Primärproblem: Bevölkerungswachstum

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Jasmin Schräder
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1 Möglchkeiten der Energieversorgung aus der Kernfusion F. Wagner, Max-Planck Institut für Plasmaphysik, Greifswald Primärproblem: Bevölkerungswachstum Billion AIM96 Standard_Scenario IMAGE2.1 Baseline-A IMAGE2.1 Baseline-B IS92a IS92b IS92d IS92e IS92f IIASAWEC A2 UN 96 low UN 96 med UN 96 high IIASA96 low IIASA96 med IIASA96 high World Bank 1 US Cens.Bur. 1 UN 92 LR lo UN 92 LRmed-lo UN 92 LR med UN 92 LR med-hi UN 92 LR hi EMF14 Assumptions ref Median Nakicenovic et al. IIASA

1950 2000 2050 2100 AIM96 Standard_Scenario IMAGE2.1 Baseline-A IMAGE2.

2 Sekundärproblem: Wachstum Primärenergie Nakicenovic et al. IIASA

3 Versorgung des Universums mit Energie In der Sonne, den Sternen: 4H He 4 + Energie Energie Die Sonne verbrennt pro Sekunde 600 Mill Tonnen Wasserstoff und bildet 596 Mill Tonnen Helium Äquivalenz von Masse und Energie: E = mc 2 Die Sonne wandelt 4 Mill Tonnen Materie/Sek in Energie 3

Tonnen Wasserstoff und bildet 596 Mill Tonnen Helium Äquivalenz von

4 Nutzung des Fusionsprinzips Der Sonnenprozeß kann nicht kopiert werden Stattdessen: Fusion von D und T D: Deuterium T: Tritium + + Energie D T He Neutron Brutprozeß: Li + n T + He 4

5 Eigenschaften der Fusionsenergie Strombedarf einer Familie im Jahr aus 0.08 g D und 0.2 g Li Quelle. FZ Jülich 2 Litern Wasser und 250 g Gestein Energieinhalt: Millionen Joule entsprechend Litern Öl 5

6 Heizwert von Brennstoffen Heizwert des Fusionsbrennstoffs: J/kg Zum Vergleich: Kernenergie: J/kg Fossiler Energieträger: J/kg Brennstoff-Bedarf eines 1GW Kraftwerks im Jahr: Zug: 400 km Länge ( Tonnen) Öl: 7 Supertanker ( barrel) Uran: 8 LKWs (150 tons) Fusionsbrennstoff: 0,6 Tonnen Prof. G. Wolf, FZJ 6

Brennstoff-Bedarf eines 1GW Kraftwerks im Jahr: Zug: 400 km Länge (2 100 000 Tonnen) Öl: 7

7 Eigenschaften der Fusionsenergie D gibt es in den Weltmeeren T wird im Kraftwerk gewonnen He hat keinerlei ökologische Bedeutung n produziert aktivierte Strukturmaterialien ABER: Halbwertszeit der Materialien: T1/2 100 a zum Vergleich: Plutonium: T1/ a 7

n produziert aktivierte Strukturmaterialien ABER: Halbwertszeit

8 Fusionsbedingungen Hohe Temperatur T: 150 Mill Grad -> Fusion aus dem Plasmazustand Trippelprodukt ntτ E > Grenzwert -> 2 Lösungswege Trägheitseinschluß Magentischer Einschluß Teilchenbahnen im Magnetfeld Toroidaler Einschluss 8

Grenzwert -> 2 Lösungswege Trägheitseinschluß

9 Über den Fusionsreaktor Aufbau Spulen Lithium-Mantel Vakuumkammer Plasma 9

10 Über den Fusionsreaktor Brennstoff-Fluss D D + T He + n Li Asche Kasten 10

11 Über den Fusionsreaktor Energie-Fluss Dampfproduktion Konvent. Generatortechnik n Kühlkanäle 11

12 Über den Fusionsreaktor Sicherheit im Normalbetrieb T Verlust 12

13 Zwei Konzepte Tokamak Stellarator J p J h 13

14 ITER= Internationaler thermonuklearer Experimentalreaktor Am 28 Juni haben die 6 ITER Partner (EU, USA, Russland, China, Japan, Korea) entschieden, ITER in Cadarache, Frankreich zu bauen. Primärkreis Poloidalfeldspule Blanketmodul Toroidalfeldspule Öffnung für Heizung und Diagnositk Divertorkammer Kryostat Skala Betriebsbeginn:

15 Wendelstein 7-X Konzept Montage 15

16 Stand der Forschung Temperatur T: 400 Mill Grad erreicht Teilchendichte n erreicht Einschlußzeit τ E : es fehlt der Faktor 4 Im Produkt ntτ E : es fehlt der Faktor 6 Erstes wissenschaftliches Ziel erreicht: Q 1 DT Betrieb störungsfrei durchgeführt Fusionsleistung nachgewiesen: 16 MW Auslegung eines Experimentalreaktors: ITER 16

Erstes wissenschaftliches Ziel erreicht: Q 1 DT Betrieb störungsfrei durchgeführt

17 Reaktorrelevante Ergebnisse Entwicklung der Fusionsleistung: 16 MW ntτ E -Diagramm n T τe n*τe*t (m-3 (m-3 sek s kev) kev) Q=1Q = 1 Zündung Start von JET in England Jahr Zeit (Jahren) ITER Ziele von JET erreicht 17

10 18 10 16 10 14 Q=1Q = 1 Zündung Start von JET in England 1960

18 Sicherheitsstudie SEAFP: Nahezu unerschöpfliche Energiequelle Energierückholzeit sechs Monate, Erntefaktor > 40 Kosten für Brennstoffe vernachlässigbar; COE im Bereich von ~ 6-10 Cent keine Kettenreaktion; naturgesetzlich keine unkontrollierbaren Leistungsexkursionen Strahlungsdosis für Bevölkerung im Normalbetrieb sehr gering; wie Spaltungskraftwerke Geringes Energieinventar; keine Anlagenzerstörung bei Ausfall der Kühlung Bei Störfällen keine Evakuierung, kein Bodenaustausch Keine Abgabe von umwelt-relevanten Gasen; kein CO 2 ; keine externen Kosten Radioaktiver Abfall vom Volumen vergleichbar dem aus Spaltungsreaktoren Nahezu 99% Recycling des gesamten aktivierten Materials ca. 1% des aktivierten Materials beinhaltet langlebige Nuklide (Abklingzeit ~ 100 Jahre) erheblich kleinere langfristige Radiotoxizität; keine aktive Kühlung Entwicklungsschritte: ITER+W7-X, DEMO; industrielle Verfügbarkeit: ~

Anlagenzerstörung bei Ausfall der Kühlung Bei Störfällen keine Evakuierung, kein Bodenaustausch Keine Abgabe von umwelt-relevanten Gasen; kein CO 2 ; keine externen Kosten Radioaktiver Abfall vom

19 Stromszenarien für Europa in 2100 Jahresstromproduktion [EJ] base stabilisierte CO 2 - Konzentration [ppm] Andere Erneuerbare Wasser Fusion Fission Gas Kohle Kosten für Fusionsstrom: etwa 1.5xKernenergie-Stromkosten Vernachlässigbare externe Kosten für Fusionsstrom Das Schließen der Energielücke ohne Fusionsstrom kommt teuer 19

Fission Gas Kohle Kosten für Fusionsstrom: etwa 1.

20 Lebenszyklen von Energiequellen in Prozent traditionelle Biomasse Kohle Öl, Gas Erneuerbare Energie noch offen 10 Kernkraft Quelle: Deutsche Shell

Erneuerbare Energie 30 20 noch offen 10 Kernkraft 0 1860

21 ENDE 21

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