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Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

Für Konsolen-Talk gibt es natürlich auch einen Raum ohne nerviges Gedöns oder Flamewar im Freiraum!
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  1. Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: tingelchen 12.12.15 - 14:13

    D.h. es wäre eigentlich besser wenn man den Reaktor mit reinem Deuterium betreibt?

    > Bei der Fusion von Deuterium mit Deuterium entstehen entweder ein
    > Helium-3-Atom und ein Neutron oder ein Tritium-Atom und ein Proton.

    In sofern würde der Reaktor mit reinem Deuterium sowohl Tritium als auch Helium-3 erzeugen. Welche natürlich auch wieder im Plasmafluß enthalten sind und daher ebenfalls mit Deuterium fusionieren würde. Der Reaktor versorgt sich praktisch selber, bis ein Material entsteht das bei den Temperaturen nicht mehr fusionieren kann.

    Oder landet das Helium 3 und Tritium an der Reaktorwand?

    Ein zweiter Grund ist, das Wasser eines der häufigsten Elemente im Universum ist. Man findet es in rauen Mengen nicht nur auf der Erde sondern auf Meteoren, Kometen und natürlich auch auf anderen Monden bzw. Planeten. Unter anderem gleich in unserem eigenen Sonnensystem.

    Geht man also davon aus das wir in 100 Jahren auch in der Raumfahrt deutlich weiter sind, Rückt der Abbau von Rohstoffen innerhalb unseres Sonnensystems deutlich näher und die Deuterium Vorkommen reichen ja locker für die nächsten 100 bis 150 Jahre. Selbst wenn sich der Energiebedarf verhundertfachen sollte.


    Bleibt am Ende also die Frage.. wie einfach lässt sich das Deuterium aus dem Wasser gewinnen?

  2. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 12.12.15 - 14:22

    tingelchen schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > D.h. es wäre eigentlich besser wenn man den Reaktor mit reinem Deuterium
    > betreibt?
    Am besten währe es, wenn man sich von solchem Schwachsinn mal langsam verabschiedet, und endlich mal auf die einzige Energiequelle setzt, die noch freudig für ein paar Milliarden Jahre zur Verfügung stehen wird?

  3. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 12.12.15 - 14:27

    Ist nicht sonderlich schwierig. Der Wasserstoff von schwerem Wasser besteht aus Deuterium. Ich glaube die beliebteste Methode zur Zeit ist Destillation. (Schweres Wasser verdampft etwas weniger leicht, als leichtes Wasser.) Man kann es auch durch Elektrolyse anreichen, in dem Wasser das bei der Wasserstoffelektrolyse übrig bleibt reichert sich langsam schweres Wasser an. So wurde z.B. im zweiten Weltkrieg in Norwegen schweres Wasser produziert und später per U-boot nach Deutschland gebracht.

    99,9% schweres Wasser kann man jederzeit zum Beispiel hier bestellen:

    http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/151882?lang=en&region=US

    In kleinen Mengen kostet es etwa 1000 Euro pro kg, in größeren Mengen dürften es etwa 500 Euro sein. (Bei 4kg sind es schon nur noch 800 Euro) Schweres Wasser besteht (nach Gewicht) zu 20% aus Deuterium.

    In großen Mengen dürfte Deuterium (in schwerem Wasser) für etwa 2,5Mio Euro pro Tonne zu haben sein (also 5 Tonnen schweres Wasser). Es wird auch Tonnenweise hergestellt, weil es für den Bau und Betrieb von Schwerwasserreaktoren gebraucht wird.

  4. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: zilti 12.12.15 - 14:50

    Also Kernfusion?

  5. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Eheran 12.12.15 - 14:53

    Warum sollte eine Kleinmenge 1mio¤/t (1k¤/kg) kosten, eine Großmenge hingegen 2,5mio. ¤/t?

    Ansonsten spielt der Preis oder die Gewinnung von Deuterium zur (Fusions-)Energiegewinnung absolut keine Rolle. Wen interessieren 1000¤ Kosten für den Brennstoff, wenn man damit >10GWh Energie erzeugen kann?
    Braunkohle hat etwa 2,2kWh/kg - für 10GWh sind das 4500t. Da müsste die Kohle nur grob 20cent pro tonne kosten um vergleichbar zu sein.

  6. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 12.12.15 - 14:56

    Das eine ist schweres Wasser, das andere Deuterium. In einer Tonne schwerem Wasser sind nur 200kg Deuterium.

  7. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Eheran 12.12.15 - 14:58

    Achso, daher der Unterschied. In meinem Beispiel habe ich natürlich mit 200g D2 aus 1kg D2O gerechnet.

  8. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 13.12.15 - 17:56

    zilti schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Also Kernfusion?
    Ja, allerdings funktioniert diese "Kernfusionsanlage" schon einwandfrei, und in viel größerem Stil als hier auf der Erde möglich. Warum also nicht nutzen?

  9. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: picaschaf 13.12.15 - 21:03

    m9898 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > zilti schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Also Kernfusion?
    > Ja, allerdings funktioniert diese "Kernfusionsanlage" schon einwandfrei,
    > und in viel größerem Stil als hier auf der Erde möglich. Warum also nicht
    > nutzen?

    Sie wird bereits genutzt, stell dir vor! Es soll aber auch angeblich Anwendungsfälle geben bei denen keine Sonne vorhanden ist. Außerdem ist der Wirkungsgrad ein kleines bisschen besser die Energie der Fusion direkt zu nutzen anstatt das weit gereiste, durch die Atmosphäre gedämpfte Licht in Solarzellen mit max. 10-15% Wirkungsgrad zu jagen - die im Übrigen irgendwo in einer Holzhütte in Sechuan produziert werden.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 13.12.15 21:03 durch picaschaf.

  10. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Dwalinn 14.12.15 - 12:28

    Und das Licht wird einfach so in Strom umgewandelt? Nicht zu vergessen das Problem den Strom zu Speicher bzw. über weit entfernte Strecken zu transportieren .

  11. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 14.12.15 - 20:44

    Dwalinn schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Und das Licht wird einfach so in Strom umgewandelt?
    Ähm, da gab es im 19. Jahrhundert mal so einen gewissen Herrn Becquerel, der das entdeckte, und ein Jahrhundert später diesen Herrn Einstein, der für die Erklärung dieses Effekts einen Nobelpreis bekam.
    Immer diese alten Wissenschaftskamellen, muss man heutzutage auch nicht mehr wissen...

    > Nicht zu vergessen das
    > Problem den Strom zu Speicher bzw. über weit entfernte Strecken zu
    > transportieren .
    Lächerlich. Hat heutzutage jeder ein AKW im Garten, oder muss der Strom da etwa auch über "weit entfernte Strecken" transportiert werden?
    Energiespeicher gehören jetzt auch nicht mehr wirklich zu den größten Herausforderungen des Jahrhunderts: https://de.wikipedia.org/wiki/Energiespeicher

  12. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 14.12.15 - 21:03

    picaschaf schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Sie wird bereits genutzt, stell dir vor! Es soll aber auch angeblich
    > Anwendungsfälle geben bei denen keine Sonne vorhanden ist.
    Wo? In Alaska während der Winterzeit? Gut, da stimme ich dir zu, die könnten einen kleinen Fusionsreaktor vielleicht gebrauchen. Oder schlicht ein Wasserkraftwerk, oder ein Windkraftwerk.
    > Außerdem ist der
    > Wirkungsgrad ein kleines bisschen besser die Energie der Fusion direkt zu
    > nutzen anstatt das weit gereiste, durch die Atmosphäre gedämpfte Licht in
    Jetzt übertreib nicht, es ist trotzdem selbst in unseren Breiten fast 1kW pro Quadratmeter. Die Solarenergie kann aber auch indirekt genutzt werden, als Wasserkraft, oder Windkraft zum Beispiel. Der Wirkungsgrad kann einem dabei doch glatt egal sein, oder muss hier irgendjemand Jährlich den Wasserstoffverbrauch der Sonne bezahlen?
    > Solarzellen mit max. 10-15% Wirkungsgrad zu jagen - die im Übrigen irgendwo
    > in einer Holzhütte in Sechuan produziert werden.
    Warum wird der Wirkungsgrad von Solarzellen eigentlich immer mit einer so negativen Konnotation erwähnt? Erstens liegt der Wirkungsgrad von wirtschaftlich herstellbaren Single-Junction Zellen aktuell bei knapp 25%, und zweitens ist diese Größe für die Energieerzeugung sowieso irrelevant. Was zählt ist der Preis pro Kilowattstunde, und da ist eine Photovolaikanlage unschlagbar günstig.
    Was die Holzhütte in Sechuan angeht, muss ich dich leider auch etwas enttäuschen. Bei chinesischen Solarzellenherstellern sieht es im Werk kaum anders aus, als bei Deutschen. Außer, dass die Ingenieure und Physiker dort keine Ausländer sind.

  13. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Eheran 14.12.15 - 21:19

    >Der Wirkungsgrad kann einem dabei doch glatt egal sein, oder muss hier irgendjemand Jährlich den Wasserstoffverbrauch der Sonne bezahlen?
    Die Solarzelle muss zum einen hergestellt werden, zum anderen hält sie nicht ewig.
    Des weiteren braucht man einen sehr aufwändigen und teuren Wechselrichter um die Energie im Alltag nutzen zu können. Der kann auch mal kaputt gehen.
    Da muss schon eine Grüne Zahl am Ende stehen, wenn ich auf 20 Jahre Laufzeit rechne. Und die hängt eben mit der Effizienz zusammen.

    >Single-Junction Zellen aktuell bei knapp 25%,
    Dafür benötigt deren Herstellung massiv viel mehr Ressourcen als Polykristalline mit nicht viel weniger Wirkungsgrad.

    >Bei chinesischen Solarzellenherstellern sieht es im Werk kaum anders aus
    Weder beginnt, noch endet die Kette im Werk. Es müssen Ausgangsstoffe geliefert werden und es müssen die Abfallstoffe entsorgt werden. Letzteres ist in China einfach durch ein Rohr in die Umwelt erledigt, in Deutschland hingegen durch aufwändige Filteranlagen wie z.B. Scrubber hinter den CVD oder Staubfilter hinter den Lasern. Die sind teuer und Fehleranfällig (=Stillstandszeiten).

  14. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 15.12.15 - 00:24

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > >Der Wirkungsgrad kann einem dabei doch glatt egal sein, oder muss hier
    > irgendjemand Jährlich den Wasserstoffverbrauch der Sonne bezahlen?
    > Die Solarzelle muss zum einen hergestellt werden, zum anderen hält sie
    > nicht ewig.
    > Des weiteren braucht man einen sehr aufwändigen und teuren Wechselrichter
    > um die Energie im Alltag nutzen zu können. Der kann auch mal kaputt gehen.
    > Da muss schon eine Grüne Zahl am Ende stehen, wenn ich auf 20 Jahre
    > Laufzeit rechne. Und die hängt eben mit der Effizienz zusammen.
    Das Argument ist gefühlt älter als die Photovoltaik...
    Aufwändige und teure Leistungselektronik (Wobei Wechselrichter weder wirklich teuer, noch aufwändig sind) wird von jeder Form von Kraftwerk benötigt.
    Die Energie, die ein Solarpanel vom Sandkorn bis zum Recycling benötigt, produziert es in ca. 2-3 Jahren, bei einer Lebensdauer von weit über 20 Jahren (Gerade bei Monokristallinen).

    > Weder beginnt, noch endet die Kette im Werk. Es müssen Ausgangsstoffe
    > geliefert werden und es müssen die Abfallstoffe entsorgt werden.
    > Letzteres ist in China einfach durch ein Rohr in die Umwelt erledigt, in Deutschland
    > hingegen durch aufwändige Filteranlagen wie z.B. Scrubber hinter den CVD
    > oder Staubfilter hinter den Lasern. Die sind teuer und Fehleranfällig
    > (=Stillstandszeiten).
    Und wo ist hier bitte der große Dealbreaker versteckt? Dann kauf halt in Deutschland oder Amerika produzierte Panel, gibt ja noch genug Firmen.

  15. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Eheran 15.12.15 - 08:50

    >Und wo ist hier bitte der große Dealbreaker versteckt?
    Kämpf nicht gegen einen Strohmann. Ich habe nur gesagt, wo das Problem mit chinesischer Produktion ist. Denn du meintest, dass es "im Werk" gleich wäre. Ich habe überhaupt nichts davon gesagt, dass man nicht auch anderswo kaufen kann. Wird halt teurer.

    >produziert es in ca. 2-3 Jahren, bei einer Lebensdauer von weit über 20 Jahren (Gerade bei Monokristallinen).
    Gerade Monokristalline benötigen viel mehr Energie als alle anderen.
    Polykristalline viel mehr energie als Amorphe.
    Und Amorphe sind vom Wirkungsgrad wieder bei <<10%, amortisieren sich energetisch aber rein von der Herstellung tatsächlich etwa in der Zeit.

    Aber selbst wenn du den Gedanken weiter spinnen würdest und alle plötzlich viel Geld hätten für Photovoltaik: Die meiste Energie wird dann erzeugt, wenn man sie nicht braucht. Und keine Energie dann, wenn man die Meiste braucht. Die ganzen konventioniellen Kraftwerke müssen also weiterhin vorhanden sein. Und werden durch die ggf. deutlich geringe Auslastung bei einem theoretischen großen Photovolatikanteil viel teurer als jetzt. Womit der Strom teurer wird.

  16. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 15.12.15 - 17:45

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ich habe überhaupt nichts davon gesagt, dass man nicht auch anderswo
    > kaufen kann. Wird halt teurer.
    Eben nicht. die 8-10 cent pro kWh bezogen sich auf die Angabe einer deutschen Solarfirma, die ihre Zellen auch hier in Deutschland produziert.

    > Gerade Monokristalline benötigen viel mehr Energie als alle anderen.
    > Polykristalline viel mehr energie als Amorphe.
    > Und Amorphe sind vom Wirkungsgrad wieder bei <<10%, amortisieren sich
    > energetisch aber rein von der Herstellung tatsächlich etwa in der Zeit.
    Nein, Monokristalline Zellen amortisieren sich energetisch in unseren Breitengraden in ca. 2-3 Jahren. Für amorphe und Polykristalline kenne ich keine Zahlen, aber das wird wohl in einem ähnlichen Bereich liegen.
    Wobei ich nicht ganz nachvollziehen kann, wo bei der Herstellung von polykristallinem Silizium jetzt solche Unmengen an Energie eingespart würden. Schließlich ist der Herstellungprozess bis zum Schmelzen des Reinstsiliziums haargenau identisch.

    > Aber selbst wenn du den Gedanken weiter spinnen würdest und alle plötzlich
    > viel Geld hätten für Photovoltaik: Die meiste Energie wird dann erzeugt,
    > wenn man sie nicht braucht. Und keine Energie dann, wenn man die Meiste
    > braucht.
    Das stimmt zum einen so nicht, wenn man sich mal den Lastverlauf eines durchschnittlichen Kraftwerks so ansieht: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Lastprofil_EWE_Frühjahr_mit_Kraftwerkseinsatz_schematisch.svg
    Zum anderen kann man die Energie gerade bei dezentraler Stromversorgung super mittels Blei- und LiFePo4-Akkus zwischenspeichern. Im größeren Stil gibt es dann noch Pumpspeicherkraftwerke, Power-to-Gas und schlicht Kraftwerke, die rund um die Uhr Strom erzeugen können, wie Wind- und Wasserkraftwerke.

    > Die ganzen konventioniellen Kraftwerke müssen also weiterhin
    > vorhanden sein. Und werden durch die ggf. deutlich geringe Auslastung bei
    > einem theoretischen großen Photovolatikanteil viel teurer als jetzt.
    Und für welchen Fall müssen alle konventionelle Kraftwerke weiter betrieben werden? Ein paar Gaskraftwerke als Fallback, aber ansonsten?

  17. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Eheran 15.12.15 - 18:00

    >Und für welchen Fall
    Wenn es dunkel ist, z.B. im Winter, der Wind nicht weht, z.B. Winter, aber dennoch viel Energie benötigt wird, z.B. im Winter.
    Ich hoffe das ist ausreichend deutlich. Ansonsten scheint dir das grundlegend nicht zugänglich zu sein, was das Problem mit dieser schwankenden Erzeugung ist.
    Und nein, weder Akkus noch Pumpspeicher sind für mehr als ein paar Minuten sinnvoll machbar bzw. vorhanden.

  18. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 15.12.15 - 20:25

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > >Und für welchen Fall
    > Wenn es dunkel ist, z.B. im Winter, der Wind nicht weht, z.B. Winter, aber
    > dennoch viel Energie benötigt wird, z.B. im Winter.
    Und was ist knapp 5000 Km weiter Südlich im Winter? Sommer.
    Aber mal abgesehen davon, gibt es das von dir erwähnte Problem gar nicht: http://www.pv-magazine.de/nachrichten/details/beitrag/photovoltaik-und-windkraft-auch-im-winter-spitze_100013592/
    > Ich hoffe das ist ausreichend deutlich. Ansonsten scheint dir das
    > grundlegend nicht zugänglich zu sein, was das Problem mit dieser
    > schwankenden Erzeugung ist.
    Mir ist dieses Problem sehr wohl zugänglich. Soll ich dir jetzt die Probleme von Kernfusion zugänglich machen, die du aktuell wohl auch nicht so ganz verstanden hast?
    Dagegen ist das Problem mit der Energiespeicherung quasi nicht existent. Technische Lösungen gibt es schon lange, es fehlt an Investitionen und Zustimmung in der Bevölkerung (*hüstel*Südlink*hüstel*).

    > Und nein, weder Akkus noch Pumpspeicher sind für mehr als ein paar Minuten
    > sinnvoll machbar bzw. vorhanden.
    Quellen? Andere sehen das anders:
    https://www.vde.com/de/fg/ETG/Arbeitsgebiete/V2/Aktuelles/Oeffenlich/Seiten/StudieSpeicherungsbedarf.aspx
    https://de.wikipedia.org/wiki/Energiespeicher#Speicherbedarf_durch_die_Energiewende

  19. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: Eheran 15.12.15 - 20:45

    >Aber mal abgesehen davon, gibt es das von dir erwähnte Problem gar nicht:
    Kennst du denn die Bedeutung von "bis zu"? Oder kennt man die nur bei Internetanbindungen?
    An einem sonnigen, windigen Wintertag decken die Erneuerbaren bis zu 25%.
    An einem bewölkten, windstillen Tag? Genau, so ziemlich nichts.
    Was muss man dann vorhalten, um den Energiebedarf zu decken?

  20. Re: Wie einfach gewinnt man Deuterium aus Wasser?

    Autor: m9898 16.12.15 - 11:18

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > An einem sonnigen, windigen Wintertag decken die Erneuerbaren bis zu 25%.
    > An einem bewölkten, windstillen Tag? Genau, so ziemlich nichts.
    > Was muss man dann vorhalten, um den Energiebedarf zu decken?
    Die Erneuerbaren decken deshalb nur "bis zu", weil sie aktuell viel zu schwach ausgebaut sind. Die paar Tage im Jahr, in denen es in ganz Deutschland bewölkt und windstill ist kann man immer noch mit Wasserkraft und Gaskraftwerken, die von in Tagen mit Energieüberschuss gespeichertem Methangas betrieben werden.

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