Sonntag, 30. März 2014

Zielsetzung und Risiken der nächsten drei Fusionsprojekte (2)

ITER, für sich genommen, ist bereits ein gigantisches Projekt. Aber seine Grösse relativiert sich, wenn man es im Verbund sieht zu den beiden nachfolgenden Fusionsreaktorprojekten, die nötig sind, um der Kernfusion zum technischen und wirtschaftlichen Durchbruch zu verhelfen. Die "Roadmap" hierfür wurde erarbeitet von Alexander M. Bradshaw, einem britischen Physiker, der viele Jahre Direktor des Max-Planck-Instituts in München-Garching war. Bradshaw (und seine Mitarbeiter, selbstredend) identifizierte die technischen Schritte, welche nötig sind, damit die Fusionsreaktoren - ähnlich wie Kohle- oder Atomkraftwerke - von den europäischen Energieversorgungsunternehmen zur Stromversorgung akzeptiert werden. Nach Bradshaw sind dafür drei Schritte erforderlich: ITER, DEMO I und DEMO II. Letztere sind die Abkürzung für zwei Demonstrations-Fusionskraftwerke, die sich zeitlich an den ITER anschliessen. Im Folgenden sollen die wesentlichen Zielsetzungen und Risiken dieser drei Grossprojekte kurz beschrieben werden.


ITER

Das Projekt ITER sollte nach der ursprünglichen Zielsetzung wesentlich mehr leisten, als das jetzt der Fall ist. Und weniger kosten! Nach der technischen Spezifikation zum Ende der achziger Jahre des vorigen Jahrhunderts sollte der ITER von einem kompletten Blankett zum Erbrüten des Tritiums umgeben sein. Die Kosten für das Gesamtprojekts wurden auf 7 Milliarden Euro abgeschätzt. Der Europäischen Kommission in Brüssel war dieser Preis zu hoch und man setzte eine Arbeitsgruppe ein, die nach "Einsparungmöglichkeiten"  suchen sollte. Dies hatte zur Folge, dass einige wichtige Komponenten aussen vor gelassen wurden, z. B. das Brutblankett. Es ist im ITER nur noch rudimentär vertreten. Immerhin war die Brüsseler Kommission zufrieden, als damit die Kosten auf 3,5 Milliarden Euro abgespeckt werden konnten. Leider war dies ein Pyrrhussieg, denn in der Folge stieg der Preis für diese Magerversion schnell auf 5 Milliarden und schliesslich waren es wieder die ursprünglichen 7 Milliarden. Derzeit ist man - allein für den Bau, der Betrieb folgt noch - bei 16 Milliarden angelangt. Dass es bis zum avisierten Bauende 20 Milliarden Euro werden, darauf darf gewettet werden. Das traurige Fazit dieser Reduktionsmassnahmen ist, dass der ITER, in seiner jetzigen Spezifikation, mehr ein Gerät für Physiker ist, an dem aber wichtige technische Komponententests nicht ausgeführt werden können.

Betrachten wir nun die zeitliche Abfolge des ITER. Bis zum Jahr 2020 soll der Bau abgeschlossen sein, was schwierig genug sein wird, wie im vorausgehenden Blog dargestellt wurde. Für den nachfolgenden Betrieb wird der Tokamak mit Wasserstoff bzw. Helium gefüllt, um die Stabilität des Plasmas und die Funktionstüchtigkeit der Divertoren zu erproben. Der Betrieb mit Deuterium und Tritium, dem eigentlichen Gas zur Erzeugung der Fusionsreaktion (siehe Skizze unten), ist erst ab 2027 geplant. Hierfür kann man 10 bis 15 Jahre ansetzen, womit wir im Jahr 2040 sind.






Die Deuterium-Tritium-Fusionsreaktion

DEMO I

Unterstellen wir, optimistischerweise, dass die Experimente am ITER erfolgreich verlaufen, dann kann man sich an die Planung des DEMO I heran wagen. Das soll ein Fusionsreaktor der Leistung von 1.000 Megawatt sein, also einem Kernkraftwerk bzw. einem grossem Kohlekraftwerk entsprechen. Dieses Projekt wird von dem bisherigen 7er-Staatenbund nicht mehr zu stemmen sein - aus finanziellen und politischen Gründen. Spätestens hier benötigt man die Partizipation der europäischen Energieversorgungsunternehmen (EVU). Ein organisatorisches Vorbild könnte der European Fast Reactor (EFR) der neunziger Jahre sein, wo eine Reihe deutscher, französischer und britischer EVU kooperierten und die Planungskosten trugen. Das begleitende Forschungs- und Entwicklungsprogramm (F+E) wurde von den Forschungsorganisationen der genannten Staaten geschultert.

Der DEMO I muss bereits mit allen Komponenten, die ein solches Kraftwerk benötigt, im Masstab 1:1 ausgestattet sein. Also auch mit einen kompletten Blankett sowie der dafür erforderlichen Infrastruktur zur Abtrennung und Wiederaufarbeitung des Tritiums. Das Hauptziel des DEMO I wird sein, die technische "feasibility" dieses Reaktors sicherzustellen. Zum derzeitigen Moment ist noch nicht seriöserweise der Terminablaufplan dieses Riesenprojekts abzuschätzen. Man wird aber nicht völlig falsch liegen, wenn man - mindestens! - je zehn Jahr für Planung, Bau und Betrieb des DEMO I ansetzt. Nach diesen 30 Jahren befinden wird uns im Jahr 2070.


DEMO II

Mit dem DEMO II soll bewiesen werden, dass dieser Fusionsreaktor wirtschaftlich arbeiten kann, und Strom rentabel liefern wird. Die EVU werden vor allem darauf achten, dass diese Maschine im Betrieb mit hoher Verfügbarkeit funktioniert und keine zu grossen Wartungskosten entstehen. Hier gibt es jedoch allerhand technische Risiken. Wie man immer wieder hört, ist die Strahlenschädigung des Torus wegen der schnellen 14-MeV-Neutronen so erheblich, dass dieser Stahlmantel alle 2 - 3 Jahre ausgewechselt werden muss. Dafür werden, nach derzeitigen Vorstellungen, Montagezeiten von 6 - 8 Monate angesetzt. Nach den Erfahrungen mit dem Rückbau von Kernkraftwerken ist dies völlig illusorisch, da die Vor-Ort-Radioaktivität in einem Fusionsreaktor viel höhen sein wird, als beim Abriss eines konventionellen Kernkraftwerks. Es könnte also durchaus der Fall auftreten, dass diese Auswechselprozedur viel länger dauert, womit die Verfügbarkeit und die Wirtschaftlichkeit des DEMO II infrage stünde. Weitere Probleme könnten in Verbindung mit dem Tritium entstehen, wenn man die derzeitigen Strahlenschutzvorschriften zugrunde legt. Unabhängig davon, werden Planung Bau und Probebetrieb des DEMO II wohl auch nicht kürzer als 30 Jahre dauern, womit wir beim Jahr 2100 angelangt sind - wenn alles gut läuft. Natürlich kann man die Terminpläne der drei Fusionsreaktoren auch überlappen und dadurch etwas an Zeit einsparen. Aber wer soll dabei das Risiko tragen?


Aufhören oder weitermachen?

Die genannten Zeitskalen und die einzusetzenden Finanzmittel könnten mutlos machen und zur Aufgabe des Fusionsprojekt animieren. Nicht wenige Politiker denken in diese Richtung. Aber haben wir bei der so überaus wichtigen Energiefrage viele Optionen? Im Grunde gibt es derzeit nur fünf technische Möglichkeiten, um viel Energie über tausende von Jahren bereitzustellen, nämlich: Sonne, Wind, Geothermie, Schneller Brüter - und Kernfusion. Die ersten drei gehören den hochgepriesenen Erneuerbaren Energien an und bereits jetzt, in der Einführungsphase, zeigt sich in Deutschland, dass auch sie ihre Probleme haben. Man sollte also nicht vorschnell auf eine einzige dieser Optionen verzichten, auch nicht auf die Kernfusion.  Es ist nicht auszuschliessen, dass es in den kommenden Jahrzehnten zu technisch-wissenschaftlichen Durchbrüchen auf diesem Gebiet kommt. Wer kann schon in die Zukunft blicken?

Bleiben die Kosten. Auch diese muss man relativieren. Der Bau des ITER wird dem Konsortium um die 20 Milliarden Euro kosten. Das entspricht ziemlich genau der Summe, womit man in Deutschland derzeit Sonnen- und Windenergie subventioniert. In jedem Jahr, wohlgemerkt! Ausserdem, von den Baukosten des ITER entfallen nur etwa 10 Prozent, also etwa 2 Milliarden Euro auf die Bundesrepublik. Das ist die Summe, welche der Bau des Schnellen Brüters SNR 300 Kalkar gekostet hat, der allerdings von den nordrhein-westfälischen Politikern (Rau!) nicht zum Netzbetrieb zugelassen wurde.

Mein Petitum, trotz mancher Bedenken, ist: weitermachen!

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