de.wedoany.com-Bericht: Das japanische Unternehmen Kyoto Fusioneering arbeitet mit dem Hersteller von Industriekeramik und Metallen NGK Corporation zusammen, um FLiBe-Schmelzsalz für Fusionskraftwerke zu entwickeln und zu kommerzialisieren. FLiBe ist ein Schmelzsalz aus Lithiumfluorid und Berylliumfluorid, das gleichzeitig zur Kühlung, zur Erbrütung von Tritiumbrennstoff und zur Abschirmung von Strukturen bei Arbeitstemperaturen zwischen 500 °C und 700 °C eingesetzt werden kann.
Um die Fusionsenergie in die kommerzielle Realität zu überführen, müssen Probleme wie die Wärmeextraktion aus dem Plasma, die Erbrütung und Rückgewinnung von Tritiumbrennstoff sowie die Auslegung von Kreislaufsystemen gelöst werden, die das gesamte Kraftwerk verbinden. FLiBe dient als flüssiges Blanketmaterial, das durch die Innenwände des Fusionsreaktors zirkuliert, um Energie aufzunehmen, Brennstoff zu erbrüten und Strukturen abzuschirmen. Es arbeitet im geschmolzenen, flüssigen Zustand und vermeidet so die mit festen Blankets verbundenen strukturellen Spannungen und das Risiko von Thermorissen. Bei der Fusionsreaktion werden 80 % der Energie aus der Reaktion zwischen Deuterium und Tritium in Form von hochenergetischen 14,1-MeV-Neutronen freigesetzt. Wenn diese Neutronen das flüssige FLiBe-Blanket durchdringen, kollidieren sie mit Lithium- und Berylliumatomen, werden abgebremst, und ihre kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt. Das erhitzte Schmelzsalz wird zu einem Wärmetauscher gepumpt, um Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben. FLiBe erbrütet seinen eigenen Tritiumbrennstoff durch Kernreaktionen, bei denen Neutronen auf Lithiumatome im Salz treffen. Eine einzelne Fusionsreaktion verbraucht ein Tritiumatom und setzt ein Neutron frei. Da ein Teil der Neutronen von den Strukturwänden absorbiert wird oder entweicht, ist ein Neutronenvervielfacher erforderlich, um ein Tritiumbrutverhältnis (TBR) von mehr als 1,0 sicherzustellen. Das Beryllium in FLiBe fungiert als Vervielfacher: Wenn schnelle Neutronen auf einen Berylliumkern treffen, werden zwei Neutronen freigesetzt, wodurch sich die Anzahl der verfügbaren Neutronen verdoppelt. FLiBe siedet oder verdampft bei hohen Temperaturen nicht leicht, was Druckaufbau verhindert, das Risiko von Rohrbrüchen und Explosionen verringert und nicht heftig mit Luft oder Wasser reagiert, wodurch die Brandgefahr bei Lecks reduziert wird. Als Flüssigkeit erleidet FLiBe keine strukturellen Strahlungsschäden wie Schwellung oder Versprödung. FLiBe bringt jedoch auch Herausforderungen mit sich: Unter Neutronenbeschuss bilden die Fluoratome im Salz hochkorrosive Flusssäure (HF), die durch ein Redoxpotenzial-Kontrollsystem gemildert werden muss; FLiBe erstarrt bei etwa 459 °C, sodass das Reaktorsystem ständig auf hoher Temperatur gehalten werden muss, um ein Einfrieren und Verstopfen des Kreislaufs zu verhindern; Beryllium ist in Form von Staub beim Einatmen hochgiftig, weshalb bei der Herstellung und Handhabung strenge Abdichtungsverfahren erforderlich sind.
Diese Zusammenarbeit vereint die seit 1958 von NGK aufgebaute Expertise in der Berylliumverarbeitung, Qualitätskontrolle, Raffination und Analyse mit der Fachkenntnis von Kyoto Fusioneering im Bereich der Fusionskraftwerkstechnik, einschließlich Plasmaheizsysteme, Gesamtanlagenauslegung, thermohydraulische Analyse sowie Tritiumbrut- und -rückgewinnungssysteme. Beide Partner werden FLiBe-bezogene Technologien für den Einsatz in Fusionskraftwerken vorantreiben, mit dem Ziel der Kommerzialisierung und der Entwicklung einer Lieferkette, die von der Materialherstellung und Raffination über die praktische Geräteanwendung bis hin zu Kreislaufsystemen nach Kundenspezifikationen reicht. Kyoto Fusioneering wird die technische Planung (einschließlich Engineering, Beschaffung und Bau) der FLiBe-Produktions- und Raffinationsanlage leiten, die in der Berylliumanlage von NGK errichtet wird; NGK wird seine Expertise in der Berylliumsicherheit und -handhabung einbringen und für die Rohstoffbeschaffung sowie den Betrieb der Anlage verantwortlich sein. Kyoto Fusioneering wird seine Kontakte zur Fusionsforschungsgemeinschaft und sein Verständnis der Anforderungen der Fusionsindustrie nutzen, um die Entwicklung von niedrigaktivem, niedrigkorrosivem FLiBe zu leiten, das für den Langzeitbetrieb in Fusionskraftwerken geeignet ist, und das produzierte fusionsgeeignete FLiBe mit seinem speziellen japanischen Advanced FLiBe Research (FREJA)-Kreislauf zu bewerten, einer Testplattform im Labormaßstab zur Validierung und Zertifizierung des hergestellten FLiBe gemäß nuklearen und strukturellen Standards.
Takeshi Otsu, Vizepräsident von NGK und Leiter der NV-Geschäftsentwicklung, erklärte, dass NGK gemäß dem „Langfristigen Managementplan 2026–2035“ das Jahr 2035 als Mittelpunkt auf dem Weg zum „NGK Group Vision: Der Weg zu 2050“ positioniert und sich der Forschung, Entwicklung und gesellschaftlichen Anwendung im Bereich der CO₂-Neutralität widmet. Diese strategische Zusammenarbeit sei ein wichtiger Schritt in diese Richtung. Er fügte hinzu, dass durch die Anwendung von NGKs Sicherheitsmanagement und technischer Expertise in der Berylliumverarbeitung sowie FLiBe-bezogenen Technologien die Herausforderung angenommen werde, neue technologische Werte zu schaffen, die die praktische Umsetzung der Fusionsenergie im Bereich der CO₂-Neutralität unterstützen. Man werde die technologische Entwicklung weiter vorantreiben, um die gesellschaftliche Anwendung von FLiBe-bezogenen Technologien zu erreichen. Kiyoshi Seko, Präsident und Chief Operating Officer von Kyoto Fusioneering, sagte, das Unternehmen sei bestrebt, die grundlegenden Technologien aufzubauen, die für eine möglichst frühe praktische Anwendung der Fusionsenergie erforderlich sind. FLiBe sei ein Schlüsselmaterial mit mehreren Funktionen wie Brüten, Kühlen und Tritiumrückgewinnung. Aufgrund des enthaltenen Berylliums erfordere die sichere Handhabung fortschrittliches Sicherheitsmanagement und Raffinationstechniken. Durch die Kombination von NGKs Beryllium-Expertise mit dem Systemintegrations-Know-how von Kyoto Fusioneering solle die industrielle Basis für FLiBe-bezogene Technologien beschleunigt und ein wichtiger Schritt in Richtung gesellschaftliche Anwendung der Fusionsenergie gemacht werden.
