Entwicklungsfähige Energiequellen

Kernfusion und Solartechnik mit großem Potenzial

Neben der Nutzung von Solarenergie könnten 2057 Kernfusionsreaktoren zum Einsatz kommen. Doktor Frank Jenko beschäftigt sich mit Plasma in Fusionsreaktoren. Physiker wie er verknüpfen mit der Kernfusion große Hoffnungen für die Lösung der Energieprobleme der Zukunft, und möglicherweise zahlen sich die Milliarden teuren Forschungen in fünfzig Jahren aus.

Feld mit Solarzellen
Feld mit Solarzellen Quelle: ,dpa

Dr. Jenko und mit ihm Tausende ebenfalls an der Fusionsforschung beteiligte Wissenschaftler wollen die Kraft aus dem Inneren der Sterne hier unten auf der Erde entfesseln. Sterne wie unsere Sonne produzieren unglaubliche Mengen von Licht und Hitze, weil in ihrem Inneren Wasserstoffatome miteinander verschmelzen. Dabei entsteht Helium sowie unglaublich viel Energie.

Nebel aus Atomen

Fusionsenergie wird auf der Erde schon seit den fünfziger Jahren genutzt - allerdings nicht gerade zu friedlichen Zwecken. Die Wasserstoffbombe entfaltet ihre vernichtenden Kräfte durch die Fusion von Wasserstoffatomen. Ein derartig explosives Sonnenfeuer liegt natürlich nicht in Frank Jenkos Interesse. Er befasst sich mit den Turbulenzen im glühenden Wasserstoffdampf, dem Plasma. Denn diese Turbulenzen sind mit dafür verantwortlich, dass das Fusionsfeuer bislang noch nicht dauerhaft entfacht werden konnte.

Die Schwierigkeiten, Atomkerne miteinander zu verschmelzen, sind enorm. Schließlich halten die Elementarteilchen, aus denen Atome bestehen, extrem fest zusammen. Zuerst einmal benötigt man unglaublich viel Hitze, hundert Millionen Grad. Um diese Temperatur zu halten, kann man zum Schmelzen der Atomkerne kein festes Gefäß verwenden - das heiße Plasma würde zu schnell abkühlen. Also erzeugt man ein ringförmiges, wie eine Kordel verzwirbeltes Magnetfeld. Das umschließt einen sehr dünnen Nebel aus Atomen schweren Wasserstoffs. Diesen Nebel heizt man auf, der Wasserstoffdampf verwandelt sich in glühendes Plasma. Nun müssen Wasserstoffatome so miteinander kollidieren, dass die festen Bindungen zwischen den Elementarteilchen reißen - Energie wird frei, jede Menge Energie.

Wie nasse Streichhölzer

Ein funktionierender Fusionsreaktor könnte aus drei Flaschen Wasser und den Mineralien zweier Steine so viel Energie produzieren, dass damit der Energiebedarf einer vierköpfigen Familie für ein Jahr gedeckt wäre. "Leider sind wir noch weit davon entfernt", bedauert Doktor Jenko. "Ich vergleiche das einmal mit dem Versuch, nasse Streichhölzer zum Brennen zu bringen. Das Plasma glimmt, wie das feuchte Streichholz, kurz auf und verlöscht. Wir wollen aber dahin kommen, dass die Flamme weiterbrennt."

Zurzeit muss noch viel mehr Energie in die Fusion hineingesteckt werden als herauskommt. Vielleicht ändert sich dies mit dem neuen Forschungsreaktor namens ITER, der demnächst in Frankreich gebaut wird. Ein gewaltiges Vorhaben, zehn Milliarden Euro teuer, an dem die Europäische Union, China, Russland, Japan, USA, Indien und Südkorea zusammenarbeiten. Möglicherweise gelingt es im ITERReaktor zum ersten Mal, mit Kernfusion mehr Energie zu gewinnen, als man investieren muss. - "Vielleicht ist es in fünfzig Jahren so weit", sagt Jenko. "Aber versprechen kann ich das nicht."

Bisher nur magere Ausbeute

Nahaufnahme der Sonne
Nahaufnahme der Sonne


"Wenn wir es tatsächlich schaffen, die Energie der Sonne effizient zu nutzen, wären all unsere Energieprobleme gelöst", sagt auch Professor Daniel von Maekelbergh von der Universität Utrecht, allerdings spricht er von etwas ganz anderem als Doktor Jenko. Die Sonne schickt jeden Tag fünfzehntausendmal mehr Energie auf die Erde, als wir benötigen. Ein winziger Teil davon wird heute bereits mit Solarzellen aufgefangen. Das Silizium darin kann das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln. Die Ausbeute ist allerdings verblüffend mager: Gerade einmal 18 Prozent des Lichts kann die Solarzelle nutzen. Der Grund: Silizium ist nur für einen Bruchteil des Lichtspektrums empfänglich. Der Infrarotbereich, das gesamte sichtbare Licht, die Ultraviolettstrahlung - all das bleibt ungenutzt.

Lediglich ein kleiner Frequenzbereich in der Nähe des Infrarotsprektrums dient zur Zeit der Energiegewinnung. Und mit Silizium wird sich niemals ein größerer Wirkungsgrad erreichen lassen. Von Maekelbergh arbeitet daher mit neuen, höchst exotischen Materialien: mit Quantenpunkten. Das sind winzigste Kristalle, die nur aus einer Handvoll Atomen bestehen. Sie verhalten sich auch wie Atome, ihre elektronischen und optischen Eigenschaften lassen sich jedoch beliebig verändern, "maßschneidern" sogar. Je nach Größe leuchten Quantenpunkte in unterschiedlichen Farben - oder umgekehrt formuliert: Je nach Größe schlucken sie unterschiedliche Anteile des Lichts.

Schöner Leben mit Solarenergie

Quantenpunkte
Quantenpunkte


Für die Solartechnik könnte dies eine Revolution bedeuten: Es müsste nur gelingen, die unterschiedlichen Nanokristalle in eine Solarzelle zu bringen, die Energieausbeute würde sich vervielfachen - theoretischen Berechnungen zufolge auf sensationelle 86 Prozent. Überall auf der Welt tüfteln Wissenschaftler an der nächsten Generation Solarzellen. Denn die Solarenergie hat das Potenzial, unsere Welt nachhaltig zu verändern. Eine Welt ohne Erdöl, Kohle und Kernenergie wäre mit Sicherheit ein schönerer Ort zum Leben.

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