Helium-3: Kommt der saubere Energieträger der Zukunft aus dem All?

Helium-3, ein Isotop des gleichnamigen Edelgases, in dessen Kern ein Neutron fehlt, gilt als idealer Energieträger. Vor allem Japan und Russland, seit kurzem auch China, arbeiten darauf hin, Helium-3 in Fusionsreaktoren einzusetzen. Diese haben, verglichen mit normalen Spalt- und Fusionsreaktoren, lauter Vorteile, wenn man nur das Problem Radioaktivität betrachtet. In diesen Anlagen herrscht kaum Strahlung. Trotzdem wird es bis zur Realisierung noch lange dauern. Denn Helium-3 ist auf der Erde nur in winzigen Mengen vorhanden. Es lässt sich aus der Atmosphäre gewinnen, ist allerdings zu weit weniger als einem Prozent in Helium enthalten. Der Anteil des Edelgases in Luft, aus dem es gewonnen wird, liegt bei 0,0005 Prozent. Selbst mit dem größten Aufwand ließen sich auf der Erde insgesamt nur ein paar Tonnen Helium-3 gewinnen.

Auf dem Uranus gibt es reichlich Helium-3

Doch es gibt ja noch den Weltraum. Auf diversen Planeten hat der Sonnenwind viele Billionen Tonnen dieses Isotops erzeugt. Es verbirgt sich in oberflächennahem Gestein, könnte also mit bergmännischen Methoden gewonnen werden. Allein auf Uranus lagert genug Helium-3 zur Versorgung der Erde mit Strom, Wärme und Energie für die Mobilität für sagenhafte 35 Milliarden Jahre.

Der Mond ist näher an der Erde

Einfacher wäre es, den Mond anzuzapfen. Aus dessen Gestein ließen sich 250.000 Tonnen Helium-3 gewinnen, was die Erdbewohner für 600 Jahre aller Energiesorgen enthöbe. Doch selbst das würde Jahre dauern und ein paar 100 Flüge mit neuartigen, wiederverwendbaren Raumschiffen nötig machen, bis die bergmännische Ausrüstung komplett auf den Mond geschafft worden ist. Nötig sind Bagger, Brecher, die Gestein zu Staub zermahlen, Material zum Bau von Häusern für mehr als 1000 Bergarbeiter und vor allem Treibstoff und Nahrungsmittel. Außerdem eine kryotechnische Anlage, die das Helium auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt herunterkühlt. Nur so lässt es sich von seinem begehrten Isotop trennen.

In den USA gab es zudem Überlegungen, den Mondboden mit einem gigantischen Laser kurzzeitig aufzuschmelzen und das entweichende Helium einzufangen. Das würde allerdings noch mehr Energie verschlingen als die bergmännische Methode, was aber nicht ins Gewicht fiele. Man könnte ja auch auf dem Mond einen Helium-3-Fusionsreaktor bauen. Der Transport von Helium-3 zur Erde ist relativ einfach. 3000 bis 4000 Tonnen pro Jahr würden für den Weltbedarf reichen. Das ließe sich mit einigen 100 Flügen schaffen. Wollte man den erheblich weiter entfernten Uranus als Helium-3-Quelle erschließen wären noch weit größere Anstrengungen nötig. Vor allem müssten Raumfahrzeuge entwickelt werden, die vielfach schneller sind als die, die heute in Gebrauch sind. Das gelänge mit Fusionstriebwerken, die ebenfalls Helium-3 brauchen, aber noch nicht einmal ansatzweise entwickelt sind.

Isolation von Protonen stellt Forscher noch vor eine Herausforderung

Bei der Fusion von Helium-3 und dem auf der Erde in großen Mengen vorhandenen oder gewinnbaren Deuterium, einem Atom, das ein Proton und ein Neutron enthält, entstehen statt gefährlicher Neutronen Protonen. Diese lassen sich direkt als elektrischer Strom nutzen. Allerdings müssen sie irgendwie aus dem Reaktorraum befreit werden. Das funktioniert prinzipiell mit Magnetkräften, weil Protonen elektrisch geladen sind. Allerdings müssten diese die Magnetkräfte überlagern, die das so genannte Plasma daran hindern, den Reaktionsraum zu verlassen. Eine Lösung für dieses Problem gibt es noch nicht.

Ebenso wenig für andere. Im Plasma, einem Gemisch aus Helium-3-Kernen und Deuterium, findet die Fusion nur statt, wenn es eine Temperatur von weit mehr als 100 Millionen Grad Celsius hat, also noch deutlich heißer ist als das in „normalen“ Fusionsreaktoren, in denen die radioaktiven Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium verschmelzen. Schon 100 Millionen Grad sind nur mit Mühe erreichbar. Erstmals soll das im konventionellen Fusionsreaktor Iter gelingen, der im französischen Cadarache im Bau ist und 2020 fertig werden soll. Möglicherweise schaffen das auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Plasmaforschung in München. Am Standort Greifswald haben sie einen – ebenfalls konventionellen – Fusionsreaktor aufgebaut, der noch in diesem Jahr in Betrieb gehen soll. Beide Anlagen werden zwar mehr Energie erzeugen als sie verbrauchen. Zur Stromerzeugung wird sie sich allerdings noch nicht nutzen lassen.

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