Die Kraft von Helium-3
18. August 2014 •

Von Benjamin Deniston

Im Rahmen eines Internetforums des LaRouche-Aktionskomitees LPAC hielt Benjamin Deniston vom LPAC-Wissenschaftsteam am 8. August den folgenden Vortrag.

Ich möchte mir ein paar Minuten nehmen, um auf die Rolle von Helium-3 bei der Kernfusion einzugehen, die Lyndon LaRouche angesprochen hat. Die Chinesen haben das auf die Tagesordnung gesetzt und wir unterstützen das ganz entschieden, weil es das Wichtigste ist, was derzeit zu tun ist.

Ganz allgemein gesagt sind die Kernfusion und die Kernreaktionen überhaupt - Kernspaltung und Kernfusion - millionenfach energiedichter als irgendwelche chemischen Treibstoffe, chemische Energie. Man erhält daraus neue Qualitäten von Energie, die es uns erlauben, weit mehr Formen von Arbeit zu verrichten, als man es mit einer Kraftquelle schwächerer Qualität jemals tun könnte.

Aber es ist keineswegs so, daß alle Kernfusionsbrennstoffe gleich geeignet sind. Und deshalb sollten wir - um sicherzugehen, daß die besondere Bedeutung von Helium-3 auch verstanden wird - es den derzeitigen Fusionsbrennstoffen gegenüberstellen, die gegenwärtig sozusagen in der „ersten Generation“ verfolgt werden, bzw. dem, was ich als „Kernfusion des 20. Jahrhunderts“ bezeichnen würde.

Die Reaktionen beruhen heute weitgehend auf Isotopen von Wasserstoff, und bei den derzeit verwendeten, auf der Erde verfügbaren Brennstoffen stellt sich das Problem, daß der größte Teil der Energie in Form von Neutronen freigesetzt wird. Dadurch stellt sich die Schwierigkeit, daß die erzeugten Neutronen nicht durch ein Magnetfeld oder elektrische Felder gesteuert werden können und deshalb auch nicht in einem Plasma eingeschlossen und kontrolliert genutzt werden können.

Das bedeutet, daß bei der ersten Generation der Kernfusion oder der Kernfusion des 20. Jahrhunderts Produkte erzeugt werden, die man nicht im Plasma selbst eingeschlossen halten kann. Um nutzbare Kraft daraus zu gewinnen, muß man mit der von ihnen erzeugten Wärme Wasser kochen und Dampf erzeugen und damit eine Turbine antreiben.

Wenn Ihnen dieser Prozeß bekannt vorkommt, dann deshalb, weil das genau die gleiche Methode ist, wie wir auch Strom aus Kohle erzeugen, aus Erdgas und aus Kernspaltung. Aber das ist ein ziemlich ineffizienter Weg. Im allgemeinen können nur etwa 40% der bei der Reaktion des Brennstoffs erzeugten Energie tatsächlich in Elektrizität umgesetzt werden, der Rest geht vollkommen verloren.

Abb. 1: Stromerzeugung und -verbrauch in den Vereinigten Staaten 2013 nach Energieträgern (in Billiarden BTU). Links: Fast die Hälfte des Stroms wird aus Kohle erzeugt, nur knapp 13% stammen aus „erneuerbaren“ Energieträgern - meist Wasserkraft und Holzverbrennung. Rechts: 63% der eingesetzten Energie geht durch Konversionsverluste verloren, den Rest teilen sich Privathaushalte, Gewerbe und Industrie zu annähernd gleichen Teilen.

Schauen wir uns die erste Graphik an (Abbildung 1). Dies veranschaulicht die Stromerzeugung in den Vereinigten Staaten im Jahr 2013. Wenn wir sagen, daß der Dampfturbinen-Zyklus nur einen Wirkungsgrad von 37-40% hat, dann sollte man sich anschauen, was das konkret bedeutet. Dies zeigt die gesamte Elektrizitätserzeugung, die Stromerzeugung in den Vereinigten Staaten. Links sieht man die Quellen, aus denen dieser Strom kommt - von oben nach unten: Kohle, Erdgas, Kernkraft und die sogenannten „Erneuerbaren“, obwohl das ein Schwindel ist, denn das meiste von diesen „Erneuerbaren“ ist Wasserkraft, und das zweitmeiste ist Holz. Wenn man nur das nimmt, was da angepriesen wird - Geothermie und Solarkraft und alle diese anderen wilden Ideen -, dann ist das nur ein winzig kleiner Teil von dem, was tatsächlich verbraucht wird, weil es so ineffizient ist.

Aber bei allen diesen Energiequellen geht der größte Teil der Gesamtenergie, die mit diesen Energiequellen erzeugt wird, verloren. Sie kommt nirgendwo an, sie wird gar nicht genutzt. Die Konversionsverluste sind der gigantische Teil, der auf der Abbildung hier rechts oben abzweigt. Das zeigt all die Energie, die wir aus diesen Brennstoffen erzeugen, aber in keiner Weise verwenden können.

Die gesamte Energieproduktion in den USA hat also eine Effizienz von 37%. 63% der Energie geht bei der Konversion komplett verloren. Diese Energieerzeugung ist beschränkt durch den grundlegenden Prozeß der Erhitzung von Wasser, Erzeugung von Dampf und Verwendung dieses Dampfs zum Antreiben einer Turbine. Bei bestimmten Gaszyklen schafft man das etwas besser als bei Dampfzyklen, aber man ist immer noch durch diesen grundsätzlichen Prozeß eingeschränkt.

Die erste Generation von Fusionsbrennstoffen ist eingeschränkt durch den gleichen Prozeß: Wenn man einen Deuterium-Tritium-Brennstoff verwendet - das ist der Brennstoff, den man in der ersten Generation der Kernfusion meistens verwendet -, dann wird der größte Teil der Energie in Form von Teilchen erzeugt, die man nicht im Fusionsplasma festhalten kann, und man ist dann gezwungen, eine Form der Stromerzeugung des 20. Jahrhunderts anzuwenden, um die Kraft dieser Reaktion zu nutzen, obwohl sie an sich qualitativ viel höherwertig ist. Das ist also unsere derzeitige Methode, die man die Methode der ersten Generation oder des 20. Jahrhunderts nennen kann.

Fusionsbrennstoffe der zweiten Generation

Es gab dann lange Forschungen von Fusionswissenschaftlern an dem, was man als Brennstoffe der zweiten Generation oder fortgeschrittene Fusionsbrennstoffe bezeichnen kann. Diese Brennstoffe erfordern möglicherweise eine etwas höhere Temperatur, um den Zündpunkt zu erreichen, aber wenn man diesen Zündpunkt erreicht, dann kann man den größten Teil der freigesetzten Energie im Plasma selbst eingeschlossen halten. Man ist dann nicht an diesen Neutronenzyklus gebunden, man muß keinen Dampf erzeugen, um Strom zu erzeugen; sondern man kann mit dem Fusionsplasma selbst arbeiten. Man nennt das direkte Konversion: Man nutzt die Eigenschaften des Fusionsplasmas, um direkt Elektrizität zu erzeugen, oder man erzeugt sie aus verschiedenen Formen von Strahlung, die das Plasma abgibt.

Das entscheidende dabei ist, daß dieser Prozeß die Effizienz bei der Umsetzung der Fusionsreaktion in Elektrizität, in Strom, unmittelbar verdoppelt, und damit kommen wir in einen Bereich, wo eine wirklich fortgeschrittene Kernfusionsökonomie anfängt. Wir werden erstmals Strom nicht in der Form des Dampfzyklus des 20. Jahrhunderts erzeugen, sondern mit den physikalischen Eigenschaften des Fusionsplasmas selbst arbeiten, um diese Kräfte direkt zu erzeugen.

Und der fortgeschrittenste, der beste verfügbare Brennstoff dafür - er liefert uns die meiste Energie pro Reaktion, und das mit der geringsten erforderlichen Temperatur zur Erreichung des Zündpunkts - ist Helium-3. Es ist also für viele ernsthafte Fusionswissenschaftler und andere keine Überraschung, daß Helium-3 der ideale Brennstoff für eine fortgeschrittene Kernfusionsökonomie sein soll, für die Kernfusionsökonomie des 21. Jahrhunderts anstelle der Kernfusionsökonomie des 20. Jahrhunderts. Um die Welt zu versorgen und um die Entwicklung des Sonnensystems zu unterstützen, brauchen wir also dieses Helium-3 als Energiequelle.

Der zweite Vorteil, auf den ich gleich noch eingehen werde, ist der, daß es auch völlig neue Potentiale für den Transport im Weltraum eröffnet - und zwar aus dem gleichen Grund, daß die Reaktion der Endprodukte komplett durch magnetische Felder gesteuert werden kann und es uns erlaubt, die Fusionsreaktion direkt zu nutzen. Dadurch erhalten wir einen ganz anderen Zugang zum Weltraum.

Das sind also zwei Formen, in denen sich die Kraft des Helium-3 äußert - daß es uns eine höhere Energieflußdichte für den Wirtschaftsprozeß liefert und daß es heute der beste verfügbare Treibstoff für die Menschheit ist.

10.000 Jahre in die Zukunft

Um nun darauf zurückzukommen: Wo müssen wir uns das Helium-3 holen? Es gibt auf der Erde nur sehr wenig Helium-3. Aber die Sonne hat es schon seit Milliarden von Jahren erzeugt und bei ihrer Rotation ausgeworfen, und eine große Menge davon hat sich auf der Oberfläche des Mondes abgelagert, im lunaren Regolith, in der Kruste des Mondes. Und die Methode, es dort zu fördern, ist nicht notwendigerweise schwierig. Wenn wir in der Lage sind, zum Mond zu fliegen und dort verschiedene Einrichtungen für Bergbau und Verarbeitung aufzubauen, dann haben wir einen Zugang zu einem gewaltigen Potential für völlig neue Kapazitäten der Menschheit in der Hand, was die Erde und das Sonnensystem völlig verändern wird.

Studien zufolge werden bis zu 5 Millionen Tonnen Helium-3 auf dem Mond vermutet, und es heißt, das werde ausreichen, um den gesamten Planeten Erde 10.000 Jahre lang mit Energie zu versorgen. Wenn Sie zurückdenken - in den letzten 10.000 Jahren hat sich eine Menge geändert! Wenn wir also davon reden, die Energieversorgung für die kommenden 10.000 Jahre sicherzustellen, dann gibt uns das eine Menge Spielraum, mit dem wir im Rahmen dieser Perspektive arbeiten können.

Aber um das konkret zu machen, um Ihnen zu helfen, sich das vorzustellen: Wieviel sind 5 Mio.t? Was bedeutet das?

Wir haben ein Beispiel ausgewählt, um pädagogisch zu veranschaulichen, wie hoch die Energiedichte von Helium-3 ist. Wie die Besucher der Internetseite der LaRouche-Bewegung (LPAC) wissen, sind wir sehr besorgt über die weltweite Wasserkrise und haben viel dazu gesagt. Kürzlich wurde über den schnellen Wasserverlust im Becken des Colorado River berichtet: Laut Untersuchungen der neuen NASA-Satelliten ist dort der Wasserverlust weit größer als man gedacht hatte. Im Lauf der letzten neun Jahre hat das Becken des Colorado, vor allem durch das Absinken des Grundwassers und das Heraufpumpen von Wasser aus dem Boden, insgesamt etwa 7 km3 Wasser jährlich verloren; und das entspricht etwa der Hälfte der Wasserführung des Colorado! Um den Colorado zu erhalten, müßte also der Zufluß um 50% gesteigert werden. Das ist die Rate, mit der die Verfügbarkeit von Wasser im Becken des Colorado schwindet.

Nehmen wir nun an, wir betrachten diese Wasserkrise aus der Sicht der Raumfahrt und der Helium-3-Fusion. Sagen wir, wir wollen diesen Wasserverlust, der eine verheerende Bedrohung für das Colorado-Becken und den gesamten Westen der USA darstellt, durch Wasserentsalzung ausgleichen, und zwar durch Entsalzung mit Hilfe des Helium-3-Brennstoffs: Wieviel Helium-3 bräuchte man im Jahr, um diesen Verlust im Colorado-Becken auszugleichen?

Wenn man das durchrechnet, dann ist es eine Dritteltonne Helium-3 pro Jahr. Das würde auf die Ladefläche eines Lieferwagens passen, ist aber genug, um die Energie für die Entsalzung zu liefern, um den Wasserverlust im gesamten Flußbecken auszugleichen.

Vergleichen wir das mit anderen Energieträgern. Wenn man es mit Kohle machen wollte: Man könnte die Entsalzung auch mit Kohlekraft machen. Man könnte damit Strom erzeugen und die Entsalzung durchführen. Aber um die gleiche Menge zu erhalten, bräuchte man 6,7 Mio. t Kohle. Also eine Dritteltonne statt 6,7 Mio. Tonnen.

Was bedeuten 6,7 Mio. t? Können Sie es sich vorstellen? Wenn man es in Eisenbahnwaggons laden wollte, sprechen wir hier von 67.000 Eisenbahnwaggons.

Karte: Wikimedia Commons
Abb. 2: Wollte man den jährlichen Wasserverlust des Colorado-Beckens durch Meerwasserentsalzung mit Hilfe von Kohlestrom ausgleichen, bräuchte man dafür 67.000 Waggonladungen Kohle, was etwa der Strecke von San Diego bis Oregon (ca. 1300 km) entspricht.

Schauen wir uns nun die zweite Graphik (Abbildung 2) an: Das entspricht wiederum der Länge der Autobahn I-5 von San Diego bis zur Grenze zwischen Kalifornien und Oregon, durch ganz Kalifornien (ca. 1300 km).

Die meisten von Ihnen haben sicher schon einmal an einer Bahnschranke gehalten und darauf gewartet, bis der Zug vorbeigefahren ist. Dann hoffen wir mal, daß das nicht dieser Zug ist, auf den Sie warten müssen, denn Sie wären ganz schön in Schwierigkeiten, wenn Sie abwarten wollten, bis die 67.000 Bahnwaggons, die sich über die gesamte Länge von Kalifornien entlang der I-5 erstrecken, an ihnen vorbeigefahren sind. Und vergleichen Sie das mit dem Helium-3, das auf die Ladefläche eines Lieferwagens paßt. Es ist erstaunlich, das ist eine Menge Energie! Bedenken Sie, wir reden hier davon, daß die Menschheit mit nur einer Dritteltonne Helium-3 im Jahr den Bedarf eines ganzen Flußbeckens decken könnte.

Das ist also die Art von Kraft, von der wir hier reden. Und mit einer solchen Qualität an Energieflußdichte kann die Menschheit nicht nur die Probleme in einem Flußbecken im Westen der Vereinigten Staaten lösen, sondern wir können den globalen Wasserzyklus steuern. Wir können den Wasserbedarf decken, wir können unseren Brennstoffbedarf decken, wir können synthetische Treibstoffe erzeugen. Wir können alle diese Sorgen meistern. Wir können mit den produktiveren Möglichkeiten der Hochtemperaturplasmen der Kernfusion vollkommen neue Rohstoffe erschließen. Und wir können das, was LaRouche als die Wissenschaft der produktiven Arbeitskraft definierte, die physischen Kräfte der Arbeit, stark ausweiten. Dabei geht es, wie man an der Geschichte der Entwicklung der Menschheit sieht, um die Fähigkeit des einzelnen, produktive Arbeit zu leisten. Sie ist nicht bestimmt durch die angewandte Muskelkraft, auch nicht durch die eingesetzte Energie, sondern durch die Energieflußdichte und die moderne Technik, die der einzelne bei der Arbeit einsetzt. Das ist es, was Wachstum erzeugt, Werte erzeugt und eine Expansion der Wirtschaft bewirkt.

Das ist die Perspektive, die uns diese Idee mit dem Helium-3 bietet.

Das Helium-3-Zeitalter der Menschheit

Nun möchte ich noch ein weiteres Beispiel anführen, um den anderen Aspekt zu betrachten, den Herr LaRouche in Bezug auf das Helium-3-Zeitalter der Menschheit auf den Tisch gebracht hat: Das ist die Anwendung im Weltraum, besonders als Treibstoff für die Raumfahrt.

Dabei halte ich es für nützlich, daß sich gerade in den letzten Tagen etwas Bemerkenswertes ereignet hat, nämlich das Rendezvous der Europäischen Weltraumagentur (ESA) - und damit das erste Rendezvous überhaupt - mit einem Kometen. Wir sind mit Sonden schon an vielen Kometen vorbeigeflogen. Wir sind vorbeigeflogen, haben einige Bilder gemacht und sind weitergeflogen. Das war interessant. Aber das hier wird das erstemal sein bzw. das ist gerade in diesem Augenblick das erstemal, daß wir ein vom Menschen gebautes Weltraumfahrzeug tatsächlich in eine Umlaufbahn um einen Kometen gebracht haben und den Kometen untersuchen, was ebenfalls etwas ganz neues ist.
Graphiken: ESA

Abb. 3: Umlaufbahnen der Erde, des Mars und des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko.

Abb. 4: Flugbahn der ESA-Sonde Rosetta im Vergleich zu den Umlaufbahnen der Erde, des Mars und des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko.

Das ist begeisternd, eine sehr beeindruckende Mission, sehr gut. Aber schauen wir uns einmal im einzelnen an, was dafür alles notwendig war. Ich möchte Ihnen eine dritte Graphik zeigen (Abbildung 3), bloß um dieses Fallbeispiel zu illustrieren und die Beziehung zwischen der Kernfusion und dem Helium-3-Antrieb zur Entwicklung des Sonnensystems durch die Menschheit aufzuzeigen. Hier sehen Sie die Umlaufbahnen von Erde, Mars und des Kometen 67P.

Nun denken wir im allgemeinen, daß eine Reise vom Punkt A zum Punkt B führt - die Erde ist Punkt A und der Komet Punkt B. Aber in der Realität der Reisen im Sonnensystem, insbesondere, wenn man chemische Antriebe verwendet, ist das nicht ganz so einfach.

Kommen wir zur letzten Graphik (Abbildung 4). Sie sehen hier hinzugefügt - das ist etwas verwirrend und kompliziert, und Sie werden etwas Zeit brauchen, um das ganze zu entwirren: das hier ist die tatsächliche Bahn, die die Sonde nehmen mußte, um den Kometen zu erreichen. Und anstatt von Punkt A zu Punkt B zu fliegen, flog sie von Punkt A, der Erde, erst zur Sonne, dann zurück zu Punkt A, der Erde, und nutzte die Schwerkraft der Erde, um etwas Beschleunigung zu erhalten, flog dann einmal ganz herum und kam dann zwei Jahre später an Punkt C, den Mars, um einen weiteren Gravitationsschub zu erhalten, der sie auf eine Bahn brachte, wo sie fünf Jahre später an Punkt B eintraf. Man fliegt also in der Raumfahrt mit einem chemischen Antrieb von A über A nach C, um von A nach B zu gelangen!

Es dauerte zehn Jahre, das zu schaffen und den Kometen zu erreichen. Ich wiederhole, das ist eine beeindruckende Mission, sehr aufregend, es ist sehr gut, daß man das macht. Aber wir können im Sonnensystem nicht überleben, wenn wir immer zehn Jahre brauchen, um einen anderen Himmelskörper zu erreichen.

Ganz anders wäre es aber, wenn wir den Fusionsantrieb hätten, wenn wir die Energiedichte der Kernfusion und speziell der Helium-3-Fusion nutzen würden, und insbesondere auch die Tatsache, daß die Reaktionsprodukte, die durch die Fusionsreaktion erzeugt werden, durch ein Magnetfeld gesteuert und nach hinten ausgestoßen werden können, um Schubkraft als Antrieb zu erzeugen. (Was man nicht kann, wenn man eine Menge Neutronen in der Fusion erzeugt, das ist eine viel weniger effiziente Methode.) Mit der Technik eines Helium-3-Fusionsantriebs würde es wahrscheinlich bloß ein paar Wochen dauern, zu dem Kometen zu gelangen. Also statt zehn Jahren vielleicht bloß eine Woche oder etwas länger, einen Monat oder so.

Das sind nur einige Beispiele, Fallstudien, aber das allgemeine Prinzip ist: Das schafft die Grundlage dafür, daß die Menschheit Zugang zum gesamten Sonnensystem hat.
Die Verteidigung der Erde

Das gleiche gilt offensichtlich für die Verteidigung der Erde. Es werden immer wieder Asteroiden und Kometen auf der Erde einschlagen. Wenn die Menschheit überleben soll, dann brauchen wir Mittel, schnell zu diesen Himmelskörpern zu gelangen, sie zu finden und zu wissen, wo sie sind.

Aber das ist nur ein Aspekt der größeren Perspektive, und das ist die Aufgabe der Menschheit, das gesamte Sonnensystem zu entwickeln. Dazu werden wir den Mond als Kraftwerk, als Energielager und als Operationsbasis nutzen, um die Menschheit in die Lage zu versetzen, diese nur dem Menschen gegebene Fähigkeit anzuwenden. Dazu kann die Menschheit das Helium-3 einsetzen, und so kann die Menschheit auf die nächsthöhere Plattform (Entwicklungsstufe) aufsteigen, von der aus sie das ganze Sonnensystem betreuen und entwickeln kann.

Das ist meiner Meinung nach die Perspektive, die wir brauchen, nachdem China das auf die Tagesordnung gesetzt hat. Und unsere Reaktion sollte sein, das zu unterstützen, das ist die einzig vernünftige Haltung. Wie LaRouche gesagt hat: Die Zukunft des Planeten Erde hängt in diesem Augenblick an der Einführung eines Helium-3-Programms als Motor und als entscheidende Grundlage für jede angemessene Volkswirtschaft.

LaRouche hat gesagt: Ja, wir wissen, daß das ganze einige Zeit brauchen wird, es wird nicht von heute auf morgen geschehen. Aber was macht das? Es wird beschlossen, man trifft diese Entscheidung, man setzt das als Wegmarke, als Maß, als Ziel, und das bestimmt dann alles, was man von da an tut. Das bedeutet, daß wir heute und morgen etwas anders machen als bisher, weil es dazu beitragen soll, dieses Ziel zu erreichen.

Das ist also jetzt das wichtigste: Sich dieser Aufgabe zu stellen, die dann alles bestimmt, was wir von jetzt an tun, bis das erreicht ist. Dann erlangt die Menschheit die notwendigen Kapazitäten, um das ganze Sonnensystem zu meistern - und sogar noch darüber hinaus.





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