Energie-Verheißung mit hoher Halbwertzeit

Der Energiehunger der Welt ist riesengroß. Und er steigt weiter. Bis 2045 wird sich der Strombedarf in Deutschland wahrscheinlich verdoppeln, hat das Bundeswirtschaftsministerium kürzlich errechnet. Angetrieben wird das durch die zunehmende Elektrifizierung in allen möglichen Sektoren. Gleichzeitig hat Deutschland das Ziel Klimaneutralität bis 2045 ausgegeben. Zwar wächst der Anteil der aus Wind und Sonne gewonnenen Energie deutlich, doch: Woher kommt der Strom, wenn sich kein Lüftchen regt, es dunkel ist und kein Mega-Stromspeicher zur Verfügung steht? „Kernfusion“, lautet seit einigen Jahren öfter die Antwort. Recht euphorisch klingt das bei Prof. Dr. Markus Roth, Professor für Laser- und Plasmaphysik an der TU Darmstadt und Mitgründer des Fusions-Start-ups Focused Energy: „Bei der Fusionsenergie geht es um nichts Geringeres als eine neue, sehr effiziente Energiequelle, die viele unserer Probleme auf der Erde lösen könnte.“ Und Prof. Dr. Sibylle Günter, Wissenschaftliche Direktorin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP), sieht „eine Dynamik, die es so noch nie gegeben hat“.

Die Verheißungen der Kernfusion sind fantastisch. Sauber, sicher, unerschöpflich – das wäre kurzgefasst der Strom aus der Kernfusion. Denn bei der Verschmelzung von Wasserstoffkernen entstehen ungefährliches Helium und ein freies Neutron, das Energie aufnimmt und als Wärme wieder abgeben kann. Damit ließen sich dann ganz klassisch Turbinen antreiben. Treibhausgase setzt die Kernfusion nicht frei. Die Energieausbeute wäre gewaltig: Nur ein Gramm des erforderlichen Brennstoffs aus den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium könnte die Verbrennungswärme von elf Tonnen Braunkohle freisetzen, wie das IPP errechnet hat. Tritium ist radioaktiv, hat aber mit gut zwölf Jahren eine relativ kurze Halbwertzeit. Auch im Fusionsprozess werden Reaktorbauteile radioaktiv, isoliert werden müssen sie aber nur für etwa 100 Jahre. Anders als bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken entsteht also kein Hunderttausende Jahre strahlender Atommüll. Eine unkontrollierte Kettenreaktion ist nicht möglich: Die Kernfusion stoppt bei Störungen von selbst.

Besser könnte man sich eine Energiequelle kaum ausdenken. Vorbild ist die Sonne, sie ist ein gigantisches Fusionskraftwerk. In der Physik wurde der enorme Energieeffekt schon vor 100 Jahren erkannt. Allerdings steht bis heute nirgendwo auf der Erde ein Fusionskraftwerk. Die Internationale Atomenergie-Organisation zählt immerhin 166 experimentelle Kernfusionsreaktoren weltweit, die betrieben, gebaut oder geplant werden. In ihnen wird versucht, die technischen Schwierigkeiten der Kernfusion zu meistern. 

Denn das ist der Haken an der verheißungsvollen Energiequelle: Es bedarf enormer Temperaturen, um Atomkerne zu fusionieren – mehr als 100 Millionen Grad. Die gängigen Ansätze sind die Magnetfusion und die Laserfusion. Bei der Magnetfusion wird das megaheiße Wasserstoffgas in einem Magnetfeld eingeschlossen. Es entsteht ein sogenanntes Plasma, in dem Atomkerne verschmelzen können. Bei der Laserfusion beschießen hochenergetische Laserstrahlen winzige Brennstoffkügelchen, die implodieren. Der Wasserstoff wird verdichtet, erhitzt, Plasma entsteht, und die Fusion zündet. Es muss jedoch nicht nur dieser Prozess aufrechterhalten werden, der exakte und stabile Bedingungen benötigt, was technologisch sehr kompliziert ist. Auch der Brennstoffbestandteil Tritium muss erst im Betrieb „erbrütet“ werden, weil er in der Natur kaum vorkommt. Eine gängige Praxis dafür gibt es bislang nicht. 

Noch ist es in keinem Reaktor gelungen, mehr Energie zu er zeugen, als zuvor hineingesteckt wurde. Doch der Dezember 2022 gilt als wichtiger Wendepunkt: Im US-Labor National Ignition Facility (NIF) zündeten die Forscherinnen und Forscher eine Brennstoffkapsel mit Lasern, wofür gut zwei Megajoule Energie verbraucht wurden. Heraus kamen bei der Kernfusion etwas mehr als drei Megajoule Energie. Klingt gut, nur: Der Betrieb der Laser, der Steuerungssysteme und weiterer Technik für das Experiment verschlang hundertmal so viel Energie. Das Ergebnis am NIF gilt trotzdem als Meilenstein. Einen „echten wissenschaftlichen Erfolg“ nennt es Sibylle Günter. Ihr Institut forscht an der anderen Variante, der Magnetfusion. Das IPP betreibt unter anderem die Versuchsanlagen ASDEX Upgrade in Garching und Wendelstein 7-X in Greifswald. 

Wendelste in 7-x hat zu den Fortschritten der vergangenen Jahre beigetragen. Anfang 2023 konnte dort das Plasma gut acht Minuten lang aufrechterhalten werden. Und in der inzwischen stillgelegten europäischen Forschungsanlage Joint European Torus in Großbritannien wurde 2023 die größte Menge an Energie bei einem Fusionsexperiment erzeugt: 69 Megajoule, ein Weltrekord, wie die Beteiligten sagten. Allein: Die für die Prozesse eingesetzte Energie überstieg bei allen Experimenten deutlich die gewonnene. Das soll sich mit dem Internationalen Thermonuklearen Experimentalreaktor (ITER) in Südfrankreich ändern. An ihm sind 33 Staaten beteiligt, auch die Europäische Union. Eigentlich sollte ITER in diesem Jahr loslegen, wegen technischer Probleme wird jetzt aber mit einem Start für 2034 gerechnet, mit Fusionsexperimenten ab 2039. Ein Kraftwerk für die Stromerzeugung soll erst danach entstehen. 

Die aktuelle Dynamik bremst das nicht. Im März 2024 sagte die damalige Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger zu, mehr als eine Milliarde Euro über fünf Jahre in die Forschung zur Kernfusion zu stecken. Zusätzlich zu bisher mehr als 150 Millionen Euro pro Jahr allein vom Bund. Die neue Bundesregierung macht eine klare Ansage: „Der erste Fusionsreaktor der Welt soll in Deutschland stehen“, heißt es im Koalitionsvertrag. Auch mehrere Bundesländer setzen Millionen ein, um die Technologie zu fördern. Inzwischen ist die Kernfusion auch für Risikokapitalgeber interessant geworden. Weltweit arbeiten etwa 45 private Unternehmen in der Fusionsbranche, sie haben bisher rund 7,1 Milliarden Dollar von Investoren erhalten, so eine Erhebung der Fusion Industry Association, eines Verbands der internationalen Kernfusionsindustrie. Die meisten Start-ups befinden sich in den USA.

Hierzulande setzen die Fusions-Start-Ups Proxima Fusion, eine Ausgründung des IPP, und Gauss Fusion, das mit anderen europäischen Unternehmen gegründet wurde, auf die Magnetfusion. Der Laserfusion haben sich dagegen die Firmen Marvel Fusion und das deutsch-amerikanische Unternehmen Focused Energy verschrieben. Markus Roth begründet das damit, dass bisher einzig die Laserfusion gezeigt habe, dass sie funktioniere. Er verweist auf das Experiment am NIF 2022: „Seitdem nimmt dort der Energiegewinn in weiteren Experimenten exponentiell zu. Mittlerweile arbeiten drei der vier verantwortlichen Wissenschaftler bei Focused Energy.“ Das erklärt auch die Zuversicht des Start-ups, nach einer Testanlage parallel „bis circa 2035“ auf dem Gelände des ehemaligen Atomkraftwerks Biblis ein „Fusionspilotkraftwerk“ zu bauen. 

Die Frage bleibt: wann fließt tatsächlich Strom aus einem Fusionskraftwerk? Sie begleitet die Forschung seit ihrem Beginn. Damals hieß es: in 30 Jahren. Inzwischen nennen Kritiker die Zahl ironisch die „Fusionskonstante“, weil sie ständig wiederholt wird, ohne dass sich die prognostizierte Zeit verkürzt hätte. Markus Roth hält gegen: Das Fusionspilotkraftwerk von Focused Energy werde Strom erzeugen, auch wenn dieser zunächst „nicht marktfähig“ sei und das Kraftwerk „noch nicht rund um die Uhr laufen“ könne. Ein erstes „kommerzielles Fusionskraftwerk“ solle dann bis 2040 oder 2042 ans Netz gehen und Strom zu marktfähigen Preisen liefern. 

Auch Sibylle Günter vom Ipp ist zuversichtlich: „Wir denken, ein erstes kommerziell nutzbares Kraftwerk könnte in etwa 20 Jahren stehen, wenn wir jetzt die richtigen Rahmenbedingungen schaffen“, sagt sie. Neben angepassten Gesetzen für die Genehmigung und den Bau der Anlagen sowie einer Ausbildungsoffensive für Fachkräfte nennt sie eine weitere Voraussetzung: „Wir bräuchten für diesen Zeitraum 20 Milliarden Euro zusätzlich.“

Text: Marcus Müller
Datum: Juli 2025