Versprechen Kernfusion? Der Wettlauf um die Energie der Zukunft

Ende 2022 lieferte erstmals eine Fusionsreaktion mehr Energie, als ihr zuvor zugeführt worden war. Ein Erfolg, auf den die Fusionsforschung rund 70 Jahren hingearbeitet hatte. Nun ist der Wettbewerb um einen Fusionsreaktor neu entfacht. Weltweit sind Forschungs- und Entwicklungsteams im Rennen: Sie setzen auf unterschiedliche technologische Ansätze, planen und bauen erste Maschinen und Anlagen, müssen technische Probleme bewältigen und Rückschläge verkraften. Können sie ihr Ziel erreichen: Kraftwerke, die aus Kernfusion große Mengen Strom erzeugen?

"Kernfusion ist keine Raketenwissenschaft", sagt Markus Roth, "es ist um ein Vielfaches schwieriger". Dennoch ist der Physiker optimistisch, dass aus dem Traum von unerschöpflicher Energie bald Wirklichkeit wird. Hoffnung macht das erfolgreiche Experiment an der US-amerikanischen Laseranlage National Ignition Facility (NIF). Dessen 192 Laserstrahlen konnten eine winzige Brennstoffkapsel so stark verdichten, dass die Fusionsreaktion zündete und mehr Energie freisetzte, als zuvor in sie hineingesteckt worden war.

Bisher galt die Magnetfusion und insbesondere der Tokamak als der vielversprechendste Ansatz auf dem Weg zu einem Fusionsreaktor: große Magnetspulen, die viele Millionen Grad heißes Plasma einschließen, in dem die Isotope des Brennstoffs fusionieren sollen. In Südfrankreich wird zurzeit der größte dieser Tokamak-Magnetkäfige gebaut, der Versuchsreaktor ITER. Doch ITER kämpft mit technischen Problemen, die den Bau verzögern.

Fortschritte in Rechenleistung und Magnettechnologie verbessern die Chancen für einen alternativen Ansatz in der Magnetfusion: den Stellarator. Im Gegensatz zum Tokamak sind die Spulen des Stellarators so perfekt geformt, dass ihr Magnetfeld das Fusionsplasma über lange Zeiträume stabil einschließen kann.

Drei Konzepte – ein Versprechen: aus einem Gramm der Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium so viel Energie zu gewinnen, wie aus elf Tonnen Kohle. Dauerhaft verfügbar. Ohne CO2-Ausstoß. Ohne hochradioaktive Abfälle. Bis wann wird sich das Versprechen einlösen lassen? Und welche Rolle wird Strom aus Kernfusion dann in den Energiesystemen spielen? Der Wettlauf um die Energie der Zukunft erreicht eine neue Qualität und hat noch einige Herausforderungen zu bieten.

Im Februar 2024 eine weitere Erfolgsmeldung: Das Forscherteam des Joint European Torus, kurz JET, verkündete einen neuen Energierekord aus der Kernfusion. Einige Monate zuvor war es am britischen Forschungszentrum Culham gelungen, eine selbsterhaltende Fusionsreaktion zu zünden und dabei für rund fünf Sekunden eine Energie von insgesamt 69 Megajoule zu produzieren. Obwohl die gewonnene Fusionsenergie nicht allzu groß ist und dreimal so viel Heizenergie nötig war, um die Reaktion zu zünden, verdeutlicht das Ergebnis: Die Wissenschaftler bekommen die Kernfusion zunehmend in den Griff. Mit dem jüngsten Experiment hat JET seinen eigenen, erst vor zwei Jahren aufgestellten Weltrekord übertroffen.

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