Verschmelzung!

Ein kürzlicher Durchbruch in einem experimentellen Fusionsreaktor hat eine Schockwelle von Nachrichten ausgelöst, die durch die Mainstream-Medien schwappte. Schriftsteller aller Couleur schwärmten davon, dass dies ein großer Schritt nach vorne sei und uns einer „sauberen, sicheren, fast unbegrenzten“ Energiequelle näher bringe. Die Realität ist jedoch etwas nuancierter.

Wie immer wird das, was nicht nachhaltig ist, nicht aufrechterhalten. Die Physik, Teil des Regelwerks der Natur, arbeitet nach einfachen Prinzipien wie diesem. Es ist nicht kompliziert: Das System muss mehr (viel mehr) Energie produzieren, als es zu seiner Erhaltung benötigt, um als Energiequelle nützlich zu sein. Es muss überschüssige Energie produzieren – kein Wunder, dass sich die Fusionsforscher dies zu ihrem vorrangigen Ziel gemacht haben. Der US-amerikanischen National Ignition Facility (NIF) ist mit dem hervorragenden Ergebnis Berichten zufolge genau das gelungen:

Die Einrichtung verwendete ihren Satz von 192 Lasern, um 2,05 Megajoule Energie auf einen erbsengroßen Goldzylinder zu liefern, der ein gefrorenes Pellet der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium enthielt. Der Energieimpuls des Lasers ließ die Kapsel kollabieren und erreichte Temperaturen, die nur in Sternen und thermonuklearen Waffen zu sehen sind, und die Wasserstoffisotope verschmolzen zu Helium, wodurch zusätzliche Energie freigesetzt und eine Kaskade von Fusionsreaktionen erzeugt wurde. Die Analyse des Labors legt nahe, dass die Reaktion etwa 3,15 MJ Energie freisetzte – etwa 54 % mehr als in die Reaktion geflossen ist und mehr als das Doppelte des vorherigen Rekords von 1,3 MJ.

Übersetzt in die menschliche Sprache: Ein Haufen Leute setzte rohe Gewalt ein, um eine Miniatur-Wasserstoffbombe in einer Testkammer zu zünden (ohne eine Atombombe als Zündschnur zu verwenden). Eine ziemliche Leistung! Hat es überschüssige Energie produziert? Verdammt, das tat es. Genau wie bei diesem ominösen Experiment vor siebzig Jahren. Als Referenz fragen Sie die Bewohner des Enewetak-Atolls, wie viel Überschussenergie dieser Art Korallen in die Atmosphäre schleudern kann.

Ist das eine nachhaltige Energiequelle? Können Experimente, die am NIF durchgeführt werden, einen kontinuierlichen Energiefluss anstelle eines Miniaturknalls erzeugen? Natürlich nicht. Sie waren nie dazu bestimmt. Wenn Sie den Artikel sorgfältig lesen, werden Sie vielleicht entdecken, was der wahre Zweck des Experiments war:

Aber die Ergebnisse sind am NIF von besonderer Bedeutung: Die Anlage wurde entwickelt, um Kernwaffenwissenschaftlern dabei zu helfen , die intensive Hitze und den Druck im Inneren von Explosionen zu untersuchen, und das ist nur möglich, wenn das Labor hocheffiziente Fusionsreaktionen erzeugt. […] Die große Frage ist nun, was das Energieministerium als nächstes tun wird: die Waffenforschung am NIF verdoppeln oder sich auf ein Laserprogramm konzentrieren, das auf die Fusionsenergieforschung ausgerichtet ist.

Ich weiß nicht, wie es Ihnen geht, lieber Leser, aber das Wort „Pivot“ deutet für mich darauf hin, dass dieses ganze Experiment zu 100 % militärische Forschung war, neu verpackt als Durchbruch in der Fusionsenergie … Mit anderen Worten: Anstatt eine nachhaltige Energie zu finden Quelle NIF hat einen neuen Weg gefunden, eine H-Bombe zu zünden.

Um eine anhaltende Fusionsreaktion zu erreichen, bräuchten Sie ein Gefäß, das Plasma mit einer Temperatur von bis zu 150 Millionen Grad enthalten kann. Und hier beginnt das Kopfkratzen. In der nicht so beworbenen Welt der technischen Realität ist ein Fusionsreaktor ein turbogeladenes Energieschwein auf Steroiden. Um zu verhindern, dass das mehrere Millionen Grad heiße Plasma durch seine Hülle brennt, muss der Reaktor ein elektromagnetisches Feld erzeugen, das stark genug ist, um die extrem heißen Partikel in der Mitte des Reaktors von seinen Wänden fernzuhalten.

ITER , der größte und vielversprechendste Fusionsreaktor der Welt, wird dieses Kunststück ebenfalls durch supraleitende Magnete erreichen, die eine konstante Kühlung auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erfordern. Allein die Erzeugung dieses Magnetfeldes schießt die Stromrechnung durch die Decke, ganz zu schweigen von der Vielzahl anderer Geräte, die zusammen den Stromverbrauch einer mittelgroßen Stadt ausmachen:

Der Strombedarf für die ITER-Anlage und -Einrichtungen reicht von 110 MW bis zu 620 MW für Spitzenzeiten von 30 Sekunden während des Plasmabetriebs.

Das ist nicht Omas Wasserkocher: Wir sprechen von durchschnittlich 365 MW Stromverbrauch für ein 30-Sekunden-Feuerwerk. Davon werden jedoch nur 50 MW zum Zünden des Plasmas verwendet, der Rest wird von Kühlwasser und kryogenen Systemen absorbiert. Laut der Website des Projekts wird dieser nicht ganz unerhebliche Teil des Verbrauchs jedoch bei der Zielerreichung komplett weggelassen:

ITER ist darauf ausgelegt, in seinem Plasma eine zehnfache Leistungsrendite (Q=10) oder 500 MW Fusionsleistung aus 50 MW Eingangsheizleistung zu erzielen .

Wenn Sie Erfolg definieren, wie es die Designer von ITER taten, und sich auf die 50-MW-Heizleistung der Testkammer konzentrierten (ohne den Bruttoverbrauch ALLER Geräte, die die Kammer lebenserhalten), dann ja, Sie könnten es wahrscheinlich einen Tag nennen und sich die schnappen Geld. Ehrlich gerechnet wird der ITER jedoch bestenfalls nur eine Rendite von 1,37:1 auf die investierte Energie erzielen – knapp über der Gewinnschwelle. Dabei ist noch nicht einmal die Energie berücksichtigt, die zum Bau einer ähnlichen Struktur benötigt wird.

Das Problem ist, dass die Physik nicht im Geringsten daran interessiert ist, was wir messen: Entweder ist das ganze System nachhaltig oder gar nichts.

Wenn wir es wirklich ernst meinen mit der Rettung dieser Zivilisation, anstatt uns so zu verhalten, wie wir es alle Zeit der Welt getan haben, während wir fröhlich Grands von Regierungen und Aufträge von der Rüstungsindustrie einsammeln, dann würden wir Brutto -Input-Output-Berechnungen anstellen. Dann würden wir erkennen, dass ein Eins-zu-Zehn-Tor von Heat in vs. Heat out hier definitiv nicht ausreichen wird. Unter Verwendung der von aktuellen Experimenten bereitgestellten Metrik müssten wir auf ein Nettoziel von 500:1 (oder 70:1 brutto) abzielen, um zu beweisen, dass wir zumindest die aktuelle Kernreaktorleistung erreichen können . Wenn das unmöglich klingt, dann ist es das vielleicht – aber dann sollten wir auch nicht unsere Zeit damit verschwenden.

Fügen Sie die Tatsachen hinzu, dass a) wir keine Ahnung haben, ob wir die Fusion eine Stunde lang aufrechterhalten können, geschweige denn einen Tag, ohne die Ausrüstung vollständig zu ruinieren (wahrscheinlich nicht), und b) ITER keinen Strom produzieren wird (das wird jemand sein das Problem von else (1)), und Sie sehen, dass dieses Experiment wirklich eine Brücke ins Nirgendwo ist.

Hier trifft mich wirklich die Unfähigkeit der Menschheit, die Endlichkeit unserer Zivilisation zu begreifen. Die Tage der Hightech sind gezählt. Bei den derzeitigen Verbrauchsraten müssten wir in den nächsten zwanzig bis dreißig Jahren so viele Mineralien abbauen wie in den vergangenen zehn Jahrtausenden – das ist die Natur des exponentiellen Wachstums.

Das Problem ist, dass wir nicht mehr so ​​viele Ressourcen haben, aber wir werden es trotzdem versuchen. Heutige Engpässe sind nichts im Vergleich zu dem, was wir in zehn, fünfzehn Jahren erleben werden … Sehen Sie nur zu. ITER wird dann noch initialisiert (geplanter Start 2035). Das Starten wird unser geringstes Problem sein…. Ungeachtet anderer Probleme nehmen wir zum Beispiel Tritium, ein extrem seltenes Wasserstoffisotop:

Heute wird Tritium von 19 kanadischen CANDU-Spaltreaktoren erzeugt, von denen die Hälfte abgeschaltet werden soll. […] Das bedeutet, dass der Tritiumvorrat von etwa 25 Kilogramm bis 2030 seinen Höhepunkt erreichen und mit dem Verkauf und Verfall stetig abnehmen wird.

Und warum ist das wichtig? Sicher, die Fusion könnte auf viel häufigeren Isotopen laufen, wenn sie einmal hochgefahren sind und mitsummen ... Um sie anzuzünden, benötigen Sie jedoch immer eine kleine Menge dieses wirklich seltenen Zeugs.

Forscher erkannten vor mehr als 20 Jahren, dass das „Tritiumfenster“ der Fusion schließlich zuschlagen würde, und seitdem ist es nur noch schlimmer geworden. ITER wird DT frühestens 2035 verbrennen, wenn der Tritiumvorrat zusammengeschrumpft sein wird. Wenn ITER in den 2050er Jahren seine Arbeit beendet – wenn es keine weiteren Verzögerungen gibt – werden nur noch 5 Kilogramm oder weniger Tritium übrig bleiben.

Lesen Sie den gesamten Artikel zu diesem Thema hier – ich fand ihn äußerst aufschlussreich und gut bezogen. Die Fusion ist in gewissem Sinne ein Nebenprodukt des einmaligen Versuchs der Menschheit, eine nuklearbetriebene Zivilisation aufzubauen … Alles basiert auf nicht erneuerbaren Metallen, fossilen Brennstoffen und Sand – Materialien, die uns im Laufe der Zeit ausgehen werden kommenden Jahrzehnte.

Während wir weiterhin von unendlicher Energie träumen, sei es durch Sonnenkollektoren eingefangen oder hier auf der Erde durch Fusion erzeugt, vergessen wir absichtlich die Menge an nicht erneuerbaren Materialien, die in diese komplizierten Technologien eingebaut – und schließlich verbraucht – werden müssen.

Als Paradebeispiel werfen Sie einen Blick auf die sechs poloidalen Feldspulen (die das starke Magnetfeld erzeugen – ich habe ihren Namen übrigens geliebt), die aus Niob-Titan-Drähten bestehen. Diese sind nicht etwas, das Sie in Home Depot kaufen:

Mit einem Durchmesser von 17 bis 24 Metern und einem Gewicht von 200 bis 400 Tonnen sind die Coils PF2, PF3, PF4 und PF5 einfach zu groß, um extern hergestellt und zu ITER transportiert zu werden.

Die Leute bei ITER machen absolut kein Geheimnis daraus, dass ihr Projekt ein völlig unskalierbares Einhorn ist. Versuchen Sie sich einfach die gesamte Lieferkette hinter dem Betrieb vorzustellen, beginnend mit den Seltenerdminen in China: Abbau einer begrenzten Niobreserve durch Muldenkipper und Bagger, die im Minutentakt Gallonen Diesel verbrennen, und Raffinerien, die einen giftigen und hochradioaktiven Schwanz hinterlassen. Teich dahinter. Stellen Sie sich dann die Menge an Kohle und Erdgas vor, die in den Hütten verbrannt wird, um diese exotischen Metalle zu schmelzen und diese spezielle Legierung herzustellen… Die Menge an Diesel, die (wieder) in Schiffen und Lastwagen verbrannt wird, die Hunderte Tonnen davon vor Ort transportieren, der verbrauchte Strom der Herstellungs-, Montageprozess und so weiter … Jetzt bekommen Sie allmählich ein Gefühl dafür, welche Art von Energie und endlichen Materialinputs ich spreche, die benötigt werden, um einen Fusionsreaktor zu bauen, zu warten und zu betreiben. Aufs Neue,

Warum sollten wir überhaupt den Bau eines praktisch unbegrenzten Fusionskraftwerks auf der Erde anstreben, wenn genau das, die Nutzung von unbegrenzter Energie (in Form fossiler Brennstoffe), zum 6. Massensterben geführt hat, das wir derzeit erleben? Wen wollen wir damit beeindrucken?

Unsere Nachkommen, die eine halbtote Biosphäre erben, die mit radioaktivem Abfall, ewigen Chemikalien, verbrauchten Batterien und überschwemmten Metropolen zwischen leeren Wüsten übersät ist, werden sicherlich nicht im Geringsten amüsiert sein. Mit jedem Anstieg des Energieverbrauchs – wie wir gesehen haben – geht eine Zunahme ökozider Aktivitäten einher, vom Bergbau über die Herstellung, die Entwaldung bis zur Wüstenbildung und schließlich zur Verschwendung – und wenn Sie glauben, dass es diesmal anders sein wird … Nun, dann habe ich eine Brücke, um Sie zu verkaufen. Unternehmen, die mit einer solch „sauberen und reichlich vorhandenen“ Energiequelle ausgestattet sind, würden auf der Suche nach Ressourcen und letztendlich nach Gewinn innerhalb von Jahrzehnten sicherlich das Wenige zerstören, das vom Planeten Erde übrig ist.

Leute, das ist Unsinn. Wir stehen nachweislich am Abgrund des langen Rückgangs der Öl- und Gasförderung auf einem überhitzten Planeten mit einem langsam sterbenden Ökosystem. Und unsere beste Hoffnung ist, dass wir es schaffen, diese wahrhaft selbstmörderische Rate der Ressourcenextraktion noch viele Jahrzehnte aufrechtzuerhalten, bis unsere beste und klügste Fusion herauskommt? Wirklich? Nur um zu erkennen, dass uns bis dahin der Zündbrennstoff ausgegangen sein wird und unser großartiges Einhorn nichts weiter als ein milliardenschwerer Haufen radioaktiven (2) Schrotts sein wird, der sich nicht selbst antreiben kann, geschweige denn die Produktion neuer Reaktoren seiner Art? Hat jemand ernsthaft darüber nachgedacht? Wer bei gesundem Verstand hat das Budget für all das genehmigt?!

Ernsthaft, da wir die schlimme Lage kennen, in der wir uns befinden, sollten wir damit beschäftigt sein, zu lernen und neu zu lernen, wie man Nahrung, Kleidung und Wohnungen auf einem Planeten produziert, der in ein radikal anderes Klima übergeht. Wir brauchen dringend einen Plan, wie wir den Einsatz von Technologie reduzieren können, parallel zum natürlichen Rückgang der Ressourcen- und Energieverfügbarkeit. Wir sollten einen Blick darauf werfen, wie die Menschen vor unserer Zeit gelebt haben, und sehen, welche Technologien und wissenschaftlichen Erkenntnisse in einer stark erschöpften Welt sowohl in Bezug auf Bodenschätze/Energie als auch auf das Leben selbst nützlich gemacht werden können.

Fossile Brennstoffe und Mineralien werden uns aufgrund der Erschöpfung früher verlassen, als wir sie verlassen könnten. Infolgedessen wird die industrielle Zivilisation im Laufe der nächsten hundert Jahre verblassen, egal was wir tun. Vorausgesetzt jedoch, dass wir uns nicht in Vergessenheit geraten lassen, während sich die Geschichte entfaltet, könnten wir dabei etwas lernen … Der Niedergang von Hightech wird auch der Natur eine Chance geben, sich zu erholen, und uns, weiser zu werden, und vieles mehr , nachhaltig. Fusion wird trotz dieses großen „Erfolgs“ für immer ein Zukunftsmusik bleiben. Es wird immer 25 Jahre dauern, so wie es vor einem halben Jahrhundert war … bis die Leute es endlich vergessen. Einige hundert Jahre in der Zukunft werden die Menschen nicht einmal ihren Kindern erklären können, was es tun sollte.

Für das Hier und Jetzt ist Fusion jedoch eine Verschwendung von Zeit, Geld und Ressourcen in gigantischem Ausmaß. Es lenkt ab und hindert uns daran, die vielen anderen Dinge zu tun, die in unserer Situation tatsächlich Sinn machen und uns durch den bevorstehenden Engpass führen könnten. Konzentrieren wir uns also auf diese und lassen die fusionsbetriebene Technutopia dort, wo sie hingehört: auf die Seiten der Geschichtsbücher, die noch geschrieben werden müssen.

Bis zum nächsten Mal,

B

Anmerkungen:

(1) Im Moment können wir nur vermuten, wie wir die immense Energie nutzen können, die bei der Fusion freigesetzt wird. Das meiste davon kommt in Form von Wärme und elektromagnetischer Strahlung sowie einigen hochenergetischen Teilchen. Was machen wir damit? Wasser kochen und eine Dampfturbine drehen? Was wäre die Energieumwandlungsrate? 30% bestenfalls? Warten Sie, planen wir, dies in 30-Sekunden-Bursts zu verwenden? Stellen Sie sich ein Atomkraftwerk vor, das alle 30 Sekunden heruntergekühlt, zerlegt und repariert werden müsste – das geht einfach nicht.

(2) Neutronen werden erzeugt und während der Fusion in die Wände der Reaktionskammer geschleudert. Da sie neutral sind, können elektromagnetische Felder sie nicht daran hindern, strukturelle Schäden an den Wänden der Kammer selbst anzurichten und sie mit der Zeit in ein sprödes Stück radioaktiven Schrotts zu verwandeln. Ein gefährlicher Abfall, der neben abgebrannten Uran-Brennstäben vergraben werden musste, ohne Hoffnung auf Recycling. Viel Glück bei der Suche nach einem sicheren Ort für beide.