiewende wird in Deutschland genau das Gegenteil des dritten Gesetzes erzielt und die Energieflußdichte massiv reduziert. Das ist einfach die Realität.
Ich möchte Sie auf Professor Harald Weber aufmerksam machen, der bei uns im Norden maßgeblich über die Versorgungssicherheit und die Systemstabilität im Übergang zur regenerativen elektrischen Energieversorgung berät, und der den Aufbau der ganzen Windkrafträder, die wir im Norden haben, auch mitkoordiniert und mitberät. Er ist also einer der Hauptberater von Siemens und anderen großen Unternehmen im Auftrag der Bundesregierung. Und der sagt in einem Vortrag, den man im IFO-Institut sehen kann,1 der Strompreis wird zukünftig auf 60 ct/kWh steigen, und die Versorgungssicherheit wird nur gewährleistet werden, wenn wir die Netze der Anrainerstaaten mitbenutzen – anders geht das gar nicht mehr.
Was heißt das letztendlich für die zukünftigen Stromkosten, wenn man diese Prognose, die sicherlich realistisch ist, zugrundelegt? Dann haben wir in Zukunft einen Kostenfaktor von 360 Mrd. Euro pro Jahr nur für den Strom, das entspricht einem Zehntel der Jahreswirtschaftsleistung von Deutschland. Das bedeutet, jeder von uns muß von seinem verfügbaren freien Einkommen ein Zehntel nur für die elektrische Energie bezahlen, die thermische Energie ist da noch gar nicht mit drin.
Das ist natürlich absurd. Deswegen ein Vorschlag für einen Wohlstandsindikator, nämlich, daß man in Zukunft die Jahreswirtschaftsleistung durch den Jahresstromverbrauch dividiert, und dieser Faktor sollte immer größer sein als mindestens 30.
Ist diese Prognose berechtigt? Ja. Das sieht man hier (Abbildung 2), wie die Strompreise in den letzten Jahren immer weiter nach oben gegangen sind, und das wird sich in der Zukunft weiter fortsetzen, wie wir in diesem Jahr sehen, denn die Prognose der Regierung, daß die Preise bis 2025 auf 31 ct/kWh steigen sollen, ist längst eingetreten, denn dieser Preis wird schon dieses Jahr erreicht werden.
Der Verbrauch von 600 TWh Strom ist allerdings durch den Ausstieg aus Atom und Kohle nicht mehr erzielbar, d.h., wir kommen in eine „Stromlücke“, wie das eben schon genannt wurde. Und wo soll dann der ganze Rest herkommen, wenn alle Kohle- und Atomkraftwerke abgeschaltet werden? Natürlich von noch viel mehr Windkraft- und Solaranlagen, dann haben wir aber Stromüberschüsse, die müssen gespeichert werden, und der einzige Speicher, der jetzt überhaupt möglich ist, den wir haben, das ist der H2-Speicher. Der ist allerdings nur begrenzt effizient, sodaß durch diese Speicherung die Stromkosten noch weiter steigen werden, über die 60 ct/kWh hinaus.
Deswegen sagt der Professor Weber persönlich, Deutschland wird zwangsläufig zur Atomenergie zurückkehren, automatisch. Das ist seine Prognose. Und er ist Berater der Bundesregierung. Das ist schon sehr interessant, was da so erzählt wird.
Die Lösung lautet natürlich, wir brauchen Zentralkraftwerke. Warum? Weil die Skalierbarkeit bieten, d.h., bei erhöhter Nachfrage kann ohne großen Flächenverbrauch ein neues Großkraftwerk für Millionen von Menschen gebaut werden, wir haben dadurch geringere Transportkosten für den Strom, denn letztendlich können wir die Zentralkraftwerke dorthin bauen, wo die Nachfrage ist, nämlich in die Nähe der Ballungsräume, und sie sind grundlastfähig, d.h., sie sind schwankungsfrei, sie passen sich an den Verbrauch an, und nicht der Verbraucher bitteschön an das Angebot, was letztendlich auch wirtschaftlicher Unsinn ist. In Summe würde das System mit Zentralkraftwerken wesentlich weniger kostenlastig und es wäre wesentlich stabiler.
Die Lösung: Kernfusion
Und welche Art von grundlastfähigen Zentralkraftwerken soll es denn sein? Das sind natürlich die Kernfusionskraftwerke, über die ich hier reden werde, und letztendlich deswegen, als Argument, weil sie 0,0% Restrisiko haben, und weil sie lange Strom verfügbar machen. Denn der Brennstoff ist im Prinzip nur Wasser – und in unserem Fall hier Bor, weil ich hier über ein aneutronisches Kernkraftwerk reden möchte.
Warum haben wir Kernfusionskraftwerke noch nicht? Weil sie schwierig umsetzbar sind, denn die Kernfusion funktioniert nicht von alleine, wie die Kernspaltung, sondern wir brauchen eine hohe Temperatur über möglichst lange Zeit bei genügend hohen Gasdichten. Und natürlich aufgrund der politischen Entscheidungen, die wir hier gerade eben diskutiert haben.
Nach wie vor ist die Haltung der Grünen – das bricht vielleicht langsam auf –, daß die Kernfusion eigentlich Kernenergie sei und damit eine rückständige Energie, in die man nicht investieren sollte. Das ist eine Lüge, die nach wie vor immer wieder erzählt wird, und die verwechselt Äpfel mit Birnen, ganz suggestiv. Kernspaltung hat nichts mit Kernfusion zu tun.
Der deutsche Beitrag zur letzten Refinanzierungsrunde für ITER wurde von den grün regierten Bundesländern abgelehnt. Er wurde letztendlich doch mit der Mehrheit der Regierung durchgesetzt, allerdings sind die Forschungsgelder für die Kernfusion in Deutschland stark begrenzt, mit maximal 0,15 Mrd. Euro pro Jahr, das ist soviel wie der berühmte Ferienflieger pro Jahr. Mehr ist es nicht.
Abb. 8: Experimentelle Zündung des Plasmafokus in der Vakuumkammer. Pro
Sekunde werden 200 Zündungen herbeigeführt.
Abb. 9: Aufnahme der Entstehung der trichterförmigen Plasmawolke im
Experiment.
Hier (Abbildung 3) eine Übersicht über die Kernfusion weltweit, denn Deutschland ist ja nicht allein in der Welt. Und wir sehen hier in dieser Grafik, wie es durchaus noch andere Projekte gibt, und deren Entwicklungsstand zu dem Zeitpunkt 2017. Oben sehen Sie sozusagen den Nettoenergie-Punkt, d.h., dort, wo wir dann den Break-even haben – also mehr Energie erzeugen, als wir für die Kernfusionserhaltung aufwenden –, und dieser Faktor hier, den nenne ich jetzt einfach mal, das ist der berühmte n-T-tau-Faktor, das ist der, mit dem man alle Fusionskraftwerke miteinander vergleichen kann. Denn wie gesagt, wir brauchen Dichte, Temperatur und die Einschlußzeit.
Diese Grafik kann man in zwei Teile zerteilen. Auf der linken Seite sehen Sie die öffentlich finanzierten Fusionsprojekte, da ist z.B. Wendelstein (W7X) oder da ist auch EAST in China auf der linken Seite, und auf der rechten Seite findet man die privaten Fusionsprojekte. Und das ist jetzt interessant, was hier passiert, unabhängig von den öffentlich finanzierten Projekten. In meinem letzten Vortrag habe ich über Tri Alpha geredet, und in diesem Vortrag möchte ich mich auf FF1 konzentrieren, was hier, wie man sieht, den ersten Platz unter allen privat finanzierten Fusionsprojekten beinhaltet. Denn ich glaube, daß es sich hier um ein richtig heißes Eisen handelt.
Worum handelt es sich dabei? Hinter FF1 steht die Firma LPPFusion, die den sog. Energiefokus benutzt. Energiefokus ist etwas, was in Stuttgart bereits in den 1980er Jahren getestet wurde und jetzt neu aufgegriffen wurde. Diese Firma befindet sich in New Jersey, bei New York, und was sie dort machen, ist, sie benutzen diese Anordnung (Abbildung 4) – innen ist ein Pluspol und außen ein Minuspol –, und schicken nichts anderes als einen sehr starken Stromimpuls dadurch.
Und jetzt zeige ich Ihnen mal, was dabei passiert, wenn dieser starke Strompuls durch diese Beryllium-Elektroden hindurchgeht. In der Grafik sieht man als eine blaue Wolke diesen starken Strompuls, aber in Wirklichkeit ist das ein Plasma, was da erzeugt wird. Und dieser Strompuls ist wirklich stark, es ist nämlich ein Mega-Ampere, und drum herum ist der Brennstoff.
Und was jetzt da passiert, das sieht man in dieser kleinen Grafik (Abbildung 5a). Diese Wolke aus Blitzen, diese Plasma-Filamente, die da herauskommen, das sieht in der Realität so aus wie hier unten dargestellt (Abbildung 5b): Man sieht da, wie diese Blitze von links nach rechts, von der Innenelektrode nach außen wandern, und die wandern jetzt während des Strompulses immer weiter nach oben, und das vereinigt sich dort (Abbildung 6). Und dort, in dieser Vereinigung, findet dann ein Energiefokus statt, d.h., eine Bündelung der gesamten Stromenergie in diesem einen Punkt.
Und diese Bündelung ist so stark, daß dann das hier passiert (Abbildung 7): Es entsteht ein Plasmoid, d.h. ein ganz, ganz kleiner, zusammengeschmirgelter, extrem heißer Punkt, auf Mikrometerskala, in dem dann letztendlich Kompression stattfindet und dann die Fusion zündet. Und bei der Fusion ist es so heiß in diesem Fall, daß wir aneutronisch arbeiten, d.h., daß wir ein Proton und ein Boron-Atomkern miteinander zur Fusion bringen können, bei der letztendlich nur drei Helium-Atome freiwerden. Diese Heliumatome sind ihrerseits elektrisch geladen, und das hat einen ganz charmanten Effekt, nämlich, daß diese elektrisch geladenen Endprodukte der Fusion alle in eine Richtung hier herausgeschossen kommen, und zwar mit fast Lichtgeschwindigkeit. Und da die elektrisch geladen sind, ist das letztendlich auch direkt ein Strom, ein Strom, den man eigentlich direkt, ohne Umwandlung, ins elektrische Netz einspeisen kann.
Dieser scharf gerichtete Strahl ist gewissermaßen das Bonbon an dieser Technologie, denn er ermöglicht ganz neue Anwendungsmöglichkeiten, die wir momentan mit den „normalen“ Kernfusionsreaktoren nicht hätten, weil dort die ganzen Produkte in alle Richtungen hinausgestrahlt werden.
Wie sieht dieser Reaktor in echt aus, wie kann man sich das vorstellen? (Abbildung 8) Man sieht die Reaktorkammer oben links, in dieser Zelle, und dann macht es auf einmal „Blitz!“, und dann sieht man hier, wie in dieser Vakuumkammer diese Zündung stattgefunden hat. Und das ganze findet 200 Mal pro Sekunde statt.
Wie sieht diese Zündung in Wirklichkeit aus? Hier ist eine kleine Grafik bzw. eine Bilderserie, wie das sich wirklich entwickelt in dieser Zelle (Abbildung 9). Man sieht da diesen Trichter, links und rechts, und das ist jetzt quasi echt live, man sieht, wie dieser Trichter zusammengeschnürt wird, dann ist er ganz eng zusammen, und plötzlich schießt er heraus. D.h., es ist das, was wir als Simulation gesehen haben, und es geschieht auch.2
Berechnet soll dieser Reaktor dann 1 MW bis 5 MW an elektrischer Leistung bringen, d.h., soviel wie eine Windkraftanlage, aber eben permanent, kontinuierlich. Und man kann es überall aufstellen und es ist völlig sicher und völlig harmlos und liefert die ganze Zeit Energie.
Bisher erbracht wurde allerdings nur pro Schuß ein Joule thermische Leistung. Jetzt hört sich das nach wenig an, aber man muß das in Relation sehen. Denn dieser Aufbau, den wir da sehen, ist so simpel und einfach, daß er nur einige Millionen Euro gekostet hat, im Vergleich zu diesen ganzen anderen Projekten, die Milliarden von Euro verschlungen haben. Und deshalb ist es das bisher beste Ergebnis aller privat finanzierten Projekte, bei gleichzeitig geringstem Geldeinsatz.
Im München gibt es eine Firma, die heißt Paul Hoess KG, mit der arbeite ich zusammen, und wir arbeiten zusammen mit diesen Amerikanern und beraten die, und versuchen, das ganze weiter zu optimieren. D.h., ganz physisch arbeiten wir dran.
Und wozu kann man dieses Teil noch benutzen, außer als Energiequelle? Man kann es benutzen – und das ist eben das Charmante daran, daß die Helium-Ionen hier in einer Richtung herausgestrahlt kommen – als Ionen-Antrieb für interstellares Reisen. Warum? Ein herkömmlicher Ionenantrieb hat nur 2000 W an Leistung und kann nur einen Tag Dauerschub bieten. Dieser Antrieb hat aber 2 Millionen Watt Leistung, und der Brennstoff reicht für einen Monat, weil er so energiekonzentriert ist, so energiedicht, d.h., wir können damit ein Raumfahrzeug kontinuierlich einen Monat lang beschleunigen und wieder entschleunigen. Die Geschwindigkeiten, die man damit erreicht, sind so hoch, daß dann der Versuch eines Marstrips plötzlich möglich wird.
Das mit den derzeitigen Technologien chemisch zu machen, halte ich für absurd, weil es ein halbes Jahr dauert. Man kann nicht so viel Brennstoff mitnehmen, daß man dort auf dem Mars landet und wieder aufsteigt, d.h. es ist momentan ein Himmelfahrtskommando, und das wird auch immer so bleiben, weil die chemische Energiedichte nicht ausreichend hoch ist. Das geht nur mit Hilfe von Kernenergie, und das hier wäre ein Konzept.
Das ist ein Grund, warum man das ganze, diesen Ansatz hier ernst nehmen muß. Und eines will ich auch noch sagen (auch wenn ich jetzt bitte nicht Ärger bekomme deswegen), jeder von Ihnen kann tatsächlich aktiv dabei mitmachen. Denn zufälligerweise findet gerade momentan eine Refinanzierungs-Crowdfunding-Runde statt, wo man auch Anteile kaufen kann, wenn man das möchte. Und so schließe ich mit dem Zitat: „Es gibt nichts Gutes, außer man tut es.“ [Applaus.]
Anmerkung
1. Siehe https://www.ifo.de/node/41380