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Deuterium und Tritium

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  1. Deuterium und Tritium

    Autor: Wiggy 04.03.16 - 14:34

    Mahlzeit,

    mal ne Frage an die Experten hier:
    Wo kommen denn das Deuterium und Tritium eigentlich her? Und wie viel braucht man da eigentlich? Um welche Größenordnungen geht es denn da?

    Als Pro-Argument für die Fusion wird ja gerne genannt, dass man da nur Wasserstoff braucht, "das häufigste Element im Universum". Aber bei uns hier unten kommt der doch überwiegend gebunden und damit für die Fusion nicht nutzbar vor; und noch viel seltener in Form dieser Isotope... Müsste man also wohl künstlich herstellen, und was ich das so bei Wikipedia lese an Möglichkeiten, ist das alles auch nicht wirklich prickelnd. Alles großer Aufwand, oder mit Beteiligung giftiger Chemikalien, oder es ist Abfallprodukt herkömmlicher Kernkraftwerke...

    Wenn die Kernfusion mal irgendwann tatsächlich im großen Stil ausgerollt werden sollte, wo bekommt man denn dann das dafür nötige Deuterium und Tritium her? Möglichst ohne großen Aufwand, sauber und möglichst unerschöpflich?

    Grüße!

  2. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: Psy2063 04.03.16 - 14:52

    Deuterium klingt mit 0,015% Gesamtanteil am Wasserstoff erst mal nicht viel, aber wenn man bedenkt aus wie viel Wasser (und somit auch Wasserstoff) unser Planet besteht ist es doch eine ziemlich große und recht einfach per destillation aus Schwefelwasserstoff zu gewinnende Menge.

    Tritium gewinnt man wohl am einfachsten, in dem man Lithium mit Neutronen bestrahlt, ich vermute mal auf Tritium als Abfallprodukt aus Kernreaktorkühlwasser will man eher nicht zurückgreifen.

  3. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: Wiggy 04.03.16 - 15:46

    Psy2063 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Deuterium klingt mit 0,015% Gesamtanteil am Wasserstoff erst mal nicht
    > viel, aber wenn man bedenkt aus wie viel Wasser (und somit auch
    > Wasserstoff) unser Planet besteht ist es doch eine ziemlich große und recht
    > einfach per destillation aus Schwefelwasserstoff zu gewinnende Menge.
    Das ist es doch. Der Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, bringt der uns doch für die Fusion erstmal genau garnix. Den müsste man erstmal mit beträchtlichem Energieaufwand per Elektrolyse erzeugen oder meinetwegen über Destillation von Schwefelwasserstoff... und wo nimmt man letzteren her in großen Mengen?
    Muss ich mir erstmal über wieder energieeintensive Prozesse herstellen (oder Prozesse mit noch mehr giftigen Chemikalien). Am besten aus Erdöl extrahieren :)
    Außerdem: Will man damit unbedingt rumhantieren, stinkend und scheiß-gifitg? Und Destillieren ist auch Aufwand, sowohl technisch als auch energetisch. Das ist zwar rein chemisch auch im großen Maßstab vielleicht ein einfacher Prozess, aber ich dachte, das Ziel ist "saubere", unerschöpfliche Energie?

    Mal abgesehen davon, was es mit dem Wirkungsgrad anstellt, wenn ich zusätzlich zu den gigantischen Mengen an Energie, die ich zum Starten der Fusion sowieso schon reinpumpen muss, auch noch für die Herstellung der Ausgangsstoffe reinbuttern muss. Mag ja sein, dass das unter'm Strich keine Rolle spielt, aber das Thema ist ja in keinem Artikel über Fusion wirklich angesprochen.

    > Tritium gewinnt man wohl am einfachsten, in dem man Lithium mit Neutronen
    > bestrahlt.
    Ist das "einfach"? Ernstgemeinte Frage... für mich heisst das:
    1. Man ist angewiesen auf Lithium. Das ist endlich, wird uns ja wegen der ganzen Akkus sowieso schon irgendwann schon knapp. Da wird's dann schon wieder eng mit "unerschöpflich".
    2. Man braucht Neutronenstrahlung, die fällt auch nicht vom Himmel (naja, genaugenommen tut sie genau das schon, aber das bisschen kosmische Strahlung reicht nicht).

    Ich lese immer nur "Fusion ist toll, weil da braucht man nur Wasserstoff, und der ist in quasi unbegrenzter Menge überall im Universum vorhanden; und sie ist sauber, weil es kommt nix Giftiges vorne rein und nix Giftiges hinten dabei raus."

    Wenn ich dann aber sehe, dass man die Ausgangsstoffe erstmal in mehr oder weniger aufwändigen Prozessen, in denen entweder kostbare Rohstoffe, giftige Chemikalien, große Mengen Energie oder Strahlung involviert sind, dann passt das nicht zusammen.

    Ich bin sicher, dass die vielen schlauen Köpfe, die an der Kernfusion forschen, das alles bestens durchgerechnet und bedacht haben, aber die gefilterten Versionen, die über die Presse dann zu uns Normalos durchdringen, haben IMHO alle diesen o.g. Widerspruch. In keinem der Artikel wird erklärt, wie viel "Brennstoff" so ein Reaktor mal brauchen wird und wo der genau herkommen soll.

    Drum würde es mich freuen, wenn ein wirklich Kundiger mal erklärt:
    1. Welche Mengen Deuterium und Tritium muss man sich denn vorstellen, wenn man beispielsweise einen funktionsfähigen Fusionsreaktor hätte, der leistungsmäßig ein gängiges Atomkraftwerk ersetzt? Ich hab da überhaupt kein Gefühl für die Größenordnung. Braucht man da Tonnen am Tag oder reicht 1kg für ein Jahr?
    2. Wie ist großserienmäßig die Gewinnung dieser Ausgangsstoffe angedacht, wenn man mal davon ausgeht, dass Kernfusion irgendwann flächendeckend ausgerollt wird?

    Grüße,
    Wiggy

  4. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: MartinKrull 04.03.16 - 15:55

    Wiggy schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Drum würde es mich freuen, wenn ein wirklich Kundiger mal erklärt:
    > 1. Welche Mengen Deuterium und Tritium muss man sich denn vorstellen, wenn
    > man beispielsweise einen funktionsfähigen Fusionsreaktor hätte, der
    > leistungsmäßig ein gängiges Atomkraftwerk ersetzt? Ich hab da überhaupt
    > kein Gefühl für die Größenordnung. Braucht man da Tonnen am Tag oder reicht
    > 1kg für ein Jahr?
    > 2. Wie ist großserienmäßig die Gewinnung dieser Ausgangsstoffe angedacht,
    > wenn man mal davon ausgeht, dass Kernfusion irgendwann flächendeckend
    > ausgerollt wird?
    >
    > Grüße,
    > Wiggy

    Ich Zietiere einfach mal:
    "Ein Gramm Brennstoff könnte in einem Kraftwerk 90.000
    Kilowattstunden Energie freisetzen"

    "Etwa 35 Gramm Brennstoff pro Stunde verbraucht ein Kraftwerk von
    1000 Megawatt elektrischer Leistung."
    Wären also beim Dauerbetrieb im Jahr 306 KG für 1000 Megawatt.

    Quelle: https://www.ipp.mpg.de/46293/fusion_d.pdf



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 04.03.16 15:57 durch MartinKrull.

  5. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: mnementh 04.03.16 - 16:55

    Wiggy schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Psy2063 schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Deuterium klingt mit 0,015% Gesamtanteil am Wasserstoff erst mal nicht
    > > viel, aber wenn man bedenkt aus wie viel Wasser (und somit auch
    > > Wasserstoff) unser Planet besteht ist es doch eine ziemlich große und
    > recht
    > > einfach per destillation aus Schwefelwasserstoff zu gewinnende Menge.
    > Das ist es doch. Der Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, bringt der
    > uns doch für die Fusion erstmal genau garnix. Den müsste man erstmal mit
    > beträchtlichem Energieaufwand per Elektrolyse erzeugen oder meinetwegen
    > über Destillation von Schwefelwasserstoff... und wo nimmt man letzteren her
    > in großen Mengen?
    Für die Kernfusion muss da sowieso ein Plasma draus gemacht werden, d.h. man erzeugt Temperaturen in denen sich die Molekülbindungen auflösen. IMHO könnte man das Wasser direkt reinstopfen, aber das würde den Wirkungsgrad verringern. Aber die Energie für die Elektrolyse mpsste im Vergleich zur Energie für das Plasma gering sein. Hat da jemand konkretere Zahlen?

  6. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: Datalog 04.03.16 - 20:09

    Wiggy schrieb:
    > Das ist es doch. Der Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, bringt der
    > uns doch für die Fusion erstmal genau garnix. Den müsste man erstmal mit
    > beträchtlichem Energieaufwand per Elektrolyse erzeugen

    Das ist energetisch kein Problem. Schau Dir mal die Preise für Deuterium an, das kostet in Gasflaschen nur einen Faktor 5-10 mehr als normaler Wasserstoff, der selbst schon sehr billig ist. Deuterium bekommst Du also fast schon nachgeschmissen.

    > > Tritium gewinnt man wohl am einfachsten, in dem man Lithium mit
    > > Neutronen bestrahlt.
    > Ist das "einfach"?

    Nein, ist es tatsächlich nicht. Tritium muss im Fusionsreaktor "erbrütet" werden. Dafür soll tatsächlich Lithium mit Neutronen beschossen werden. Dafür wird das Lithium im Mantel außen rum angebracht, die Neutronen gibt es frei aus dem Reaktor von den Fusionsreaktionen her.

    Das Problem dabei: Jede Fusionsreaktion (D + T) führt zu einem Neutron. Das wiederum führt fast immer zu einem Tritium-Atom, wenn es auf ein Lithium-Atom trifft. Das reicht aber nicht, weil immer Neutronen verloren gehen werden. Daher muss man es schaffen, dass teilweise mehr Neutronen entstehen oder teilweise mehr Tritium aus Lithium entsteht. Das ist angeblich theoretisch möglich, aber gezeigt hat das natürlich noch niemand.

    Und ja, Lithium ist endlich und wird auch schon für Akkus in nicht geringen Mengen "verbraucht". Aber das größere Problem ist am Ende das Tritium-Erbrüten.

    PS: Falls Du Dich fragst, woher die erste Tritium-Füllung im Reaktor kommen soll: Das muss in herkömmlichen AKWs erbrütet werden. Das alles ist und bleibt ein dreckiges Atomgeschäft.

  7. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: zampata 04.03.16 - 22:31

    Du vergisst dass man Tritium auch in einem Fusionsreaktor herstellen kann.
    Ja da gibts auch Strahlung allerdings beträgt die Halbswertzeit von Tritium (vor der Fusion) 12.5 Jahre, keine Jahrhunderte oder Jahrtausende.
    In 30 Jahren ist bereits 75 % verklungen.

    https://www.ipp.mpg.de/47811/hasinger_kwrkoll.pdf
    Ab Seite 6 dürfte die Erklärung nachliefern.

  8. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: Wiggy 07.03.16 - 13:48

    MartinKrull schrieb:
    > Ich Zietiere einfach mal:
    > "Ein Gramm Brennstoff könnte in einem Kraftwerk 90.000
    > Kilowattstunden Energie freisetzen"
    >
    > "Etwa 35 Gramm Brennstoff pro Stunde verbraucht ein Kraftwerk von
    > 1000 Megawatt elektrischer Leistung."
    > Wären also beim Dauerbetrieb im Jahr 306 KG für 1000 Megawatt.
    >
    > Quelle: www.ipp.mpg.de

    Danke, genau so eine Quelle habe ich gesucht!

    Grüße,
    Wiggy

  9. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: Wiggy 07.03.16 - 13:51

    zampata schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Du vergisst dass man Tritium auch in einem Fusionsreaktor herstellen kann.
    ... aber es kann ja nicht mehr nicht mehr Tritium hergestellt werden, als für den Betrieb benötigt wird, oder? Sonst könnten wir damit ja ein schönes Perpetuum Mobile bauen...

  10. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: mnementh 07.03.16 - 14:05

    Wiggy schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > zampata schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Du vergisst dass man Tritium auch in einem Fusionsreaktor herstellen
    > kann.
    > ... aber es kann ja nicht mehr nicht mehr Tritium hergestellt werden, als
    > für den Betrieb benötigt wird, oder? Sonst könnten wir damit ja ein schönes
    > Perpetuum Mobile bauen...

    Wieso Perpetuum Mobile? Du musst ja immer noch den Wasserstoff ranschaffen, der in Tritium umgewandelt wird. Wenn Du alle Ozeane auf der Erde trockengelegt hast, dann geht Dein Fusionsreaktor aus. Wasserstoff ist hier der Brennstoff, der verbraucht wird, so wie ein Kohlekraftwerk ein "Perpetuum Mobile" ist, so lange Du Kohle nachkippst.

  11. Re: Deuterium und Tritium

    Autor: cpt.dirk 24.03.16 - 16:45

    Schöne, ideale Welt.

    Das Problem ist leider, dass bei der Verwendung von Deuterium durch die freigesetzten Neutronen umgebende Materie selbst in radioaktive Isotopen umgewandelt wird; das heißt, es wird wohl beträchtlich strahlenden Sekundärmüll (Isolation, Rohre, Werkzeuge, Kühlmittel, usw.) sowie (hochradioaktive) Abgase geben. Zwar könnte man auch "umweltfreundlichere" Heliumreaktoren entwickeln, aber diese wären weit schwieriger zu realisieren und zu beherrschen, weshalb die schmutzige Variante die wahrscheinlichere ist - sofern es überhaupt eine wahrscheinliche gibt - weil ja Wirtschaftlichkeit im Betrieb bekanntlich über alles geht, auch über Sicherheit.

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