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Die Sonne – Kraftwerk der Zukunft

Die Sonne – Kraftwerk der Zukunft
Data publikacji: 2019-11-14 11:27
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Im Juli 2019 feierte das IPP Greifswald sein 25jähriges Bestehen. Vor einem Vierteljahrhundert wurde es als zweiter Standort des im bayerischen Garching beheimateten Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) gegründet. Im IPP Greifswald wird Wendelstein 7-X betrieben, die weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator. Ziel der Forschung ist es, ein klima- und umweltfreundliches Kraftwerk zu schaffen. Ende Oktober haben das IPP und die Universität von Wisconsin-Madison ein gemeinsames Forschungsprojekt zur Untersuchung der Leistungsauskopplung aus einem heißen Stellarator-Plasma gegründet.

Vor 25 Jahren, am 19. Juli 1994, schlossen das Land Mecklenburg-Vorpommern und die Max-Planck-Gesellschaft den Rahmenvertrag zur Errichtung des IPP-Teilinstituts in Greifswald. Hier, mehr als 800 Kilometer vom Stamminstitut im bayerischen Garching entfernt, gründete das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik im Zuge des „Forschungsaufbaus Ost“ einen zweiten Standort. Dort sollte die bereits ab den 1980er-Jahren geplante Forschungsanlage Wendelstein 7-X entstehen, die weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator.

Mit unterschiedlichen Anlagen verfolgt man an beiden IPP-Standorten das gleiche Ziel: ein Kraftwerk, das – ähnlich wie die Sonne – Energie aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnt. Brennstoff ist ein ionisiertes Wasserstoffgas, ein „Plasma“. Zum Zünden des Fusionsfeuers muss es in Magnetfeldern nahezu berührungsfrei eingeschlossen und auf hohe Temperaturen über 100 Millionen Grad aufgeheizt werden. Dabei erarbeitet die Forschungsanlage ASDEX Upgrade in Garching die Grundlagen für ein Fusionskraftwerk vom Typ Tokamak; Wendelstein 7-X in Greifswald soll die Kraftwerkstauglichkeit der Stellaratoren zeigen.

Rück- und Ausblick

Die damalige Kultusministerin Mecklenburg-Vorpommerns Steffie Schnoor betonte 1994: „Dieses junge Bundesland wird mit dem Rahmenvertrag, den wir heute unterzeichnen, in den europäischen Forschungsverbund eingebunden und der Forschungsstandort Mecklenburg-Vorpommern nachhaltig gestärkt. Nicht zuletzt wird hier auch ein Stück Deutsche Einheit vollzogen.“

Zwei Jahre später beschloss die Europäische Union, 45 % der Investitionskosten zu übernehmen, und die ersten Aufträge konnten europaweit ausgeschrieben werden. Im Jahr 2000 zog man in den Institutsneubau in der Wendelsteinstraße um. Parallel zur industriellen Fertigung der Bauteile startete 2005 der Zusammenbau des Großexperiments. Nach zehn Jahren und weit über einer Million Montagestunden war der Aufbau von Wendelstein 7-X abgeschlossen. Daran waren zahlreiche Forschungseinrichtungen im In- und Ausland beteiligt. Die von Bund, Land und EU bis heute getragenen Investitionskosten zur Errichtung von Wendelstein 7-X belaufen sich auf netto rund 400 Millionen Euro. Aufträge im Wert von etwa 100 Millionen gingen dabei an Unternehmen im Land Mecklenburg-Vorpommern.

2015 erzeugte Wendelstein 7-X das erste Helium-Plasma, 2016 startete mit dem ersten Wasserstoff-Plasma der wissenschaftliche Experimentierbetrieb. Schon ein Jahr später erzielte Wendelstein 7-X den Stellarator-Weltrekord für das Fusionsprodukt. Die gegenwärtig für etwa zwei Jahre laufende Aufrüstung der Anlage soll statt der bislang erreichten zehn bis hundert Sekunden bis zu dreißig Minuten andauernde Plasmen möglich machen. Damit wird überprüfbar, ob Wendelstein 7-X ein heißes Wasserstoff-Plasma auch dauerhaft aufrechterhalten kann. Ziel ist die Ermöglichung des Dauerbetriebs.

„Die Hoffnungen des damaligen IPP-Direktors Professor Klaus Pinkau, der die Gründung des neuen Standorts in Greifswald maßgeblich befördert hatte, haben sich erfüllt. Der wissenschaftliche Erfolg hat sich voll und ganz eingestellt“, meint Projektleiter Professor Thomas Klinger: „Wendelstein 7-X ging als nationales und europäisches Projekt an den Start. Inzwischen hat die Anlage internationale Aufmerksamkeit und Kooperationspartner in aller Welt gefunden“. Zum Wendelstein-Team gehören über 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, davon etwa die Hälfte aus den Laboratorien des Europäischen Fusionsforschungsprogramms, aus den USA, Japan und Australien.

Deutsch – US-amerikanische Kooperation

Ende Oktober haben das IPP in Greifswald und die Universität von Wisconsin-Madison das „Helmholtz International Lab for Optimized Advanced Divertors in Stellarators“ (kurz HILOADS) gegründet. 

HILOADS bietet den Rahmen, mit der Universität von Wisconsin in Madison als zentraler Einrichtung die bisherige erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem IPP in Greifswald, dem Forschungszentrum Jülich und weiteren US-amerikanischen Universitäten zu vertiefen. Die beteiligten Wissenschaftler werden Divertor-Entwürfe, Materialien und Plasmaeinschluss optimierend aufeinander abstimmen.

Für die dazu nötigen Experimente stehen sowohl Wendelstein 7-X in Greifswald, der weltweit größte Stellarator, zur Verfügung als auch der deutlich kleinere, aber sehr flexible HSX (Helical Symmetric Experiment) in Madison. Die Anlagen unterscheiden sich nicht nur größenmäßig, sondern auch in ihren völlig andersartigen Konzepten für den Divertor und die Optimierung des Plasma-Einschlusses. Hinzu kommt die kleine Kompaktanlage CTH (Compact Toroidal Hybrid) in Auburn. Neben diesen drei Stellaratoren werden für Untersuchungen zu Materialien und Wandkonditionierung sowie für die Entwicklung von Messapparaturen zwei lineare Plasmaanlagen eingesetzt: PSI-2 in Jülich und MARIA in Madison. So ausgerüstet, soll HILOADS die Entwicklung der nächsten Generation optimierter Stellaratoren befördern und insbesondere die Konzeptfindung für ein neues mittelgroßes Stellarator-Experiment in Madison unterstützen.

Mit dem Förderprogramm der ‚Helmholtz International Labs‘ will die Helmholtz-Gemeinschaft, der das IPP als assoziiertes Institut angeschlossen ist, die internationale Zusammenarbeit mit exzellenten Forschungseinrichtungen ausbauen und sichtbare Forschungsaktivitäten der Gemeinschaft an Standorten im Ausland schaffen. Von den für HILOADS insgesamt veranschlagten 6,125 Millionen Euro übernimmt die Helmholtz-Gemeinschaft in den kommenden fünf Jahren 24 Prozent. 35 bzw. 15 Prozent tragen die Universitäten in Madison und Auburn, 18 bzw. 8 Prozent das IPP bzw. das Forschungszentrum Jülich. HILOADS soll im Frühjahr 2020 beginnen. Die Experimentieranlage Wendelstein 7-X in Greifswald soll die Kraftwerkstauglichkeit von Fusionsanlagen des Typs Stellarator demonstrieren.

Isabella MILCH, IPP

(leicht gekürzte Fassung)

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