Das auf Kernfusion spezialisierte Start-up Inertia Enterprises erklärte, es habe die für die Herstellung der Brennstoffkapseln erforderliche Zeit in einigen Prozessphasen von mehreren Tagen auf Minuten verkürzt. Unter Einbeziehung des gesamten Prozesses dauere die Herstellung einer einzelnen Kapsel nun statt einer Woche oder mehr etwa zwei bis drei Stunden. Nach Ansicht des Unternehmens beseitigt diese Entwicklung eines von zehn Hindernissen, die es überwinden muss, bevor es ein kommerzielles, wirtschaftlich rentables Fusionskraftwerk bauen kann.
Inertia stützt sich auf eine am National Ignition Facility (NIF) entwickelte Technologie. Dabei handelt es sich um eine komplexe Forschungseinrichtung des Lawrence Livermore National Laboratory. Die Herstellung von Brennstoffkapseln dauerte in der NIF eine Woche oder länger und war kostspielig, da die Einrichtung jährlich nur eine begrenzte Zahl von Kapseln für Versuchszwecke herstellt und nicht zur Versorgung eines Kraftwerks im industriellen Maßstab.
Vom Versuchsmodell zu einem industriell herstellbaren Prozess
Jeff Lawson, Mitgründer und CEO des Unternehmens, erklärte, Inertia habe die NIF-Kapseln als Prototypen betrachtet, die in ein in großen Mengen herstellbares Produkt umgewandelt werden sollten. Deshalb beauftragte das Unternehmen Industrieingenieure, darunter Mitarbeiter, die von Unternehmen wie Apple eingestellt wurden, mit der Neugestaltung des Prozesses für eine wiederholte Produktion in einer Fabrik.
Die Kapsel besteht aus einer kugelförmigen Diamanthülle, gefolgt von einer dünnen, gefrorenen Schicht aus Deuterium und Tritium, den beiden Wasserstoffisotopen, die als Fusionsbrennstoff verwendet werden. Die kristallinen Schichten enthalten ein Gasgemisch der beiden Isotope. Die Schichten müssen der idealen Kugelform äußerst nahekommen, da kleine Mängel den Zündvorgang behindern und die erzeugte Energie begrenzen können.
Anschließend wird die Kapsel mit einer Goldhülle überzogen, die als Hohlraum bezeichnet wird und Laserenergie in Röntgenstrahlung umwandelt, die den Brennstoff komprimiert. Wenn der Prozess erfolgreich ist, verschmelzen die Atome und setzen Energie frei. Inertia musste die Herstellung daher beschleunigen, ohne sich zu weit von den physikalischen Eigenschaften zu entfernen, die durch die NIF-Experimente nachgewiesen wurden.
Was ändert sich praktisch?
Nach mehreren Entwicklungsrunden erklärte das Unternehmen, es habe die Kristalle nun in etwa 30 Minuten wachsen lassen können, statt in einer Zeitspanne, die in der NIF bis zu einer Woche dauern konnte. Außerdem entwickelte es den Prozess in Zusammenarbeit mit der NIF im Rahmen einer öffentlich-privaten Partnerschaft weiter und erklärte, er sei auf ein industrielles Niveau skalierbar.
Inertia plant, einen Laser einzusetzen, dessen Leistung viermal höher ist als die des derzeit in der NIF vorhandenen Lasers. Nach Angaben des Unternehmens verschafft ihm die zusätzliche Energie einen größeren Spielraum, der die Akzeptanz eines gewissen Maßes an Mängeln in den Kapseln erlaubt, was ebenfalls zur Verkürzung der Herstellungszeit beigetragen hat. Laut Lawson ist die Erhöhung der Laserleistung Teil der Unternehmensstrategie, bei den übrigen Systemkomponenten einen betrieblichen Spielraum zu schaffen.
Auswirkungen der Verkürzung auf Tritium und die Größe des Kraftwerks
Die Beschleunigung der Kapselherstellung wirkt sich nicht nur auf die Produktivität aus. Tritium ist ein radioaktiver Stoff, der beim Umgang besondere Sorgfalt erfordert, und zudem teuer: Der Preis pro Gramm liegt bei etwa 30.000 US-Dollar, während der weltweite Vorrat laut der Zeitschrift Science nur etwa 25 Kilogramm beträgt.
Inertia beabsichtigt, mithilfe von Fusionsreaktionen eigenes Tritium zu erzeugen, wird für den Betriebsbeginn jedoch einen Anfangsvorrat benötigen. Eine Verkürzung der Herstellungszeit der Kapseln begrenzt die Menge an Tritium, die zu jedem Zeitpunkt vorgehalten werden muss. Das Unternehmen erwartet, dass sein groß angelegtes kommerzielles Kraftwerk zehn Brennstoffkapseln pro Sekunde verbrauchen wird. Dadurch werden Herstellungs- und Lagerdauer zu praktischen Faktoren, die die Größe und Effizienz der Anlage beeinflussen, allein jedoch nicht die übrigen Herausforderungen auf dem Weg zu einem rentablen Kraftwerk lösen.