Die Zukunft sauberer, grenzenloser Energie

Die zentralen Thesen

• Am 5. Dezember erzeugten US-Wissenschaftler an der National Ignition Facility in Kalifornien mehr Energie aus einer Kernfusionsreaktion, als sie einsetzten
• Das experimentelle Ergebnis ist ein massiver Durchbruch in der Kernenergie in einem jahrhundertelangen Streben, die Kraft der Sonne auf der Erde freizusetzen
• Mit mehr Forschung und finanziellen Investitionen glauben Forscher, dass wir innerhalb von vier Jahrzehnten 100 % saubere, grenzenlose Energie produzieren werden

„Montag, der 5. Dezember 2022, war ein wichtiger Tag in der Wissenschaft.“

Diese Untertreibung wurde von Jill Hruby, Staatssekretärin der National Nuclear Security Administration (NNSA), auf einer Pressekonferenz am 13. Dezember geliefert.

Das Thema: Ein Durchbruch in der Kernenergie an der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Kalifornien.

Dr. Arata Prabhakar, Direktor des Büros für Wissenschaft und Technologie des Weißen Hauses, bezeichnete die Errungenschaft als „wissenschaftlichen Meilenstein“ und „unglaubliches technisches Wunderwerk“.

„Diese Dualität, die Forschung voranzutreiben, komplexe technische Systeme aufzubauen, beide Seiten voneinander zu lernen, so machen wir wirklich große, schwierige Dinge, und das ist nur ein schönes Beispiel“, fügte sie hinzu.

Der Nettoenergiegewinn aus der Fusionsreaktion ist der erste in der Geschichte der Menschheit. Während mehr Forschung (a Menge mehr Forschung) erforderlich ist, um die Technologie replizierbar, skalierbar und effizienter zu machen, ist dies ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu sauberer Energie.

Und für Investoren bedeutet das jahrzehntelange Gelegenheiten, die es zu pflücken gilt.

Was ist Kernfusion?

Bei der Kernfusion werden Atome zu einem einzigen, größeren Atom kombiniert. Der Prozess erzeugt enorme Energiemengen und ist die Kernreaktion, die unsere Sonne antreibt.

Die Kernfusion unterscheidet sich von der Kernspaltung, dem Prozess, der in Kernkraftwerken verwendet wird. Die Spaltung spaltet Atome, anstatt sie zu kombinieren, und erzeugt dabei gefährlichen radioaktiven Abfall.

Im Gegensatz dazu ist die Kernfusion weitaus effizienter, erzeugt fast keinen Abfall und verbrennt Wasserstoffatome, die im Meerwasser leicht verfügbar sind, anstatt radioaktive Materialien, die im Boden vergraben sind. Das macht es zum idealen Kandidaten für die Stromversorgung von Häusern bis hin zu Produktionsanlagen … wenn es skaliert werden könnte.

Seit die Fusion vor einem Jahrhundert entdeckt wurde, haben sich Wissenschaftler bemüht, die Mechanik in einem Labor freizuschalten und zu replizieren. Aber die Durchführung einer Fusionsreaktion, die weniger Energie benötigt, als sie abgibt, ein Prozess namens Zündung, ist Wissenschaftlern entgangen …

Bis jetzt.

Der Durchbruch der Kernenergie auf den Punkt gebracht

Der Durchbruch bei der Kernenergie im Dezember fand in der National Ignition Facility statt, die einen Prozess namens „thermonukleare Trägheitsfusion“ verwendet.

Im Wesentlichen schießt der 3.5 Milliarden Dollar teure Laserkomplex 192 Laser auf eine winzige Kapsel. Die Kapsel enthält zwei Wasserstoffisotope, die fast sofort verdampfen, wenn sie mit Energie bombardiert werden. Der Fusionsprozess setzt enorme Energiemengen frei.

In der Vergangenheit überstieg die Energiezufuhr der Laser die Energieabgabe der Fusionsreaktion bei weitem. Aber am 5. Dezember versuchten die Forscher etwas Neues.

Die Hülle um die von ihnen verwendete Kapsel war dicker als in früheren Experimenten, was bedeutet, dass kleine Fehler das Experiment weniger beeinträchtigen. Diese einfache – und unglaublich reproduzierbare – Änderung ermöglichte etwas Unglaubliches.

Dr. Marvin Adams, stellvertretender NNSA-Administrator für Verteidigungsprogramme, beschrieb den Prozess auf der Pressekonferenz am Dienstag. Er bemerkte, dass der Prozess mit einem kugelförmigen Zylinder begann, der eine kleine Kapsel enthielt, „etwa halb so groß wie ein BB“.

„192 Laserstrahlen traten von den beiden Enden des Zylinders ein“, sagte er, „und trafen die Innenwand …. Röntgenstrahlen von der Wand trafen auf die kugelförmige Kapsel. Fusionsbrennstoff in der Kapsel wurde zusammengedrückt, Fusionsreaktionen begannen. Das alles war schon einmal passiert, 100 Mal zuvor. Aber letzte Woche haben sie dieses Experiment zum ersten Mal so konzipiert, dass der Fusionsbrennstoff lange genug heiß, dicht genug und rund genug blieb, um sich zu entzünden. Und es erzeugte mehr Energien, als die Laser deponiert hatten. Etwa 2 Megajoule rein, etwa 3 Megajoule raus. Ein Gewinn von 1.5.“

Die Bedeutung dieses Durchbruchs

Eine Verstärkung von 1.5 klingt klein, und in Bezug auf die Energie ist es das auch. Aber es kommt nicht auf die Größe der Reaktion an, sondern darauf, dass es passiert ist .

Der Durchbruch der Kernfusion am 5. Dezember war der Höhepunkt eines Jahrhunderts der Forschung, der Finanzierung von Dollars und des Scheiterns. Obwohl es viele Schritte zwischen heute und der kommerziellen Realisierbarkeit gibt, war die Fusion als Energiequelle ohne diesen Schritt kaum mehr als ein Science-Fiction-Gimmick. Heute ist es Realität.

Und das langfristige Potenzial einer fusionslastigen Zukunft ist einfach überwältigend. Im Gegensatz zu Kohle und fossilen Brennstoffen erzeugen Fusionsreaktionen keine CO2-Emissionen oder andere Nebenprodukte. Und da es mit Wasserstoff, dem am häufigsten vorkommenden Element im Universum, betrieben wird, ist sein Produktionspotenzial praktisch unbegrenzt.

Mit so viel Energie werden wir nicht nur unseren COXNUMX-Fußabdruck reduzieren – wir könnten ihn sogar umkehren.

Unbegrenzte Energie würde es ermöglichen, alle Arten von Technologien schneller, billiger und sauberer voranzubringen, von Lösungen für den Klimawandel bis hin zu besseren Laptops.

Fusionsenergie könnte Stromausfälle lindern, Wasseraufbereitungsanlagen mit Strom versorgen und uns helfen, bessere Wege zum Recycling und zur Entsorgung von Müll zu finden.

Neue Technologien könnten CO2 in großem Maßstab aus der Atmosphäre ziehen, den Klimawandel eindämmen und die durch Umweltverschmutzung verursachten menschlichen Opfer reduzieren.

Die Batterietechnologie könnte sich weiterentwickeln und eine Masseneinführung sauberer Energieerzeugung und -speicherung für Haushalte, Fahrzeuge und mehr ermöglichen.

Auf lange Sicht könnte die Fusionsenergie die Emissionen der Menschheit eliminieren und einen saubereren, grüneren und gesünderen Planeten ermöglichen – ganz zu schweigen von einem besseren Leben für die gesamte Menschheit.

Wenn das ein bisschen idealistisch klingt, liegen Sie nicht falsch. Andererseits war die Aussicht auf Fusionsenergie vor 50 Jahren idealistisch. In diesem Monat haben Wissenschaftler bewiesen, dass Fusion möglich ist. Warum können sich die anderen langfristigen Vorteile nicht auch verwirklichen?

Was bedeutet das für Anleger?

Aber bevor eine Fusionszukunft Realität wird, erfordert der Energieraum mehr Forschung und Innovation – viel davon.

Zeit und Technologie sind der Schlüssel

Die Pressekonferenz enthüllte, dass das Laserarray, das den Durchbruch in der Kernenergie vorangetrieben hat, auf einer 40 Jahre alten Technologie basiert. Moderne Laser sind nicht nur leistungsstärker, sie sind auch effizienter – was bedeutet, dass größere Fusionsenergiegewinne vor der Tür stehen.

LLNL-Direktor Dr. Kim Budil achtete darauf, Journalisten und Investoren daran zu erinnern, dass die Fusion nicht vier Wochen oder sogar vier Jahre entfernt ist. Der Prozess wird einige Zeit dauern.

„Es gibt sehr bedeutende Hürden, nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Technologie“, sagte sie. „Dies ist einmal eine gezündete Kapsel, und um kommerzielle Fusionsenergie zu realisieren, muss man viele Dinge tun. Sie müssen in der Lage sein, viele, viele Fusionszündungen pro Minute zu erzeugen, und Sie müssen über ein robustes Treibersystem verfügen, um dies zu ermöglichen.“

Sie ist jedoch auch optimistisch, dass eine fusionsbetriebene Zukunft in greifbare Nähe gerückt ist.

„[Es ist] wahrscheinlich keine fünf Jahrzehnte [weg], wie wir früher sagten“, fügte sie hinzu. „Ich denke, es rückt in den Vordergrund. Mit ein paar Jahrzehnten Forschung und Investitionen … könnten wir in die Lage versetzt werden, Kraftwerke zu bauen.“

Finanzinvestitionen können eine schnellere Kommerzialisierung vorantreiben

Das LLNL stützte sich weitgehend auf öffentliche Zuschüsse und Finanzierung, um den Durchbruch der Kernenergie Wirklichkeit werden zu lassen. Aber US-Energieministerin Jennifer Granholm glaubt, dass sowohl private als auch öffentliche Forschung erforderlich ist, um die Fusion zu ermöglichen.

„Wir wissen, dass es ein enormes Interesse in der privaten Finanzierungsgemeinschaft gibt … und wir ermutigen das“, sagte sie auf der Pressekonferenz am Dienstag. „Das zeigt, dass es machbar ist, was immer eine Frage war: Kannst du das hinbekommen?“

„Das Überschreiten dieser Schwelle ermöglicht es [Wissenschaftlern], mit der Arbeit an besseren Lasern, effizienteren Lasern, besseren Sicherheitskapseln usw. zu beginnen, [das sind] die Dinge, die notwendig sind, damit es modularisiert und in den kommerziellen Maßstab gebracht werden kann.“

Glücklicherweise springt der Privatsektor an Bord. Kim Budil merkte an, dass viele private Unternehmen die Trägheitsfusionsproduktion neben ihrer Cousine, der magnetischen Fusion, erforschen. (Die Magnetfusion verwendet einen Tokamak, ein ringförmiges Gerät, das starke Magnete verwendet, um Plasma in einer bestimmten Form einzuschließen.)

Budil glaubt, dass unser aktuelles technologisches „Portfolio an Ansätzen wirklich ein großartiger Ort ist, um zu sein, zwischen der Magnetfusion, die „ein bisschen vorne“ liegt, und dem Zündungsdurchbruch in diesem Monat.

Sie fügte hinzu: „Diese Gemeinschaften werden sich gegenseitig ernähren, wir werden lernen, wir werden das Feld weiter vorantreiben, und viele Technologien werden aus beiden Feldern hervorgehen, zusätzlich zu einem Weg zu einem Fusionskraftwerk.“

Aus dem Durchbruch der Kernfusion Kapital schlagen

Während der Pressekonferenz teilte Arata Prabhakar einen Moment des Nachdenkens mit dem Publikum.

„Ich habe auch darüber nachgedacht, wie lange der Weg vom Wissen zum Handeln sein kann“, sagte sie. „Weil es ein Jahrhundert her ist, seit wir herausgefunden haben, dass es sich um Fusion [die die Sterne antreibt] handelt. Und in diesem Jahrhundert brauchte es so viele verschiedene Fortschritte, die schließlich so weit zusammenkamen, dass wir diese Fusionsaktivität auf diese kontrollierbare Weise in einem Labor replizieren konnten.“

Zeit – auch im Maßstab von Jahrzehnten – ist ein Begriff, mit dem Anleger vertraut sind. Es braucht Zeit, um Geld zu verdienen, Geld zu investieren und die Ergebnisse dieser Investitionen zu sehen.

Wenn die Kernfusion kommerziell in die richtige Größenordnung gebracht werden kann, stellt sie unbegrenzte Energie für die Menschheit dar – und ein enormes Ertragspotenzial für die Investoren, die dabeigeblieben sind.

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Und wie LLNL-Direktor Kim Budil am Dienstag sagte: „Die wissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen auf dem Weg zur Fusionsenergie sind entmutigend, aber das scheinbar Unmögliche möglich zu machen, ist, wenn wir in Bestform sind.“

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