Zwei britische Unternehmen zuversichtlich über den Durchbruch der Kernfusion

Zwei kleine britische Unternehmen glauben, dass sie kurz vor einem Durchbruch stehen, der Wissenschaftlern seit mehr als 60 Jahren entgangen ist — saubere, billige Energie zu liefern, indem sie die Kernfusionsreaktion nutzen, die die Sonne antreibt.

Das Scheitern der anhaltenden Versuche, die Fusionsenergie seit den 1950er Jahren zu entwickeln, hat das Unternehmen durch Behauptungen verdorben, es sei eine Dummheit. Dies hat die Investoren jedoch nicht davon abgehalten, Wissenschaftler zu unterstützen, die in zwei privaten Labors in Oxfordshire an ganz unterschiedlichen Ansätzen arbeiten: Tokamak-Energie und First Light Fusion. Beide haben sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, bis 2030 einen funktionsfähigen Reaktor zur Marktreife zu bringen, 10 Jahre früher als die nahe gelegene britische Atomenergiebehörde, die das staatlich finanzierte Fusionsprogramm betreibt.

In den 1950er Jahren baute die UKAEA den Zeta-Fusionsreaktor, der damals als britischer technologischer Triumph gefeiert wurde und grenzenlose Leistung bot, die zu billig zu messen war. Zeta wurde 1968 geschlossen, nachdem es keine nützliche Energie produziert hatte. Die jüngsten technischen Fortschritte haben die Investoren jedoch davon überzeugt, £ 50m in Tokamak Energy und weitere £ 25m in First Light Fusion zu pumpen.

Gleichzeitig arbeitet die UKAEA in ihrem Culham Science Centre an einer neuen Generation von Fusionsreaktoren, die alle auf dem „Tokamak“ -Design basieren, das in den 1950er Jahren in der Sowjetunion entstand. Dieses runde Reaktionsgefäß hält den Brennstoff – ein Plasma aus überhitztem Deuterium und Tritium — mit starken Magneten an Ort und Stelle, während es seine Temperatur über 100 ° C erhöht, so dass die Atomkerne verschmelzen und große Mengen an Energie freisetzen.

Die UKAEA arbeitet an dem Entwurf für ihren experimentellen Reaktor der nächsten Generation, bekannt als Step (Spherical Tokamak for Energy Production), für den die Regierung kurz vor den Parlamentswahlen öffentliche Investitionen in Höhe von £ 220m angekündigt hat. Boris Johnson, der Premierminister, schwärmte während des Wahlkampfs von der Technologie und schien sich persönlich dafür einzusetzen, Großbritanniens „globale Führung“ in der Fusionsforschung aufrechtzuerhalten.“Der Step-Reaktor wird ein innovativer Plan für ein kommerziell betriebenes Fusionskraftwerk sein, der die realistische Aussicht auf den Bau eines Kraftwerks bis 2040 bietet“, sagte Ian Chapman, Chief Executive der UKAEA.

Aber Oxfordshires private Fusionsunternehmen haben ehrgeizigere Pläne. Tokamak Energy, das 2009 aus der UKAEA ausgegliedert wurde und 80 Mitarbeiter im nahe gelegenen Milton beschäftigt, ist bereit, den nächsten Schritt zu tun, nachdem das Plasma in seinem SP40-Reaktor auf 15mC erhitzt wurde. „Wir sind auf Kurs für 100mC, die Temperatur, bei der die Fusion beginnen könnte, bis nächsten März“, sagte David Kingham, Executive Vice-Chairman.

Das Ziel von Tokamak Energy ist es, bis 2025 tatsächlich Fusionsenergie zu erzeugen und eine kommerzielle Anlage bereit bis 2030. „Wir verstehen, dass Regierungslabors in ihren Zeitplänen vorsichtiger sein müssen“, sagte Kingham. „Wir stellen uns vor, ein 150-MW-Gerät zu haben, das wir an Leute lizenzieren können, die gut Kraftwerke bauen können.“First Light Fusion, das 2011 aus der Universität Oxford hervorgegangen ist, ist wegweisend für einen ganz anderen Ansatz. Anstatt die Reaktanten in ein starkes Magnetfeld einzuschließen und sie zu überhitzen, sollen die extremen Bedingungen erreicht werden, die für die Einleitung der Fusion erforderlich sind, indem eine große Anzahl kleiner Kupfergeschosse gleichzeitig mit Hyperschallgeschwindigkeit in eine winzige Kapsel mit Deuterium- und Tritiumbrennstoff abgefeuert wird.“Während die Magnetfusion wie ein Ofen ist, der immer eingeschaltet ist, ist unsere Projektilfusion ein gepulster Prozess, der Energie von jedem Schuss in flüssiges Lithiumkühlmittel überträgt“, sagte Nick Hawker, CEO von First Light.

Er sagte, er erwarte, Anfang 2020 zu demonstrieren, dass das System die Fusion erreicht und auf den heiligen Gral abzielt, der als „Gewinn“ bekannt ist, wenn der Reaktor mehr Energie erzeugt, als zum Auslösen der Reaktion verwendet wird 2024. First Light arbeitet bereits mit dem Ingenieurbüro Mott MacDonald an einem kommerziellen Reaktordesign mit dem Ziel, bis Anfang der 2030er Jahre eine Fusionsanlage in Betrieb zu nehmen.

„Ich unterstütze die privaten Fusionsunternehmen sehr und die UKAEA ist entschlossen, mit ihnen zusammenzuarbeiten, um ihre Technologie weiterzuentwickeln“, sagte Chapman. „Das Versprechen der Fusion ist so groß, dass es immer einen Platz für Innovation im Design geben wird.“

In der Zwischenzeit verwaltet die UKAEA weiterhin die Beteiligung des Landes an großen internationalen Fusionsprojekten. In Culham befindet sich der Joint European Torus oder JET, der weltweit größte und leistungsstärkste Tokamak und der Schwerpunkt des Fusionsforschungsprogramms der EU.

JET ist seit 1983 in Betrieb. Ein Höhepunkt kam 1997, als es mit einem Deuterium-Tritium-Reaktionsgemisch betankt wurde und 1997 einen Weltrekord für Fusionsleistung von 16 Megawatt erreichte, obwohl dies weniger war als die Energie, die zur Erwärmung des Plasmas eingesetzt wurde.

In den letzten Jahren haben Experimente bei JET die Planung und den Bau von Iter unterstützt, einer großen Fusionsmaschine mit einem 10 Meter hohen Reaktionsgefäß (im Vergleich zu 4,3 Metern für JET), die von einem globalen Konsortium von Regierungen in Südfrankreich gebaut wird.

Angesichts von Verzögerungen und Kostenüberschreitungen — die aktuelle Schätzung liegt bei 22 Milliarden US—Dollar – soll Iter nun 2025 in Betrieb gehen. Der Zeitplan sieht vor, dass JET mindestens bis 2024 betrieben wird, einschließlich weiterer Läufe mit Deuterium-Tritium-Treibstoff, obwohl dieses Programm von den Beziehungen des Vereinigten Königreichs nach dem Brexit zur EU und Euratom abhängen wird.

Obwohl niemand genau weiß, wann und in welcher Form die kommerzielle Fusionsenergie ankommen wird, äußerte Chapman sein volles Vertrauen in ihre eventuelle Ankunft. „Wir werden Fusion haben“, sagte er, „und Oxfordshire wird eng daran beteiligt sein, dies zu erreichen.”