Am Samstagabend des 6. Juli um 23:09 Uhr Ortszeit erreichte die Solar Impulse New Yorks John F. Kennedy Airport nach einer zwei-monatigen Reise beginnend in San Francisco über Zwischenstopps in Phoenix, Dallas, St. Louis und Washington D.C.
Mit der Landung in New York City beendete sie ihre historische Tour, den ersten Transkontinentalflug eines solarbetriebenen Flugzeugs überhaupt.

Am 3. Mai hatte die Solar Impulse HB-SIA, die etwa die gleiche Flügelspannweite wie ein Airbus A340 aufweist, dabei aber nur etwa 1.6 Tonnen wiegt, ihre USA-Tour in San Francisco begonnen, mit einem unvergesslichen Überflug über die Golden Gate Bridge.
Die erste Etappe führte den mit 11.628 Solarzellen ausgestatteten Flieger unter großem Medieninteresse nach Phoenix, Arizona, von wo aus er erneut am 22. Mai in die Luft aufbrach.

Auf der zweiten Etappe ihres Transkontinentalflugs stellte die Solar Impulse am 23. Mai einen neuen Streckenrekord für den solarbetriebenen Flug auf, sie brach den Welt-Streckenrekord in der Geschichte des Solarflugs.
Auf seinem Flug von Phoenix, Arizona nach Dallas, Texas, wo der Solarflieger am Donnerstag, den 23. Mai, landete, legte er eine Strecke von 1506 km (936 Meilen) am Stück zurück.
Zuletzt hatte die Solar Impulse 1116 km am Stück zurückgelegt, als sie im vergangenen Jahr von der Schweiz nach Spanien geflogen war.

Das Flugzeug hält bereits Rekorde für den weltweit ersten Tag- und Nacht-Flug eines bemannten solarbetriebenen Flugzeugs im Jahr 2010, die ersten internationalen Flüge 2011 und den ersten Interkontinentalflug von Europa nach Afrika 2012. Weitere Weltrekorde stellte der bisherige Prototyp HB-SIA mit einer absolut erreichten Höhe von 9235 m und einem Höhengewinn von 8744 m auf.

Hinter und für das Projekt “Solar Impulse” stehen vor allem zwei Köpfe, zwei Visionäre, zwei Pioniere, die mit viel Leidenschaft und Enthusiasmus das ganze Projekt vorantreiben, die beiden Schweizer Bertrand Piccard, der aus einer bekannten Abenteurer-Familie stammt und den ersten Weltumrundungsflug non-stop in einem Ballon duchführte, und der Ingenieur und Pilot André Borschberg.

“Solar Impulse”, das ist mehr als ein Flugzeug, der Name steht für ein einzigartiges Projekt, eine Bewegung, die Symbolcharakter hat, die eine Botschaft vermitteln soll, die mehr eine gelebte Vision verkörpert, als denn die Luftfahrt im Allgemeinen revolutionieren will.
Nach eigenem Bekunden wollen Piccard und Borschberg vielmehr demonstrieren, was man mit Pioniergeist alles erreichen kann, dass Visionen, die mit aller Anstrengung und Hoffnung betrieben werden, die Zukunft verändern können.:

“Wir wollen Innovation, Hoffnung und Handeln bei den Bürgern und Politikern hervorrufen,
indem wir Grenzen überschreiten und Lösungen für reale globale Herausforderungen anbieten.”

Laut Piccard konnte die Solar Impulse der Welt zeigen, was möglich wird, wenn Innovation nutzbar gemacht wird.: Neue Technologien konnten entwickelt und getestet werden, alte Konsummuster aufgebrochen werden, und letztlich hätten neue Energiequellen geschaffen werden können, die sowohl nachhaltig als auch profitabel sein können.

“So viele Menschen sind Gefangene alter Denkweisen, haben Angst vor dem Unbekannten.
Was wir brauchen, ist Pioniergeist, so dass Zweifel und Fragen den Wunsch beflügeln, neue Lösungen und Anwendungen hervorzubringen,” so Piccard.

Der Generalsekretär der Vereinten Nationen Ban Ki-moon erklärte zum erfolgreichen US-Überflug der Solar Impulse, dass dieser als Inspiration dazu dienen könne, den Klimawandel einzudämmen, und eine nachhaltige Entwicklung voranzutreiben, bei der die Solarenergie eine bedeutende Rolle spielen könne.

Auch nach dem USA-Überflug ist die Solar Impulse-Bewegung noch nicht am Ziel angelangt.
Der krönende Höhepunkt wird die Weltumrundung sein, die für 2015 geplant ist, dann allerdings mit der Solar Impulse zweiter Generation HB-SIB, die sich noch im Bau befindet.

Die Wüsten der Erde empfangen in sechs Stunden mehr Energie, als die Menschheit im ganzen Jahr erbraucht, so der deutsche Physiker Dr. Gerhard Knies.
Knies ist der Vater der Vision, der er den Namen „DESERTEC“ gab. Der Name steht für eins der hoffnungsvollsten Megaprojekte zur globalen Energieversorgung in diesem Jahrhundert: Unerschöpfliche, saubere Energie mit Solarstrom aus den Wüsten der Erde.
Nur ein paar Tausendstel der weltweiten Wüstenfläche würden laut Berechnungen von Knies ausreichen, um alle Menschen weltweit mit Solarstrom zu versorgen.

Parabolspiegel in einer solarthermischen Anlage

Riesige Spiegelkraftwerke, sog. solarthermische Anlagen, in den Wüsten der Erde sollen Sonnenstrahlung in Strom verwandeln.
Von dem Projekt könnten vor allem Nordafrika und der Nahe Osten profitieren. Über ein neues Leitungsnetz aus Gleichstrom-Hochspannungsleitungen soll außerdem ein Teil des produzierten Stroms nach Europa transportiert werden. Bis 2050 sollen so rund 15-20 % des europäischen Strombedarfs mithilfe der Wüstensonne gedeckt werden

Im Juli 2009 hatten die gemeinnützige DESERTEC-Stiftung und 12 Konzerne aus der Energie- und Finanzbranche – darunter u. a. die Unternehmen MAN Solar Millennium, Schott Solar, RWE, E.ON und die Deutsche Bank – zusammen die Industrie-Initiative Dii ins Leben gerufen, aus der Ende Oktober 2009 die DII GmbH als privatwirtschaftliches Joint Venture hervorging, der auch die DESERTEC-Stiftung und die Forschungsinstitute Fraunhofer und Max-Planck angehören.

Erste Kraftwerke im Rahmen des Großprojekts, dessen Kosten auf mehrere Hundert Milliarden Euro bis 2050 geschätzt werden, könnten bereits in den nächsten Jahren gebaut werden.

Internationales Abkommen über das erste europäische Gemeinschaftsprojekt zusammen mit Marokko in Vorbereitung

Wie es in einer Presseerklärung vom 7. November der Dii-Initiative zur Konferenz heißt, wollten Regierungsvertreter aus Deutschland, Frankreich, Italien, Malta, Luxemburg, Spanien und Marokko auf der Konferenz ein Memorandum für “ein erstes Desertec Kooperationsprojekt der EU-Teilnehmerstaaten gemeinsam mit Marokko” unterzeichnen. Leider kam es dazu bisher noch nicht, da Spanien auf der Konferenz nicht vertreten war, das Land aber ein wichtiger Partner des Kooperationsprojekts ist.

Das von der Dii-Initiative und der marokkanischen Solaragentur Masen bereits vorbereitete Projekt sei jedoch in den letzten zwei Jahren ausgiebig u. a. mit spanischen Firmen und der Europäischen Kommission diskutiert worden und hätte sich als machbar herausgestellt. Investoren seien schon gefunden, und erste Fördermittel ständen bereit, gute Voraussetzungen für das hoffnungsvolle Vorhaben.

Laut Desertec-Chef Paul von Son soll „zwischen 2014 und 2016 das erste Referenzprojekt mit Solar und Wind entstehen“ (Windkraftwerke sollen die Nutzung der Sonnenenergie zum Teil noch ergänzen), und die nächsten zwei Jahre würden für die Wüstenstromvision den Beginn der praktischen Umsetzung darstellen.
In Marokko sind alleine zwei Solarkraftwerke geplant. Rund 600 Millionen Euro soll ein Solarthermie-Kraftwerk in der marokkanischen Wüste kosten, das die Kapazität hat, 150 Megawatt Strom zu erzeugen. Auch in Algerien und Tunesien sind Projekte in Arbeit.
Das finanzkräftige Saudi-Arabien plant in den nächsten zehn Jahren den Bau von Kraftwerken mit einer Kapazität von 25 Gigawatt.

Der Wettlauf um die ersten Pilotprojekte der zukunftsträchtigen Vision Desertec hat längst begonnen.

Dieser Flug stellt den krönenden Abschluss des ersten Interkontinentalflugs dar, den die Solar Impulse erfolgreich absolviert hat. In der Nacht vom 5. auf den 6. Juni war das nur mit Hilfe der Sonnenenergie betriebene Flugzeug um 11:30 PM (UTC+1) nach 19 Stunden Flugzeit in der marokkanischen Hauptstadt Rabat gelandet. Der Schweizer Bertrand Piccard, der das Flugzeug von Madrid, wo es einen Zwischenstopp eingelegt hatte, nach Marokko, geflogen hatte, wurde dort jubelnd erwartet. Vor Ort waren Vertreter der marokkanischen Agentur für Solarenergie, Journalisten, Eingeladene sowie natürlich das Solar Impulse Team.
Insgesamt hatte das Flugzeug einen 48 Stunden Flug hinter sich und war mehr als 2500 km ohne einen Tropfen Benzin geflogen, von Payerne in der Schweiz nach Madrid flog der zweite wichtige Mann im Bunde André Borschberg, nach dem technischen Stopp in Madrid übernahm Piccard den weiteren Flug.

Dieser lange symbolische Interkontinentalflug soll als Vorstufe zu dem eigentlichen Ziel der Weltumrundung im Jahr 2014 dienen. Dann wollen Bertrand Piccard und André Borschberg mit der Solar Impulse die Welt erstmals in einem Solarflugzeug umrunden, ganz ohne Benzin, ohne klimaschädliche Emissionen auszustoßen, nur mit Hilfe der Energie der Sonne.
Mit dem aufsehenerregenden Projekt will Piccard ein Zeichen setzen, das Verhalten der Menschen beeinflussen und die Politik zu einer ehrgeizigen Energiepolitik bewegen.: “Es ist nicht unser vordringlichstes Ziel, die Luftfahrtindustrie zu revolutionieren,” so Piccard.

2010 absolvierte die Solar Impulse ihren ersten Nachtflug, stellte mehrere Weltrekorde auf, erhielt den Schweizer Solarpreis und den europäischen Solarpreis 2010.

Ihre ersten internationalen Flüge hatte die Solar Impulse im vergangenen Jahr nach Brüssel und Paris absolviert. Sie war im letzten Jahr außerdem Stargast bei der Internationalen Luftfahrtausstellung in Le Bourget in Frankreich.

Der aktuelle Trip fällt mit dem Baubeginn des weltweit größten solarthermischen Kraftwerks in Quarzazate zusammen.
In Marokko sollen bis 2020 fünf Solarparks mit einer Gesamtleistung von 2 Gigawatt gebaut werden. Das solarthermische Kraftwerk in der Region Ouarzazate ist Teil eines dieser Solarparks, der mit einer Vielzahl weiterer Solar-Kraftwerke bis 2015 eine Gesamtleistung von 500 Megawatt erreichen soll.

Eigentlich sollte die Solar Impulse nur wenige Tage in Rabat bleiben und dann weiter nach Quarzazate fliegen. Doch das Wetter ließ es bislang nicht zu.
Dieser Flug stellt eine weitere Herausforderung dar, denn das Klima der marokkanischen Wüste wartet mit heftigen thermischen Strömungen, Stürmen und starken Winden auf.

Heute Morgen ist André Borschberg endlich in Rabat gestartet. Er wird heute Abend spät oder in der Nacht in Quarzazate erwartet.

Auf der Webseite des Projekts werden außerdem viele Hintergrundinformationen und Interviews live gebracht. Viel Spaß!

Jetzt kann es ebenso meilensteinmäßig weitergehen: Im nächsten Jahr sollen die ersten internationalen Flüge der Solar Impulse stattfinden und 2012 der erste Transatlantik-Flug.
Die Spitze der ehrgeizigen Ambitionen soll dann im Jahr 2013 die Weltumrundung mit dem zweiten Prototyp der Solar Impulse darstellen, deren Herstellungsphase diesen Herbst beginnen soll.

Lesen Sie auch zu dem Thema: Erste Flüge eines Solarflugzeugs über die Schweiz und Schweizer Solarpreis.

[Blogbeitrag von A. Ewers]

Solar Impulse

Nicht nur die verheerende Ölkatastrophe im Golf von Mexiko hat deutlich gemacht, dass unsere Gesellschaft von fossilen Energieträgern und insbesondere vom Erdöl loskommen muss. Wir müssen auf alternative Energien und Energiequellen umstellen, wenn wir den Klimawandel eindämmen und die Natur und die Lebensgrundlagen auch für kommende Generationen erhalten wollen.
Auf diesem Weg und zur Erreichung dieses Ziels kann die Solarenergie einen wichtigen Beitrag leisten. Die Sonne liefert uns jeden Tag auf natürliche Weise mehr als 8.000 mal mehr Energie, als wir derzeit auf der Erde verbrauchen.

Bertrand Piccard
und André Borschberg

So beschreibt Bertrand Piccard auch einen der Grundgedanken seines so lange erträumten Projekts: “Ich will den Menschen klarmachen, dass wir bereits heute die Technologie haben, um unsere Abhängigkeit von fossilen Energien gewaltig zu reduzieren.”

Sein Traum von einem Flugzeug, das ohne Benzin Tag und Nacht fliegt, die Umwelt schont, anstatt sie zu verschmutzen und zu verpesten und das Klima zu belasten, begann vor rund 11 Jahren.

Nach einer Machbarkeitsstudie an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne 2003 wurde das Projekt im November desselben Jahres öffentlich bekannt gegeben. In den Jahren 2007 bis 2009 wurde der Prototyp HB-SIA gebaut.
Seine gigantische Spannweite von 63,4 Metern entspricht derjenigen eines Airbus A340. Gleichzeitig besitzt das Solarflugzeug mit 1,6 Tonnen ein sehr geringes Gewicht.
11.628 Solarzellen aus monokristallinem Silizium sind auf den Flügeln angebracht, über die Sonnenenergie direkt in elektrische Energie, in Strom, umgewandelt wird, der vier elektrische Motoren mit je 10 PS antreibt. Der Prototyp HB-SIA besitzt bisher nicht erreichte einzigartige konstruktive und aerodynamische Eigenschaften.

Solar Impulse

Im April 2010 wurden erste Testflüge mit dem Prototypen durchgeführt.
Nun wurde der erste 24-stündige Flug unternommen, einen ganzen Tag und eine ganze Nacht lang ist die Solar Impulse HB-SIA nur mithilfe der Sonnenenergie geflogen.
Am 7. Juli um 6:51 Uhr startete der Pilot André Borschberg, CEO und Mitbegründer von “Solar Impulse” vom Flughafen Payerne in der Schweiz. Nach 26 Stunden Flugzeit mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 43 km/h (Maximalgeschwindigkeit: 126 km/h) landete der Prototyp wieder in Payerne um 9 Uhr am nächsten Tag.
Wie Piccard, Initiator und Präsident von Solar Impulse, mitteilte, konnte mit dem Flug erfolgreich nachgewiesen werden, dass der Prototyp auch Nachts mit der während des Tages gespeicherten Solarenergie fliegen kann.

Der ITER-Reaktor

ITER wird der weltweit größte Kernfusionsversuchsreaktor, wenn er 2018 wie geplant fertiggestellt ist. Er stellt wahrscheinlich den wichtigsten Schritt auf dem Weg zum ersten kommerziell betriebenen Fusionskraftwerk der Zukunft dar, in dem Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen und dabei riesige Mengen Energie freisetzen.
Bezeichnenderweise kommt der Begriff aus dem Lateinischen und bedeutet “der Weg”. Gleichzeitig steht ITER, ein Gemeinschaftsprojekt der 7 Parteien – Europäische Union, Japan, Russland, China, Süd-Korea, Indien und USA – für “International Thermonuclear Experimental Reactor” (Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor).
Die Idee für dieses bahnbrechende Projekt regte Mijail Gorbachov, Premierminister der damaligen Sowjet Union, 1985 an, um die Fusionsenergieforschung weiterzuentwickeln und zu Friedenszwecken zu nutzen.

Der Reaktor ITER wird mit einem Plasma aus Deuterium und Tritium, beides Wasserstoffisotope, eine Fusionsenergie von mehreren Hundert MW produzieren. Seine Bedeutung im Hinblick auf die Energieversorgung der Zukunft sollte dabei nicht unterschätzt werden.
Denn die Kernfusion stellt die effizienteste Energiequelle überhaupt dar.
Sie ist noch effizienter als die Kernspaltung, in jedem Fall wesentlich effizienter als die Art der Energiegewinnung durch Verbrennen fossiler Rohstoffe. Im Rahmen der Kernfusion sind nur vergleichsweise winzige Mengen Brennstoff erforderlich, um riesige Mengen Energie zu gewinnen. Außerdem entsteht bei dem Prozess der Kernfusion kein Kohlendioxid, was in Zeiten eines fortschreitenden Klimawandels von unschätzbarer Bedeutung ist.

ITER-Tokamak mit Plasma

Ende Mai wurde aber im Fachmagazin “Nature” berichtet, dass insbesondere die Mitgliedsstaaten der EU auf einem Treffen am 26. Mai uneinig darüber waren, wie die zusätzlichen Milliarden für den Bau des Reaktors aufzubringen seien. Die EU soll nämlich mit 45 % einen Großteil der Baukosten übernehmen.
In Nature war auch davon zu lesen, dass einige europäische Staaten sogar so weit gehen würden, dass sie sich von dem Projekt zurückziehen wollten, was katastrophal für das gesamte Projekt wäre.
Unsere Forschungsministerin Annette Schavan äußerte gegenüber der Presse, dass man ITER nicht um jeden Preis unterstützen wolle. Auch der deutsche Anteil der Baukosten ist natürlich gestiegen. Einer ihrer Vorschläge laut Nature war, den ITER-Reaktor umzudesignen, vielleicht einen kleineren zu bauen.
Ein äußerst vermessener Vorschlag, wenn man berücksichtigt, dass der geplante Reaktor bereits nur halb so groß ausfallen wird, als die Forscher ursprünglich gehofft hatten.

Laut Nature hatten die europäischen Mitgliedsstaaten eine “Task Force” gebildet, in der diskutiert werden sollte, wie die höheren Kosten zu finanzieren sind. Die Runde wollte sich wöchentlich bis zum nächsten Treffen des ITER-Rats Mitte Juni treffen. Falls keine Einigung unter den EU-Mitgliedern vor dem Treffen zu finden sei, könnten die anderen sechs ITER-Mitglieder darüber entscheiden, das ITER-Ratstreffen zu verschieben, bis die EU eine Einigung erzielt hat.
Das Treffen des ITER-Rats fand aber glücklicherweise wie geplant vom 16. bis 17. Juni in Suzhou, China, statt. Das dürfte dann wohl ein positives Signal für die Zukunft des Projekts sein.

Solarzellenfeld

Die Nutzung der Sonnenenergie ist für die künftige Energieversorgung daher von besonderem Interesse. Die Sonnenenergie stellt ein nahezu unerschöpfliches Potenzial dar und ist die wesentliche Energiequelle für die Erde.
Sie entsteht im Sonneninneren durch thermonukleare Reaktionen, über den Prozess der Kernfusion, und bildet die Grundlage allen Lebens auf der Erde.
Selbst die fossilen Energieträger würden ohne die Sonnenenergie nicht existieren, sind sie doch über Jahrmillionen aus Biomasse über die Photosynthese, also unter Ausnutzung von Sonnenenergie, entstanden.
Jetzt verbrauchen wir die so wertvollen Ressourcen jedoch in winzigen Bruchteilen der Zeit, in der sie entstanden sind.

Die Kernfusion ist einer der Hoffnungsträger der Zukunft. Bis zu ihrer kommerziellen Nutzung zur Energieproduktion auf der Erde wird allerdings noch einige Zeit verstreichen.
Momentan ist die direkte Nutzung der Sonnenenergie wesentlich weiter entwickelt.

Tatsächlich liefert uns die Sonne ein Vielfaches dessen, was wir Menschen an Energie verbrauchen. Täglich erreicht ein Vieltausendfaches des menschlichen Bedarfs an Primärenergie in Form von elektromagnetischer Strahlung die Erde.
Dieses enorme Energiepotenzial kann direkt durch thermische oder elektrische Verwertung der Sonnenstrahlung genutzt werden. Sonnenstrahlung kann relativ einfach lokal direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden mittels der Photovoltaik.

Photonen, die Teilchen des Lichts, erzeugen in einem halbleitenden Material eine elektrische Spannung, die in Volt gemessen wird, daher auch der Name Photovoltaik.

Die Geschichte der Solarzelle beginnt vor etwas mehr als fünfzig Jahren in den Bell Laboratories in Murray Hill im US-amerikanischen Bundesstaat New Jersey, die Labors, denen unzählige Entdeckungen und Erfindungen entsprungen sind. Im Jahre 1954 entwickelte ein Forscherteam um D.M. Chapin, C.S. Fuller und P.L. Pearson eine Solarzelle auf der Basis des nahezu unerschöpflichen Elements Silizium, einem der häufigsten chemischen Elemente in der Erdkruste.
Diese Entdeckung markierte den Beginn der Photovoltaik.
Der erhebliche Aufwand bei der Reinigung des einkristallinen Materials und bei seiner Technologie für leistungsfähige Solarzellen beschränkte ihre Anwendung zunächst jedoch auf den Einsatz in der Raumfahrt. Gleichzeitig wurde so ihre Weiterentwicklung sehr gefördert. Erste schnelle Erfolge beim Einsatz von Solarzellen für die Energieversorgung von Satelliten führten zu einer ständigen Weiterentwicklung dieser Technologie.

IGNITOR-Reaktor

Italien und Russland planen den Bau dieses neuen Kernfusionsexperiments, IGNITOR genannt. Nach vorausgegangenen Gesprächen zwischen Italiens Premierminister Silvio Berlusconi und dem russischen Premierminister Vladimir Putin unterzeichneten Minister beider Länder letzten Montag ein diesbezügliches Memorandum.

Die Idee zum Bau dieses Reaktors stammt von dem italienischen Plasmaphysiker Bruno Coppi vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, USA. Er brachte die Idee bereits in den 1970er Jahren auf, als er Experimente im Rahmen des Alcator Fusionsforschungsprogramms am MIT durchführte, das auch von ihm initiiert worden war.
Alcator C-Mod, wie der derzeitige Reaktor heißt, ist der größte Fusionsreaktor an einer Universität in der Welt. Seit den ersten Experimenten am MIT hat Coppi – dort immer noch Professor – mit einer kleinen Gruppe von Mitarbeitern in den USA und Italien seine Vision zu Papier gebracht und weiterentwickelt. Sogar die ersten Prototyp-Bauteile wurden bereits gebaut. Das Projekt wurde von der italienischen Regierung unterstützt, was Italien bisher etwa 20 Millionen Euro gekostet hat.
Das Konzept des neuen Reaktors soll sich die jahrzehntelange Erfahrung in der Forschung an den Alcator Maschinen zunutze machen.
Zusammen mit der italienischen Nationalen Agentur für neue Technologien, Energie und Umwelt (ENEA) und dem Präsidenten des Curchatov Atomic Energy Institute aus Moskau, Evgeny Velikhov, will Coppi die endgültigen Pläne zum Bau des Reaktors fertigstellen, der in Troitsk bei Moskau gebaut werden soll.
Gemäß einer Schätzung des ENEA von 2003 sind für den Bau des IGNITOR Reaktors weitere 226 Millionen Euro vonnöten.

Es hat lange gedauert, bis Coppi seine Vision in die Tat umsetzen konnte. Jetzt will er mit dem Bau des Reaktors die generelle Machbarkeit von Plasmazündungen demonstrieren und unter Beweis stellen. Dies soll außerdem viel billiger und früher als im internationalen Versuchsreaktor ITER geschehen, in dem erst 2026 das erste Plasma gezündet wird.

ITER-Reaktor

Das Kernstück des IGNITOR-Reaktors, wie auch des ITER-Reaktors, wird ein sog. Tokamak sein, der die Tatsache ausnutzt, dass die Teilchen, aus denen das zu entzündende Plasma besteht, geladen sind.
Ein Fusionsplasma besteht aus positiv geladenen Atomkernen – in der Regel Kernen der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium – und freien Elektronen. Geladene Teilchen werden durch ein Magnetfeld abgelenkt und können so eingefangen oder eingeschlossen werden. Denn um ein heißes Plasma von mehr als 100 Millionen Grad zünden zu können, muss man es über einen ausreichend langen Zeitraum in einem begrenzten Volumen einschließen. Dies stellt allerdings ein schwieriges Unterfangen dar.
Die Wände des Gefäßes können sich bei den derart hohen Temperaturen auflösen, oder das Plasma würde sich zu schnell wieder abkühlen, was kontraproduktiv ist.
Damit dies nicht geschieht, muss das Plasma von den Wänden des Behältnisses, in dem es sich befindet, ferngehalten werden. Dies geschieht durch sehr starke Magnetfelder in den Tokamaks.
Tokamaks besitzen eine Torusform. Der magnetische Käfig entsteht hier aus der Überlagerung eines ringförmigen Feldes, das durch äußere elektromagnetische Spulen erzeugt wird, mit einem zweiten magnetischen Feld, das von einem Strom im Plasma generiert wird. Auch der Alcator C-Mod am MIT, der als wissenschaftliche Grundlage für den neuen IGNITOR-Reaktor gilt, gehört zu der Klasse der Tokamaks.

Die National Ignition Facilty.

Der Klimawandel, der unser aller Lebensgrundlagen bedroht, und ein immer schneller ansteigender Weltenergiebedarf erfordern neue alternative Wege der Energieerzeugung. Die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle, auf deren Verbrennung derzeit die Energieversorgung der Menschheit in erster Linie beruht, gehen nicht nur rapide dem Ende zu, ihre Verbrennung erzeugt auch Kohlendioxid, welches in der Erdatmosphäre angereichert den Treibhauseffekt und damit den Klimawandel immer weiter vorantreibt.

Wir brauchen alternative, saubere und effizientere Energieerzeugungsmethoden. Der Prozess der Kernfusion verspricht in dieser Hinsicht viel.
Die Kernfusion ist die effizienteste Energieerzeugungsmethode überhaupt und eine der saubersten. Bei dem Prozess der Kernfusion entsteht kein klimaschädliches Kohlendioxid. Im Gegensatz zur Kernspaltung werden bei der Fusion kaum radioaktive Abfälle erzeugt, und sie ist außerdem sicherer. Darüber hinaus ist der Hauptbrennstoff Deuterium (bzw. Deuteriumkerne, die Kerne schweren Wassers bestehend aus einem Proton und einem Neutron) auf der Erde im Prinzip grenzenlos vorhanden, vor allem gebunden im Wasser der Ozeane.

Das NIF-Lasersystem.

Was liegt da näher, als alles daran zu setzen, schnellstmöglich die Kernfusion auf der Erde kommerziell zu nutzen, bevor die Probleme ganz aus dem Ruder laufen, auch wenn der Weg dahin noch weit scheint. Viele Wissenschaftler gehen davon aus, dass Kernfusionskraftwerke erst frühestens ab Mitte dieses Jahrhunderts kommerziell nutzbar sein könnten.

Die ersten erfolgreichen Experimente, die kürzlich am weltgrößten und energiereichsten Laser aller Zeiten, an der National Ignition Facility (NIF) am kalifornischen Lawrence Livermore Laboratory (LLNL), durchgeführt wurden, könnte dies vielleicht beschleunigen und das Ziel der wirtschaftlichen Nutzung der Kernfusion in nähere Zukunft rücken.

Die Targetkammer.

Nicht nur der erste Kernfusionstestreaktor ITER, der in Cadarache in Frankreich gebaut wird, auch die laserinduzierte Kernfusion, wie sie an der National Ignition Facility (NIF) erprobt wird, sind wichtige Schritte auf dem Weg zur grenzenlosen Energie für alle.
Auch wenn das LLNL ursprünglich zu militärischen Zwecken gegründet wurde und die NIF das US-Kernwaffenarsenal versorgen und unterstützen soll, so besteht doch ein erklärtes Ziel der Wissenschaftler auch darin, der friedlichen Nutzung der Kernfusion zum Durchbruch zu verhelfen und den Nachweis zu erbringen, dass die Kernfusion grenzenlos saubere klimaneutrale Energie liefern kann.

Nach 12 Jahren Bauzeit war die NIF, die rund 3,5 Milliarden Dollar gekostet hat, im Mai 2009 eingeweiht worden. Untergebracht in einem 26 m hohen Gebäude ist die NIF, die sich über eine Fläche von drei Fußballfeldern erstreckt, das größte und energiereichste Lasersystem der Welt. Laut Aussage von LLNL-Forschern wird das System mindestens 60 mal mehr Energie liefern als jedes bisherige Lasersystem auf der Welt.
In der NIF werden 192 Laserstrahlen über eine enorme Strecke von 1500 Metern von ihrem Ursprung in einem Master-Oszillatorraum, von welchem aus das gesamte NIF-Lasersystem gespeist wird, bis zum Zentrum der Targetkammer, in der die Strahlen fokussiert werden und die Fusion ausgelöst werden soll, immer weiter verstärkt.
In nur 5 Millionstel einer Sekunde wächst die Energie der Laserstrahlen exponentiell von einem Milliardstel Joule auf mehrere Millionen Joule an.

Daher versucht man sich bestimmte Eigenschaften des Plasmas zunutze zu machen, um das Problem zu lösen. Eine und derzeit die wohl gängigste Methode nutzt die Tatsache, dass geladene Teilchen, wie sie im Plasma vorhanden sind, von Magnetfeldern abgelenkt werden. Sehr starke Magnetfelder können so dazu dienen, das Plasma in einem begrenzten Volumenbereich quasi einzuschließen. Doch auch bei den am weitesten entwickelten Reaktormodellen, dem Tokamak und dem Stellarator, entstehen immer wieder Lecks im magnetischen Einschluss durch Turbulenzen im Plasma.

Forscher um Jay Kesner vom MIT und Michael Mauel von der Columbia Universität in den USA nutzen nun im Rahmen eines neuartigen Experiments, dem Levitated Dipole eXperiment (LDX) gerade diese auftretenden Plasmaturbulenzen, um das Plasma besser einschließen zu können. Dabei machen sie sich einen Effekt zunutze, der in der Magnetosphäre der Erde und anderer Planeten beobachtet wurde und „turbulent inward pinch“ (turbulente nach innen gerichtete Einschnürung) genannt wird.
Die Erde und ihre Planeten können mit ihrem magnetischen Dipolfeld heiße ionisierte Materie, also Plasma, auch bei hohem Druck in ihrer Nähe konzentrieren.
Durch Fluktuationen in der Sonnenaktivität werden die ionisierten Teilchen Richtung Erde getrieben, wo sich die Teilchendichte erhöht.

Für die Verdichtung macht man Turbulenzen verantwortlich, die von den Schwankungen im Sonnenwind erzeugt werden und in einem magnetischen Dipolfeld nicht zu einer diffusen Ausbreitung, sondern zu einem Einfang der Teilchen führt, zu einem Maximum der Teilchendichte.
Im Rahmen der Voyager II Mission wurde in den späten 1980er Jahren entdeckt, dass Plasma durch Jupiters Magnetosphäre eingeschlossen wird.
Dies inspirierte den damals an den Bell Laboratories in den USA beschäftigten Physiker Akira Hasegawa, diesen Effekt für die Kernfusion zu nutzen und ein Fusionsplasma mit dem Feld eines magnetischen Dipols einzuschließen.
Dipolmagnete könnten Plasmen effizienter und mit schwächeren Magnetfeldern einschließen als dies in Tokamaks oder anderen Fusionsvorrichtungen der Fall ist.

Im Fachmagazin “Nature Physics” berichten nun Forscher um Michael Mauel von der Columbia Universität in einem Artikel vom 24.01.2010 über die ersten Laborexperimente, bei denen ein starker schwebender supraleitender Magnet dazu verwandt wird, ein extrem heißes Plasma einzuschließen.