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Greifswald Robuster als ein Spaceshuttle: So wird Wendelstein in Greifswald aufgerüstet
Vorpommern Greifswald Robuster als ein Spaceshuttle: So wird Wendelstein in Greifswald aufgerüstet
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17:16 19.08.2019
Der Projektleiter Professor Thomas Klinger vor dem Kernfusionsexperiment Wendelstein 7-X im Greifswalder Max-Planck-Institut für Plasmaphysik Quelle: Martina Rathke
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Greifswald

Was haben ein Spaceshuttle und das Kernfusionsexperiment Wendelstein 7-X gemeinsam? Antwort: einen Hitzeschild. Während das Raumschiff in der Phase des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre nur etwa eine Minute den Extrembelastungen von mehr als tausend Grad Celsius ausgesetzt ist, wollen die Greifswalder Physiker künftig Plasmen erzeugen, die bei vergleichbaren Extrembedingungen über eine halbe Stunde stabil gehalten werden können. Seit Januar dieses Jahres wird das Fusionsexperiment im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik für diese entscheidenden Experimentierphasen aufgerüstet.

Erste Experimente: Wendelstein 7-X hat Erwartungen erfüllt

Dafür muss der gegenwärtige – mit der Ausrüstung eines Raumschiffes vergleichbare – Hitzeschild aus unter anderem etwa 8500 Kohlenstoffkacheln ersetzt und optimiert werden. Und: „Alle Elemente, die in Wärmekontakt mit dem Plasma kommen, werden künftig aktiv mit Wasser gekühlt, um den Belastungen standhalten zu können“, erklärt Projektleiter Thomas Klinger. Bis Juli 2021 sind Monteure und Techniker damit befasst, 600 Wasserkreisläufe anzuschließen, mit denen die Gefäßeinbauten gekühlt werden.

Am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik forschen Wissenschaftler daran, die Kernfusion – die Verschmelzung von Atomkernen – analog den Prozessen in der Sonne – auf der Erde für die Energieerzeugung nutzbar zu machen.

In Greifswald arbeiten rund 450 Wissenschaftler an der Erforschung der Kernfusion. Ziel ist es, die von der Sonne bekannten Prozesse der Verschmelzung von Atomkernen für die Energiegewinnung auf der Erde nutzbar zu machen. Mit dem bisherigen Stand der Experimente ist der Wendelstein-Chef mehr als zufrieden. „Wir sind von der Anlage begeistert. Der Wendelstein 7-X hat alle Erwartungen erfüllt.“ Mit einem fast liebevollen Lächeln schaut Projektleiter Thomas Klinger in der Experimentierhalle auf den Stahlkoloss, aus dem Rohre, Kabel und Schlauchbündel ragen. Für den Laien gleicht der Anblick einem unstrukturierten Gewirr. Für den Physiker hat das Chaos eine innere, klare Logik. „Die Maschine ist folgsam, funktioniert wunderbar und hat einen unglaubliche Schnellstart hingelegt“, schwärmt Klinger.

Fusionsforscher aus aller Welt drängen nach Greifswald

Die Phasen, in denen das Institut von Verzögerungen berichten musste, gehören der Vergangenheit an. Seitdem Ende 2015 im Fusionsexperiment das erste Heliumplasma erzeugt wurde, lief alles nach Plan. Wissenschaftler aus aller Welt wollen am weltweit größten Fusionsexperiment vom Stellaratortyp forschen. 2016 startete mit der Erzeugung des ersten Wasserstoffplasmas der wissenschaftliche Experimentierbetrieb. „Die Nachfrage, hier zu forschen, war so groß, dass wir nicht alle Anfragen berücksichtigen konnten.“

Auch die Ergebnisse können sich sehen lassen. „Wir haben die ersten Rekorde bei der Kombination von Plasmadichte, Temperatur und Güte der Wärmeisolation gebrochen. Das ist alles sehr viel versprechend und findet auf internationalen Fachkonferenzen große Beachtung.“ Das Team, das an der etwa 460 Millionen Euro teuren Maschine forscht, ist eine hoch qualifizierte Multikultitruppe aus etwa 20 Ländern. Die Hälfte von ihnen arbeitete zuvor in Laboratorien des Europäischen Fusionsforschungsprogramms, kommt aus den USA, Australien oder Japan. Ein Teil der Wissenschaftler ist mit ihren Familien inzwischen in Greifswald sesshaft geworden.

Umbau kostet 60 Millionen Euro

Seit Januar 2019 wird die Anlage nun für rund 60 Millionen Euro den entscheidenden Experimentierschritt fit gemacht. Sind die Umbauten abgeschlossen, wollen die Forscher zunächst mit normalen Wasserstoffplasmen weiterforschen. Ab 2024/25 soll dann, so Klinger, mit dem Wasserstoff-Isotop Deuterium, sogenanntem schweren Wasserstoff, gearbeitet werden. Dabei entsteht in geringem Umfang Radioaktivität, die weit entfernt ist von den Werten in Atomkraftwerken. „Wie für alle Einrichtungen, die mit radioaktiven Stoffen arbeiten – zum Beispiel auch Röntgenarztpraxen und radiologische Abteilungen in Krankenhäusern – ist der gesetzliche Grenzwert von 0,3 Milli-Sievert pro Jahr einzuhalten“, sagt Institutssprecherin Beate Kemnitz. „Das gilt auch für uns.“

Grüne relativieren kritische Einschätzung zur Kernfusion

Das Projekt ist auch wegen der – wenn auch im deutlich geringeren Umfang als bei der Kernspaltung – entstehenden radioaktiven Abfälle nicht unumstritten. Kritisiert wurden von BUND und Grünen vor allem die enorm hohen Kosten. Mittlerweile haben die Grünen ihre kritische Einschätzung deutlich relativiert. „In Greifswald wird exzellente Forschung betrieben, wir haben Respekt vor dem, was im Institut erforscht wird“, sagt Grünen-Landeschefin Ulrike Berger. „Aber die Kernfusion kommt zur Bewältigung der Klimakrise zu spät.“ Greifswalds Stadtchef Stefan Fassbinder (Grüne) mahnt an, dass die Kernfusion die Forschung zu regenerativen Energien und zur Energiespeicherung nicht einschränken dürfe. Sie habe aber viele Vorteile im Vergleich zu fossilen Energien. „Die Grünen stehen der Kernfusion als mögliche künftige Energiequelle inzwischen insgesamt positiv gegenüber“. so Fassbinder weiter. Das gelte für Bund, Land und für Greifswald.

IPP-Chef Klinger sieht Fusionskraftwerke als Teil der Energiewende und zwar als grundlastfähige Alternative zu den fossilen Energieträgern Kohle und Gas, gerade in Megastädten und Industriezentren, wo große Mengen Energie benötigt werden. Bis dahin dürfte es aber noch ein weiter Weg sein: Der erste Demonstrationsrektor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) im französischen Cadarache ist noch immer im Bau. Etwa 2025 soll er in Betrieb gehen, zehn Jahre später, so die Planungen, soll erstmals mit einem richtigen Fusionsplasma aus Tritium und Deuterium gearbeitet werden.

Auflagen müssen umgesetzt werden

Im Greifswalder Wendelstein 7-X kommt kein radioaktives Tritium zum Einsatz. Die grundsätzliche Tauglichkeit für die Arbeit mit Deuterium, bei der in geringem Maße auch Radioaktivität entsteht, wurde der Anlage vom Landesamt für Gesundheit und Soziales 2015 mit der Betriebsgenehmigung bestätigt. Sie bescheinigt, dass alle Voraussetzungen für die Inbetriebnahme erfüllt sind. Allerdings gab es Auflagen, die das Institut nun schrittweise umsetzen muss. Das betrifft unter anderem zusätzliche Messeinrichtungen zur Neutronenbeobachtung, Umbauten an der Infrastruktur, wie zum Beispiel geeignete Lagerbereiche für leicht aktivierte Komponenten.

Was ist Kernfusion?

In der Sonne verschmelzen Wasserstoff-Atomkerne zu Helium. Die bei der Kernfusion erzeugten gewaltigen Energien machen das Leben auf der Erde erst möglich. Seit Jahrzehnten forschen Physiker daran, diese Prozesse für die Energiegewinnung auf der Erde zu nutzen. Kernfusion gilt anders als Kernspaltung als kontrollierbarer Prozess. Die Halbwertszeit des bei der Fusion eingesetzten Tritiums beträgt 12,3 Jahre. Ein Gramm Brennstoff könnte in einem Kraftwerk 90 000 Kilowattstunden Energie erzeugen – die Verbrennungswärme von 11 Tonnen Kohle.

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Martina Rathke

Von Martina Rathke

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