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Heliumkompressoren

Energie erzeugen nach dem Vorbild der Sonne

| Autor / Redakteur: William Koester / Matthias Back

Die Iter-Baustelle aus der Luft. Nach dem Vorbild der Sonne soll hier in der Zukunft Energie erzeugt werden.
Die Iter-Baustelle aus der Luft. Nach dem Vorbild der Sonne soll hier in der Zukunft Energie erzeugt werden. (Bild: ITER Organization)

Das Iter-Projekt folgt der Vision, die Stromversorgung der Zukunft zu sichern. Auf der Großbaustelle in Südfrankreich kommen dabei auch Heliumverdichter von Sauer Compressors zum Einsatz.

Im südfranzösischen Cadarache wird an der Umsetzung einer spektakulären Vision gearbeitet: Nach dem Vorbild der Sonne soll die Fusionsanlage Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor) durch Kernfusion Energie gewinnen und so in Zukunft die Stromversorgung der Menschheit sichern. Zu den größten Herausforderungen zählt die hohe Temperatur im Inneren des Reaktors. Bei dessen Kühlung spielt eine von Sauer Compressors entwickelte Technologie eine zentrale Rolle: das weltweit größte System zur Heliumrückgewinnung.

Unter gewaltiger Hitze verschmelzen beim Prozess der Kernfusion die Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium zu einem Plasma. Große Mengen an Energie werden freigesetzt. Forscher versprechen sich eine unerschöpfliche Energiequelle, die zudem völlig emissionsfrei und ungefährlich ist. Das Prinzip ist bereits erprobt. Allerdings musste bislang für die Aufheizung des Plasmas auf die Zündtemperatur von rund 100 Mio. °C mehr Energie aufgewandt werden als anschließend per Fusion zurückgewonnen werden konnte.

Ziel: Heliumverluste möglichst gering halten

Die Iter-Versuchsanlage verfügt über einen Fusionsreaktor vom Typ „Tokamak“, der mit einem Volumen von 840 m³ erheblich größer ist als alle bisherigen Anlagen dieser Bauart. Mit dem Reaktor soll zehnmal mehr Energie erzeugt werden können, als für die Zündung des Plasmas erforderlich ist. Aufgrund der hohen Temperatur lässt sich das Fusionsplasma nicht in materiellen Gefäßen einschließen. Stattdessen werden gigantische magnetische Felder genutzt, um den schwebenden Brennstoff wärmeisolierend zu umfassen und von den Gefäßwänden zu trennen.

Die supraleitenden Magnetspulen, die das nötige magnetische Feld erzeugen, werden mit großen Mengen Helium bei hohem Druck und einer Eintrittstemperatur von 4,5 K gekühlt. Allerdings ist das Edelgas aufgrund seines besonderen Diffusionsvermögens ein anspruchsvolles Kühlmedium. Helium hat einen sehr geringen Atomdurchmesser und kann selbst kleinste Öffnungen und Poren bei Metallen und Verschraubungen durchdringen. Da das Edelgas sehr teuer ist, muss der Verlust durch Verdunstung und Leckagen möglichst gering gehalten werden. Die Planer des Fusionsreaktors Iter suchten daher nach einer Anlage zur Rückgewinnung des bei der Kühlung abgedampften Gases. Ein zusätzliches System sollte für die Verdichtung von Leckagen im Heliumkreislauf installiert werden.

Event-Tipp der Redaktion Das von PROCESS organisierte Energy Excellence Forum am 08. März 2018 in Frankfurt am Main zeigt eine Vielzahl von technischen Konzepten und Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz. Welche Themen beim letzten Energy Excellence Forum diskutiert wurden, lesen Sie in unserem Beitrag „Energy Excellence Forum 2017 – Energieeffizienz ist mehr als Energie sparen“.

Kolbenkompressoren eigens für das ITER-Projekt entwickelt

Spezialisten von Sauer Compressors gelang es, diese Anforderungen zu erfüllen. Sie kombinierten beide in Kiel produzierten und getesteten Systeme in der Montagehalle der französischen Gesellschaft Girodin-Sauer SAS zu einer zusammenhängenden Anlage. Diese besteht aus fünf Heliumverdichtern auf einem vierteiligen Grundrahmen von 8 m × 8 m und ist damit das größte System dieser Art. Im Anschluss konnte die komplett gasdichte Rückgewinnungsanlage mit Edelstahlverrohrung an den Kunden Air Liquide ausgeliefert werden. Seit dem Sommer 2017 erfolgt die Installation im Fusionsreaktor Iter.

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