Zap Energy: Dieses Startup will einen Fusionsreaktor in Größe einer kleinen Garage bauen

Kalte Fusion ist ein komplexes wissenschaftliches Problem, das von Forscher:innen auf der ganzen Welt aus verschiedenen Perspektiven angegangen wird. Das Startup Zap Energy aus Seattle verfolgt einen etwas ungewöhnlicheren Ansatz: Es möchte modulare Reaktoren entwickeln, die nicht größer als eine Garage sind. Nun gelang dem Unternehmen ein deutlicher Schritt nach vorne in der Entwicklung.

Keine teuren Magneten nötig

Das Ziel der Fusions-Forschung ist es, den Prozess nachzubilden, der innerhalb der Sonne abläuft. Dort werden gewaltige Temperaturen mit nicht minder gewaltigem Druck kombiniert, wobei Plasma entsteht, in dem Atomkerne miteinander fusionieren und dabei Energie freigeben. Die meisten Ansätze fokussieren sich dabei darauf, Plasma in Reaktoren mit Hilfe komplexer Magnetfelder festzusetzen. Ein prominentes Projekt, das auf dieses Prinzip setzt, ist der ITER-Reaktor in Frankreich.

Der Ansatz, den Zap Energy mit seiner Z-pinch-Technologie verfolgt, ist ein anderer, der sich langfristig als günstiger und effizienter herausstellen könnte. Statt auf komplexe Magnetfelder, die durch nicht minder komplexe und große Magneten erschaffen werden, setzt Z-pinch auf elektromagnetische Felder, die im Plasma selber entstehen. Durch dieses elektromagnetische Feld wird das Plasma in einem relativ kleinen Reaktor fixiert und wird dort ausreichend verdichtet und erhitzt, um Fusion zu ermöglichen — zumindest ist das der Plan des Startups.

Durchbruch mit Prototypen

2019 machten Forscher:innen der University of Washington auf sich aufmerksam, indem sie eine Lösung für InstabilitätsproblemeLösung für Instabilitätsprobleme fanden, die die Z-pinch-Technologie bereits seit ihrer Entwicklung in den 1950er Jahren plagten. Das Team machte sich ein Prinzip der Flüssigkeitsdynamik zunutze — die axiale Scherströmung. Mit ihrer Hilfe demonstrierten die Forscher eine Möglichkeit, den Plasmastrom zu stabilisieren und Ausbeulungen und Verzerrungen zu verhindern, die zum Kollaps des Stroms führen können.

Einer der Autoren hinter dieser Studie ist Uri Shumlak, der 2017 Zap Energy gründete. Sein ambitionierter Plan: Mit Hilfe von axialer Scherströmung die Z-pinch-Technologie Realität werden zu lassen. Letzte Woche gelang ihm und seinem Unternehmen dabei ein Durchbruch: Das Zap-Energy-Team konnte erstes Plasma in seinem Prototyp-Reaktor erschaffen, dem FuZE-Q.

Dies ist der aktuelle Aufbau des Fusions-Experiments von Zap Energy.
Bild: Zap Energy

Neuer Prototyp ermöglicht höhere Spannung

„Z-pinch has long been an appealing way to achieve nuclear fusion, but for many years researchers considered Z-pinch’s plasma instabilities to be an insurmountable challenge. We’ve shown through both simulation and experiment that sheared flows can stabilize fusion plasmas, and that the stability should extend to a commercially viable scale. The Zap Energy team has made rapid progress since this technology moved out of the lab, especially with recent team and investment growth.“, so Shumlak, der als Chief Science Officer von Zap Energy fungiert.

Bisher war das Team durch den vorherigen Reaktor-Prototyp limitiert, der nur Plasma mit einer elektrischen Spannung von 500 Kiloampere ermöglichte. Je höher die Spannung ist, desto heißer und dichter wird das Plasma. Der Folge-Prototyp FuZE-Q kann dagegen mit Spannungen von bis zu 650 Kiloampere umgehen. Das wissenschaftliche Modell des Teams geht davon aus, dass dies der Punkt ist, ab dem die Energie, die für den Betrieb des Reaktores benötigt wird, niedriger ist als die, die in ihm erzeugt wird. Dieser Punkt wird auch mit „Q=1“ bezeichnet.

160 Millionen US-Dollar für Fusionsenergie

„FuZE-Q is the fourth generation of Z-pinch device that we’ve built and is undoubtedly the most ambitious. We designed it to be versatile, resilient and tunable in lots of ways that will be critical as we ramp to higher currents, temperatures and densities“, so Brian A. Nelson, Chief Technology Officer von Zap Energy.

Das Team des Startups konnte kürzlich eine 160 Millionen Dollar starke Series-C-Investitionsrunde abschließen, die die Bemühungen unterstützen soll, den kleinen Fusionsreaktor auf den Markt zu bringen. Ohne auf teure Magnete oder starke Laser angewiesen zu sein, hofft das Unternehmen darauf, die später in Massenproduktion herstellbaren Reaktoren auf die Größe einer Garage zu limitieren. Die modularen Geräte könnten eingesetzt werden, um abgelegene Communities mit elektrischer Energie zu versorgen. Oder aber miteinander kombiniert und hochskaliert werden, sodass sie ganze Städte versorgen können.

„To be a practical energy source, we need to go well beyond Q=1, but if you want to get fusion on the grid in time to make a difference to the planet, then the ability to iterate quickly on a small, cheap platform, is absolutely vital. We can design, build and test systems at a much faster pace than other approaches, and we are working on technology in parallel that we are going to need on the other side of breakeven“, so Benj Conway, Energy President von Zap Energy.

via Zap Energy