Morgen wird das US-Energieministerium voraussichtlich verkünden, dass das Zeitalter der Fusionsenergie endgültig angebrochen ist: Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien haben Energie mit einer kontrollierten Kernfusionsreaktion erzeugt. Es wurde bereits als transformativer Moment gefeiert, auch wenn die Natur und Realität dieser Transformation nahezu unmöglich zu erkennen sind.
Wie gestern erstmals von der berichtet Finanzzeiten, Energieministerin Jennifer Granholm wird voraussichtlich bekannt geben, dass Forscher eine kleine Fusionsreaktion gezündet haben, die mehr Energie produziert als sie verbraucht. Die Bundesregierung nennt dies „einen großen wissenschaftlichen Durchbruch“, und wenn die Gerüchte wahr sind, wird diese Beschreibung in gewissem Sinne gerechtfertigt sein. Seit fast einem Jahrhundert versuchen Wissenschaftler, die Kraft der Fusion – des nuklearen Prozesses, der die Sonne zum Leuchten bringt – zu nutzen, um eine nahezu unbegrenzte Energiequelle bereitzustellen. Aber es braucht eine riesige Menge an Energie, um die Reaktion in Gang zu setzen: um die enorme Hitze und den Druck aufzubauen, die notwendig sind, um leichte Atome dazu zu bringen, zusammenzuhalten – zu verschmelzen – und die in ihrer Masse gespeicherte Energie freizusetzen. Bisher gelang es Physikern und Ingenieuren, mehr zu produzieren, als sie investiert hatten, indem sie unkontrollierte Fusionsreaktionen in bestimmten Arten von Atomwaffen auslösten; niemand hat bisher eine vertretbare Behauptung aufgestellt, dies im Labor zu tun.
Wie vertretbar die Behauptung der Livermore-Wissenschaftler sein wird, ist noch nicht klar. (Als diese Geschichte in Druck ging, hatten weder das Livermore-Labor noch das Energieministerium auf Anfragen nach Kommentaren geantwortet.) Ihr Fusionsenergiegerät, die Multimilliarden-Dollar-National Ignition Facility, spielte von Anfang an Verteidigung. Auf dem Papier schien der Plan großartig, wenn auch ehrgeizig: riesige, gebäudegroße Laser zu verwenden, um Lichtenergie auf ein Ziel von etwa der Größe eines BB zu fokussieren, es zu komprimieren und zu erhitzen und seinen Inhalt zum Verschmelzen zu bringen. Frühere Laserexperimente in Livermore haben jedoch die versprochenen Fusionsergebnisse nicht geliefert, und eine Reihe von Wissenschaftlern waren skeptisch, dass die Anlage jemals eine „Zündung“ erreichen würde, definiert als die Erzeugung von mehr Energie aus der Fusion, als in den Laserstrahlen enthalten ist. Befürworter von NIF wandten sich einer streng geheimen Reihe von Atomexperimenten aus den 1980er Jahren namens Halite/Centurion zu – bei denen Röntgenstrahlen von unterirdischen Atomexplosionen auf ähnlich winzige Zielkapseln fielen – um ihr Argument zu untermauern, dass NIF tatsächlich eine Zündung erreichen würde . Aber die Ergebnisse dieser Experimente sind geheim, und einige Insider mit der erforderlichen Freigabe haben ihre Bedenken geäußert. „Etwas, das auf der Halite/Centurion-Skala funktionierte, würde nicht unbedingt auf der NIF-Skala funktionieren“, sagte Ray Kidder, ein Waffendesigner, 2008 einem Historiker. „Sie wollten nicht, dass das gesagt wird.“
Dennoch war die erste Zielkugel 2010 Zeuge der Feuerkraft einer voll bewaffneten und betriebsbereiten Zündanlage. NIF-Wissenschaftler waren von einem schnellen Erfolg überzeugt. Siegfried Glenzer, der damalige Leiter der Plasmaphysik-Gruppe von Livermore, sagte der Presse, dass die Zündung noch in diesem Jahr zu erwarten sei. Es ist nicht passiert. Es geschah auch nicht im nächsten Geschäftsjahr, wie es 2011 vom damaligen Livermore-Chef Parney Albright versprochen wurde. Es geschah auch nicht in den nächsten sechs bis 18 Monaten, wie der damalige NIF-Leiter Ed Moses 2012 „mit einiger Zuversicht“ sagte; Damals hieß es offiziell, dass Livermore dieser Leistung „verlockend nahe“ sei.
Tantalus bekam jedoch nie etwas zu essen. Der Erfolg blieb weit ausser Reichweite, und die umfassende „nationale Zündkampagne“ war ein Fehlschlag. Doch das hätten Sie den Schlagzeilen nicht entnehmen können, die 2014 weltweit aufkamen, als Livermore mit der Behauptung, Nettoenergie aus Fusionsbrennstoff gewonnen zu haben, den Sieg erklärte. Welt der Physik nannte es sogar einen der Top 10 Durchbrüche des Jahres. Dies war nichts weiter als ein Rechentrick: Anstatt die erzeugte Fusionsenergie mit der Energie der einfallenden Laserstrahlen zu vergleichen, hatten NIF-Wissenschaftler sie mit dem kleinen Bruchteil der Laserstrahlenergie verglichen, die auf die Zielkammer auftraf, und in X umgewandelt wurde -Strahlen, die auf das Ziel fielen und schließlich vom Treibstoff absorbiert wurden – das heißt ungefähr 1 Prozent der Gesamtmenge. Das Hantieren mit dem Nenner verwandelte einen 99-prozentigen Misserfolg in einen 100-prozentigen Sieg.
Als die Schlagzeilen verblassten, werkelte NIF weiter und verbrauchte Energie und Geld. Erst im vergangenen Jahr haben seine Wissenschaftler eine respektable Distanz zur Zündung erreicht. Mitte 2021 lieferte ein Schuss 1,3 Megajoule Fusionsenergie, mehr als die Hälfte dessen, was in den rund 2 Megajoule Laserstrahlen enthalten ist. Auch das wurde als Durchbruch angepriesen, den die Wissenschaftler von Livermore später als „Existenznachweis“ der Zündung im Labor bezeichnen würden.“ Wieder einmal basierte ihre Behauptung jedoch auf einem Taschenspielertrick, indem sie eine etwas andere Definition von Zündung verwendeten, um den Anschein zu erwecken, als hätte NIF endlich seinem zweiten Vornamen alle Ehre gemacht. (Auf Twitter behauptete NIF, sein Kriterium bleibe der gleich: “Der ‘Torpfosten’ für die Zündung hat sich nie bewegt.”)
Dies bringt uns zur morgigen Ankündigung. Laut dem FT, erzeugte ein NIF-Schuss schließlich mehr Energie als in den Laserstrahlen enthalten war – etwa 2,5 Megajoule nach außen, verglichen mit 2,1 Megajoule nach innen. Wenn dies zutrifft, würde dies eher der klassischen Definition der Zündung entsprechen, die seit Jahrzehnten verwendet wird, als den Ad-hoc-Definitionen, die Livermore-Wissenschaftler haben geloftet, um ihre Fehler im Laufe der Jahre zu verbergen; NIF hätte sein Ziel wirklich erreicht, wenn auch mehr als ein Jahrzehnt zu spät. Kein Fake-it-til-you-make-it mehr: Dies wäre wohl die erste Produktion von Netto-Fusionsenergie, die außerhalb eines Atomwaffentests produziert wird.
Allerdings sind die wirklichen Auswirkungen einer ehrlichen Zündung bei NIF wesentlich subtiler, als man vielleicht denkt. Selbst wenn NIF in der Lage ist, den Schuss zu replizieren, ähnliche beständig durchzuführen und den Ertrag schließlich um das Fünf- oder Zehnfache zu steigern, ist das Experiment immer noch eine Sackgasse, wenn es um eine sinnvolle Energieerzeugung geht. Zwei Megajoule entsprechen ungefähr der Energiemenge, die beim Verbrennen eines kleinen Stücks Anzündholz freigesetzt wird, so dass Tausende und Abertausende solcher Schüsse pro Tag erforderlich wären, bevor die Energieproduktion in irgendeiner Weise nutzbar wäre. Leider verwenden die Laser von NIF riesige Glasplatten, die Stunden brauchen, um zwischen den Schüssen abzukühlen; mit anderen Worten, sie sind der Aufgabe einfach nicht gewachsen. (Tatsächlich sollte NIF nie ein Fusionsenergieprojekt sein, sondern eines, das für die Waffenforschung entwickelt wurde – eine ganz andere Geschichte.)
Wenn die Leistung echt ist (und NIF die Torpfosten noch nicht wieder verschoben hat), bedeutet dies, dass NIF – zumindest – sein nominelles Ziel erreicht hat: Zündung, wie Wissenschaftler es vor ein paar Generationen definiert haben. Aber diese Definition ist losgelöst von den Realitäten der Stromerzeugung. Die Gleichung „mehr Energie aus als Laserenergie ein“ verschleiert mehrere grundlegende Probleme. Die dotierten Glaslaser von NIF haben einen Wirkungsgrad von etwa 0,5 Prozent, was bedeutet, dass sie ungefähr 400 Megajoule Energie aus dem Gitter angesaugt hätten, um die 2,1 Megajoule Lichtenergie zu erzeugen, die schließlich die 2,5 Megajoule Fusionsenergie abgaben. Das wird in der „Break-Even“-Berechnung nicht berücksichtigt. Es ist auch nicht die große Menge an Energie (und Zeit und Geld) erforderlich, um jedes Target herzustellen. Selbst wenn wir die gesamte erzeugte Fusionsenergie mit perfekter Effizienz sammeln und in nutzbare Energie umwandeln könnten (was wir nicht können), bringt uns dies viel, viel weniger als 1 Prozent des Weges zu einer echten Nettoenergieproduktion von NIFs allerbeste Fusionsreaktion.
Das soll nicht heißen, dass der Erfolg bedeutungslos ist. NIF wirklich 2,5 Megajoule Fusionsenergie aus einem 2,1-Megajoule-Laserstrahl zu erzeugen, wäre ein echter Sieg, und das nicht nur, weil es sich um ein Multimilliarden-Dollar-Experiment handelt, das endlich aufgehört hat, sein Designziel zu verfehlen. Aber das wäre weniger ein Kitty Hawk-Moment als ein Laborexperiment, das zeigt, dass Luft, die über einen Flügel strömt, ein wenig Auftrieb erzeugen kann. Die Arbeit befasst sich nicht mit den unzähligen anderen wissenschaftlichen, technischen und gestalterischen Problemen, die gelöst werden müssten, bevor wir wirklich vom Boden abheben und behaupten können, dass wir mit der Fusion mehr Energie produziert haben, als wir verbraucht haben. Dennoch ist es eine symbolische Errungenschaft – und auch Symbole sollten gefeiert werden.