Energieumwandlung: Forschung und Praxis

Energieumwandlung – ein Wort, das in den vergangenen Jahren an Bedeutung zugelegt hat. Alleine aus dem Begriff selbst lässt sich bereits ein physikalischer Grundsatz ableiten: Denn Energie lässt sich weder zerstören noch erschaffen, sondern nur umwandeln. Seit Einsteins Forschungen ist auch bekannt, dass nicht nur die Umwandlung in andere Energieformen, sondern auch in Masse möglich ist – und umgekehrt. Besonders letzteres ist seit nunmehr über 70 Jahren Gegenstand der Forschung. Wie steht es heute um die Kernfusion und inwieweit wird sie als Alternative zum aktuellen Strommix diskutiert?

Erneuerbare Energien: Aktuelle Ausbaustrategien von HGÜ-Leitungen

Erneuerbare Energien stellen hohe Anforderungen an das Übertragungsnetz: Windparks produzieren viel Strom im Norden von Deutschland bzw. Europa, der jedoch im Süden gebraucht wird – bei der Sonnenenergie läuft das Ganze umgekehrt. Die Übertragung großer Energiemengen über große Distanzen hinweg macht die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung trotz eines ausgebauten Wechselstromnetzes wirtschaftlich. Damit ist sie auch Gegenstand aktueller Anstrengungen in der Transformation hin zu den erneuerbaren Energien, um dem Klimawandel entgegenzuwirken. Neben geringeren Verlusten lässt sich dank moderner Technik auch die Umwandlung in Wechselstrom oder in andere Spannungen problemlos bewerkstelligen – ein Argument, welches damals gegen den Gleichstrom stand, als die Stromumwandlung praktisch ausschließlich über Transformatoren möglich war. Unternehmen richten sich ebenfalls danach aus, unter anderem mit der Produktion von Strom- und Spannungswandlern für Branchen wie Medizintechnik und Transport.

Etablierte Konzepte zur Energieumwandlung

Der aktuelle Strommix in Deutschland setzt sich zu fast 30 % aus erneuerbaren Energien, zu fast 40 % aus Kohle und zu ca. je 13 % aus Kernkraft sowie Erdgas zusammen. Unter den erneuerbaren Energien dominieren Wind mit knapp über 40 % sowie Biomasse mit fast 30 %. Photovoltaik nimmt etwa 20 % ein, Wasserkraft wiederum etwas über 10 %.

Damit ist klar, dass nach wie vor ein Großteil der elektrischen Energie in Deutschland durch die Umwandlung von chemischer Energie aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird – ein großes Problem, das durch entsprechende Studien und Forschungen zur Klimaerwärmung bereits seit Jahrzehnten bekannt ist. Der vollständige Umstieg auf erneuerbare Energien wird noch sehr lange dauern – und dabei ist Deutschland in diesem Bereich einer der Vorreiter weltweit. Die Klimaerwärmung aber ist ein globales Problem. Kann die Kernfusion eine Alternative sein? Kann sie durch ihre Wirtschaftlichkeit einen ähnlichen Durchbruch wie die Kernspaltung schaffen, ohne mit den entsprechenden Nachteilen behaftet zu sein?

Kernfusion: Potentielle Energiequelle der Zukunft

Forschungen zur Kernfusion laufen schon seit der Entwicklung der Atombombe. Das aktuell größte und vielversprechendste Projekt in diesem Hinblick ist ITER, ein internationaler Forschungsreaktor, der in Frankreich gebaut wird. Er soll Mitte der 2030er Jahre erstmals Nutzenergie liefern – also mehr Energie erzeugen, als er verbraucht.

Danach folgt nach aktueller Planung wahrscheinlich das Projekt DEMO. Entsprechend des Zwecks „DEMOnstrational Power Plant“ soll dieses Kraftwerk dann zeigen, dass der wirtschaftliche Dauerbetrieb eines Kernfusionskraftwerks möglich ist. DEMO ist aktuell jedoch noch Planungsgegenstand, ebenso wie PROTO, ein weiterer Nachfolgereaktor, der eventuell auch mit DEMO kombiniert wird. Nach aktuellem Stand wird die wirtschaftliche und großtechnische Erzeugung von elektrischem Strom aus Kernfusion wohl erst im letzten Viertel des 21. Jahrhunderts möglich sein – zu spät, um die Fragen zur Klimaproblematik im Kontext des Energiehungers der aktuellen Zeit zu beantworten.