Fünf Imbissbuden aus dem Durchbruch der Fusionsenergie
Die Biden-Regierung hat einen Durchbruch bei der Kernfusion angekündigt und damit Hoffnungen auf weitere Fortschritte in Richtung sauberer Energie genährt.
Die Kernfusion – der Prozess, bei dem Atome miteinander verschmolzen werden, um Energie zu erzeugen – wird seit langem als Quelle potenzieller Energie untersucht.
Aber verschiedene Hindernisse haben verhindert, dass die Reaktion eine praktikable Option für saubere Energie ist, und ein kommerzieller Versuch ist wahrscheinlich noch Jahrzehnte entfernt.
Folgendes müssen Sie über die Ankündigung des Energieministeriums wissen:
1. Dies ist das erste Mal, dass durch die Fusion ein Nettoenergiegewinn erzielt wurde
Der Kern der Nachrichten vom Dienstag ist, dass Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien mehr Fusionsenergie erzeugen konnten, als sie einsetzten. Sie haben 2,05 Megajoule Energie zugeführt und 3,15 Megajoule entnommen.
Dies ist das erste Mal, dass es Wissenschaftlern in einem Labor gelungen ist, eine Nettoenergieerzeugung durch Fusion zu erzeugen und zu demonstrieren, dass dies möglich ist.
„Dies ist weltweit das erste Mal, dass dies in einem Labor durchgeführt wurde. Einfach ausgedrückt ist dies eine der beeindruckendsten wissenschaftlichen Leistungen des 21. Jahrhunderts“, sagte Energieministerin Jennifer Granholm auf einer Pressekonferenz.
Obwohl die Technologie noch nicht kommerzialisiert ist, eröffnet das erfolgreiche Experiment die Aussicht auf einen groß angelegten Einsatz der Fusionsenergie.
Zuvor war das Labor relativ nahe am Gleichgewicht, wenn es 70 Prozent generiert der Energie, die er letztes Jahr in eine Fusionsreaktion gesteckt hat.
2. Es gilt als eine weitere potenzielle Quelle für kohlenstofffreie Energie
Wenn die Fusion zu einer groß angelegten Energiequelle werden kann, wird sie eine weitere Möglichkeit bieten, kohlenstofffreie Energie zu erzeugen, während die Welt versucht, sich von fossilen Brennstoffen zu entfernen, die den Planeten erwärmen.
US-Beamte sagten, sie hofften, reichlich zu haben ein vollständig sauberes Stromnetz bis 2035 und kommerziell nutzbare Fusionskraft innerhalb eines Jahrzehnts.
Wie bei herkömmlicher Wind-, Solar- und Kernenergie – bei der ein Atom gespalten statt zusammengeschmolzen wird – emittiert die Kernfusion keine Gase, die den Planeten erwärmen, oder Luftverschmutzung.
“Dieser Meilenstein bringt uns der Möglichkeit näher, dass reichlich kohlenstofffreie Fusionsenergie unsere Gesellschaft antreibt”, sagte Granholm.
„Wir können damit sauberen Strom erzeugen, Kraftstoffe transportieren und die Schwerindustrie mit Energie versorgen [and] so viel mehr“, fügte sie hinzu. „Es wäre, als würden wir unserem Werkzeugkasten eine Bohrmaschine hinzufügen, um diese saubere Energiewirtschaft aufzubauen.“
Im Gegensatz zur traditionellen Kernenergie, Spaltung genannt, entsteht bei der Fusion kein radioaktiver Abfall, der langfristig gelagert werden muss. Und im Gegensatz zu herkömmlichen Wasserkraftwerken muss kein neues Reservoir gefunden – und geflutet – werden.
Der Hauptort, an dem Fusionsenergie nützlich wäre, wenn sie an das derzeitige US-Netz angeschlossen wäre, wäre die sogenannte „Grundlast“ -Energie: eine konstante, stabile Strommenge, auf der die derzeitigen Netze ruhen.
In den USA stammen etwa 19 % des Stroms aus Kernenergie, 60 % aus fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdgas und Öl und der Rest aus erneuerbaren Energien. gemäß die United States Energy Information Administration.
Carolyn Kuranz, außerordentliche Professorin für Nukleartechnik und radiologische Wissenschaften an der University of Michigan, sagte am Montag gegenüber The Hill, dass bei der Kernfusion Nebenprodukte entstehen, die geringe Mengen radioaktiven Materials enthalten, aber sie sagte, dass die Materialien am Standort der Anlage verbleiben und verwendet werden können Brennstoff für die zukünftige Fusionsreaktion, anstatt woanders hingehen zu müssen.
Paul Dabbar, der in der Trump-Administration als Unterstaatssekretär für Wissenschaft des Energieministeriums tätig war, wies diese Woche in einem Interview mit The Hill auch auf einige Vorteile hin, die die Fusion gegenüber Wind und Sonne haben könnte.
„Es muss windig sein, es muss sonnig sein, es braucht viel Boden“, sagte er über andere Energiequellen, während er anmerkte, dass die Batterietechnologie verwendet werden könnte, um das Problem der Unterbrechung zu lösen.
Die Fusion hat jedoch ihre eigenen Nachteile. Eine zukünftige Fusionsindustrie, die um große, teure Einzelkraftwerke herum aufgebaut ist, würde auf ein ausgedehntes Stromnetz mit hoher Kapazität angewiesen sein, um Strom durch Regionen oder Länder zu transportieren – etwas, das zu diesem Zeitpunkt fast so weit entfernt scheint wie die kommerzielle Fusionsenergie.
3. Durchbruch bringt die USA vor der Suche nach globalen Fusionen
Die erfolgreiche Erfahrung mit der Nettostromerzeugung ist ein klares Zeichen für den Erfolg wachsender öffentlicher und privater US-Investitionen in Fusionsenergie, insbesondere da die Europäische Union, China und Korea des Südens ihre eigenen Programme entwickeln.
Im Januar brach Chinas experimenteller fortgeschrittener supraleitender Tokamak (EAST) einen Rekord 17-minütige Fusionsreaktionberichtet das Smithsonian.
Und der International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) in Südfrankreich wird die größte Fusionsanlage sein weltweit, wenn es laut einer Erklärung im Jahr 2025 mit Experimenten beginnt.
Im März veröffentlichte das Energieministerium eine jahrzehntelange Roadmap Kommerzielle Fusion auf die Strommärkte bringen.
Die Initiative propagierte die 2,5 Milliarden Dollar, die der Privatsektor im vergangenen Jahr in die Fusion investiert hat, etwa das 3,5-fache dessen, was die Regierung direkt ausgibt.
ein april Gipfel im Weißen Haus förderte auch die Tatsache, dass zwei Drittel der privaten Fusionsunternehmen und -anbieter in den Vereinigten Staaten ansässig sind – und dass amerikanische Unternehmen die Hauptempfänger internationaler Fusionsfinanzierung sind.
Aber während es verlockend ist, Fusion als ein „Wettrennen“ zwischen Ländern zu betrachten, ist das Streben nach Fusionsenergie sehr international und kollaborativ.
Amerikanische Unternehmen bildet den zentralen Solenoidmagneten für den ITER-Tokamak – benötigt, um die Magnetfelder zu erzeugen, die nach Angaben der US-Regierung überhitztes Plasma während einer Fusionsreaktion antreiben und steuern.
Und das Energieministerium gab im November bekannt Fast 50 Millionen Dollar für die Fusionsforschung – ein Teil davon wird zur Unterstützung von US-Forschern bei ITER und EAST verwendet, wie The Hill berichtet.
4. Die Fusion ist noch weit davon entfernt, eine etablierte Energiequelle zu werden
Die Entwicklung war ein großer Schritt in Richtung Fusionsenergie, aber Sie werden diese Art von Energie wahrscheinlich in absehbarer Zeit nicht verwenden, um Ihre Lichter einzuschalten.
Granholm sagte Reportern, die Verwaltung hoffe auf eine Unternehmensfusion innerhalb eines Jahrzehnts.
„Der Präsident hat eine 10-Jahres-Vision, um innerhalb von offensichtlich 10 Jahren zu einem kommerziellen Fusionsreaktor zu gelangen, also müssen wir uns an die Arbeit machen“, sagte sie gegenüber Reportern.
Kim Budil, Direktor des Lawrence Livermore National Laboratory, wo der Durchbruch geschah, sagte, es könne sogar noch länger dauern, bis die Technologie kommerzialisiert sei.
“Es gibt sehr bedeutende Hürden” sowohl in der Wissenschaft als auch in der Technologie, sagte Budil.
Dabbar sagte diese Woche gegenüber The Hill, dass er glaubt, dass die ersten kommerziellen Demonstrations-Fusionsreaktoren zwischen 2030 und 2035 erscheinen könnten, mit einer vollständigen Bereitstellung einige Jahre später.
„Es dauert lange, bis Energiesysteme von der Erprobung bis zur vollständigen Bereitstellung übergehen“, sagte er.
5. Er hat militärische Bedeutung
Die Anwendungen dieser Entdeckung – wie das Experiment selbst – gehen weit über Friedenszeiten hinaus.
Während die endgültigen Auswirkungen dieses Tests ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu sauberer Energie sind, waren die „unmittelbareren“ Auswirkungen militärischer Natur, sagte Marvin Adams, stellvertretender Administrator der National Nuclear Security Administration.
Dasselbe gilt für die Wurzeln des Programms: Die National Ignition Facility des Lawrence Livermore National Laboratory verwendet extrem starke Laser, um Wasserstoff zu „zünden“ und eine sich selbst erhaltende Explosion zu verursachen – ein System, das zum Teil zum Testen von Atomwaffen entwickelt wurde, ohne eine ganze Bombe zünden zu müssen . .
“Du fängst mit einem kleinen Funken an, dann wird der Funke größer und größer und größer, dann breitet sich die Verbrennung aussagte der Physiker Riccardo Betti von der University of Rochester gegenüber dem öffentlich-rechtlichen Radiosender WBUR.
Es ist eine kleine Version des gleichen Prozesses, der verwendet wird, um eine Wasserstoff- oder “thermonukleare” Bombe zu starten – die Fusionsenergie nutzt um 1.000 Mal mehr Energie freizusetzen Als die Bombe 1945 auf Hiroshima abgeworfen wurde, berichtete Time.
Fusionsreaktoren enthalten nicht genug Brennstoff, um diese Art von Explosion zu erzeugen – und eine thermonukleare Bombe erfordert eine separate Atomexplosion um die Zündung auszulösen, so die Internationale Atomenergiebehörde.
Aber US-Beamte haben militärische Anwendungen angedeutet. Die Fusion sei „ein wesentlicher Prozess in modernen Atomwaffen“, und ein Schritt wie dieser sei ein starkes Argument für die US-Militärmacht, bemerkte Adams.
Der erfolgreiche Test demonstriere “die Spitzenkompetenz der Vereinigten Staaten in waffenbezogenen Technologien” und zeige gleichzeitig “unseren Verbündeten, dass wir wissen, was wir tun”, sagte Adams.