Systemperformance Systemperformance richtig analysieren: Was die Kernfusion vorantreibt

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Kernfusion könnte die Energieprobleme der Welt lösen. Commonwealth Fusion Systems und Aveva arbeiten an dieser Vision, indem sie digitale Lösungen nutzen, um die Technologie zur Marktreife zu bringen und die Systemperformance zu optimieren.

Die Suche nach einer nachhaltigen und fast unerschöpflichen Energiequelle hat die Kernfusion ins Zentrum der Forschung gerückt. Das US-amerikanische Unternehmen Commonwealth Fusion Systems (CFS) arbeitet an der Spitze dieser Innovation und nutzt fortschrittliche digitale Lösungen, um die Komplexität und Herausforderungen dieses bahnbrechenden Unterfangens zu bewältigen.

Systemperformance der Kernfusion: Eine Lösung für die Energiekrise

Kernfusion, die Energiequelle der Sonne, bietet das Versprechen, eine nahezu unbegrenzte Menge an Energie zu erzeugen, ohne dabei schädliche Treibhausgase auszustoßen wie bei traditionellen Energiequellen. CFS will diese Technologie zur kommerziellen Reife bringen – was eine Revolution der Energieversorgung bedeuten könnte. Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik hat berechnet, dass ein Gramm eines Brennstoffs aus Deuterium und Tritium 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen könnte. Das entspräche der Verbrennungswärme von elf Tonnen Kohle.

Die potenzielle Nutzung der Kernfusion umfasst nicht nur die saubere Stromerzeugung. Sie könnte in der Industrie außerdem dazu genutzt werden, grünen Wasserstoff herzustellen und damit zum nachhaltigen Umbau der Industrie beitragen.

Kernfusionen zu provozieren und technisch zu nutzen, ist aufgrund extremer Anforderungen an Materialien und Technologie besonders herausfordernd. Eines der größten Hindernisse ist das Erreichen und Aufrechterhalten der enorm hohen Temperaturen, die für die Fusion nötig sind – über 100 Millionen Grad Celsius. Diese Bedingungen erfordern fortschrittliche Materialien, die dieser Hitze und Strahlung standhalten können, ohne zu erodieren oder ihre Struktur zu verlieren. Zudem muss die Plasmakontrolle im Reaktor präzise gesteuert werden, um eine effiziente Energiegewinnung zu ermöglichen. Neben der Entwicklung dieser speziellen Materialien ist auch eine Software, mit der verschiedenen Parameter in Echtzeit analysiert werden können, ein Schlüsselfaktor für die Umsetzbarkeit von Kernfusion.

Digitale Werkzeuge in der Praxis

Um die enormen Datenmengen und komplexen Prozesse zu verwalten, setzt CFS auf den digitalen Zwilling. Damit können die Ingenieure präzise Simulationen durchführen und Echtzeit-Daten über die Systemperformance sammeln und analysieren. Dies ermöglicht es, effizient auf Herausforderungen zu reagieren und die Entwicklung der Technologie zu beschleunigen.

Ein Beispiel für den Einsatz digitaler Technologien ist das Design und der Test des Tokamaks. In dieser oft ringförmigen Struktur wird ein magnetisches Feld erzeugt und darin das Plasma auf die zur Kernfusion nötige Temperatur erhitzt. In Aveva Unified Engineering lassen sich flexibel Änderungen simulieren und Anpassungen vornehmen. Das verkürzt die Entwicklungszeit und steigert die Effizienz eines solchen Projekts.

Big Data und maschinelles Lernen für bessere Systemperformance

Das Team von CFS nutzt außerdem Big Data und maschinelles Lernen, um kontinuierlich die Betriebsparameter des Fusionsreaktors zu optimieren. Die digitalen Analysewerkzeuge helfen, Muster in großen Datensätzen zu erkennen und Vorhersagemodelle zu entwickeln, die zur Effizienzsteigerung und Risikominimierung beitragen. Alle Software-Tools stehen über Connect, die Plattform für industrielle Intelligenz von Aveva, bereit.

CFS bindet ein globales Netzwerk aus Fachexperten und Wissenschaftlern ein, um die Entwicklungszeiten zu verkürzen und innovatives Wissen in den Fusionsprozess zu integrieren. Der cloud-basierte Zugriff auf die Software erleichtert die Zusammenarbeit über geographische und institutionelle Grenzen hinweg. Das ist entscheidend, um Ideen zusammenzubringen und das Projekt weiterzuentwickeln.

Fazit und Ausblick

Während sich die Ingenieure und Techniker bei CFS nach wie vor auf die technische Machbarkeit der Kernfusion fokussieren, bereiten sich die Teams ebenso bereits auf die kommerzielle Nutzung vor. Die Grundstoffe für die Kernfusion sind fast unbegrenzt verfügbar. Außerdem lässt sich mit dieser Methode sehr viel Energie erzeugen – so viel, wie bei der Verbrennung von elf Tonnen Kohle. Dennoch entsteht bei der Fusion radioaktiver Abfall. Zwar ist es nur ein schwach- oder mittelradioaktiver Abfall, jedoch muss auch dieser gemanagt und kurze Zeit gelagert werden. Es bedarf also weiterhin der Forschung und Entwicklung, um die Technologie tatsächlich umsetzbar zu machen. Digitale Tools können dabei ein Katalysator in dieser Entwicklung sein.