TDies ist ein Moment, von dem Wissenschaftler seit weit über einem halben Jahrhundert träumen. Die US-amerikanische National Ignition Facility (NIF) hat das am längsten bestehende Ziel bei der Suche nach Kohlenstoff zerschlagen–freie Energie aus Fusion, dem nuklearen Prozess, der Sterne antreibt.
In diesem Sommer nutzten Forscher des NIF den energiereichsten Laser der Welt, um 2,05 Megajoule (MJ) Energie in eine millimetergroße Kapsel aus Wasserstoffbrennstoff zu feuern. Eine Welle nuklearer Reaktionen, die ein Vielfaches der im Kern der Sonne und Drücke erreichte, die 300 Milliarden Mal höher waren als die normalerweise auf der Erde, riss eine Welle von Kernreaktionen durch den Fusionsbrennstoff und setzte 3,15 MJ Fusionsenergie frei – 1,1 MJ mehr als zugeführt wurde – vorbei einige zehn Nanosekunden.
Nun, das ist wegen der freigesetzten absoluten Energie nicht aufregend – das war klein, gerade genug, um zwei oder drei Kessel zum Kochen zu bringen. Und es ist nicht einmal wegen neuer Physik aufregend: Fusionsexperten haben lange argumentiert, dass man nur einen Hammer einer bestimmten Größe braucht, um das Ding zum Laufen zu bringen, und NIF hat dem nachgekommen, indem es die zugeführte Laserenergie erheblich erhöht hat. (Trotzdem ist die physikalische Präzision hinter dieser Maschine erstaunlich: Ein Fehler von nur 0,1 % beim Timing der Laserenergie kann die für die Fusion erforderlichen Bedingungen um bis zu 50 % verschlechtern.)
Nein, das ist aufregend, weil es der erste wissenschaftliche Beweis dafür ist, dass Fusion mehr Energie erzeugen kann aus als gesetzt ist in, auch bekannt als „Nettoenergiegewinn“. Wenn die Zahlen stimmen, erzeugte das Experiment 54 % mehr Energie, als hineingesteckt wurde. Die Freisetzung von Energie durch Fusionsreaktionen ist im weiteren Universum nicht ungewöhnlich: Die Sonne produziert jede einzelne Sekunde 4 Milliarden Kilogramm reine Energie aus Fusionsreaktionen. Aber trotz jahrzehntelanger Hoffnungen, die auf die Kernfusion als saubere und reichlich vorhandene Energiequelle auf der Erde gesetzt wurden, hat niemand jemals gezeigt, dass sie mehr Energie freisetzen kann, als für ihre Zündung benötigt wird – ziemlich grundlegend für eine Energiequelle. Das heißt, bis jetzt.
Was soll das alles heißen? Da Großbritannien von Eis und Schnee erfasst wird, brauche ich kaum zu sagen, warum Energie eine gute Sache ist. Es macht unser Leben auf eine Million und eine Weise besser. Als Planet brauchen wir viel mehr davon. Kernspaltung und erneuerbare Energien sind absolut Teil dieser Geschichte, aber wenn die Technologie perfektioniert werden kann, bietet die Fusion für Tausende, wahrscheinlich Millionen von Jahren kohlenstofffreie Energie für jeden auf dem Planeten. Es entsteht kein langlebiger radioaktiver Abfall, und Kernschmelzen wie in Tschernobyl und Fukushima sind ausgeschlossen. Die Fusion würde die Erneuerbaren ergänzen, indem sie Grundlastenergie bei Regen oder Sonnenschein bereitstellt und dabei wenig wertvolles Land beansprucht. Der Preis ist also groß – weshalb Wissenschaftler und Ingenieure seit Jahrzehnten daran festhalten.
Dieser nukleare Durchbruch ist in vielerlei Hinsicht das, worauf jeder Fusionswissenschaftler gewartet hat. Davor konnten sie nicht einmal behaupten, das wissenschaftliche Prinzip sei eine empirische Tatsache. Das machte es schwierig, die Fusion in eine Energiequelle umzuwandeln. Jetzt können sie sagen: „Es funktioniert!“. Die Erzeugung von Sternenenergie auf der Erde ist kein Traum mehr.
Das bedeutet natürlich nicht, dass die Fusionskraft, die wir nutzen können, bereits Realität ist. Dies ist ein einzelnes Ergebnis eines einzelnen Experiments. Eine wirtschaftlich rentable Anlage müsste das 30-fache der Energie für die Energieaufnahme (30x) produzieren, anstatt das 1,54-fache, das in diesem Experiment beobachtet wurde. Selbst bei dieser Größenordnung der Energiefreisetzung wären technische und wirtschaftliche Herausforderungen zu bewältigen, z. B. das Abfeuern des Lasers 10 Mal pro Sekunde statt einmal am Tag. Gigantische Laser sind möglicherweise nicht einmal der beste Weg zu wirtschaftlicher Fusionsenergie: Es werden vielversprechende alternative Ansätze untersucht, die Magnetfelder verwenden, um den 150-mC-Brennstoff einzufangen.
Und wenn Fusionspessimisten sagen, dass NIF nicht mehr Energie produziert hat, als es brauchte aufladen die Laserbatterien, sie haben Recht – aber diese Anlage sollte immer nur die wissenschaftliche Machbarkeit demonstrieren; Keine Regierung würde einen Prototyp eines Kraftwerks finanzieren, ohne zuvor diesen Meilenstein erreicht zu haben, und es ist noch ein langer Weg zwischen diesem experimentellen Ergebnis und einem Kraftwerk.
Diese erstaunliche Errungenschaft scheint uns also der Verfügbarkeit von Fusionsenergie im Netz nicht viel näher zu bringen … zumindest nicht direkt. Indirekt, psychologisch, ähnelt der Effekt einer Trompete ins Ohr: Wir wissen jetzt, dass Fusion für Energie möglich ist. Wissen Sie, dass Fusion kann Arbeit verändert alles, einschließlich der Bereitschaft aller, von Regierungen bis zu Unternehmern, zu investieren. Mit mehr Ressourcen können höhere Energiegewinne erzielt werden, und es ist jetzt wahrscheinlich, dass ein virtuoser Entwicklungszyklus in Gang gesetzt wird.
Die Natur hat es für angebracht gehalten, die Wissenschaft der Kernfusion so zu gestalten, dass sie Energie erzeugen kann. Ob wir diese Fusionsenergie jetzt in eine Energiequelle umwandeln – nun, das liegt an uns.