Kernfusion: Warum sie immer noch Zukunftsmusik ist

Neulich las ich einen YouTube-Kommentar unter einem Video über Kernfusion: "Wie weit sind wir von der Kernfusion entfernt? – Etwa 150 Millionen Kilometer". Dieser humorvolle Kommentar spielt selbstverständlich auf die Sonne an, die natürliche Quelle der Kernfusion, und verdeutlicht gleichzeitig, wie herausfordernd die Entwicklung dieser Technologie auf der Erde ist. Kernfusion ist ein höchst faszinierendes Thema, das nicht nur Forscher, sondern auch Laien seit Jahrzehnten beschäftigt. Es ist ein Gebiet, das so komplex ist, dass man darüber leicht dutzende Bücher schreiben könnte – und viele sind bereits geschrieben worden. Aber warum sollten wir überhaupt damit beschäftigen?

Kernfusionsforschung: Der Weg zu einer neuen Energiequelle

Die globale Nachfrage nach Energie ist in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen, und mit der wachsenden Weltbevölkerung und dem steigenden Energiebedarf in aufstrebenden Volkswirtschaften wird ein Rückgang dieser Entwicklung kaum erwartet. So rechnet der Weltenergierat mit einem Anstieg der weltweiten Stromnachfrage von 22.168 TWh (Wert aus 2017) auf 35.277 TWh im Jahr 2040, also ein Plus von fast 60 %. Fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Gas sind nach wie vor die dominierenden Energiequellen, aber ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt und das Klima drängen die Weltgemeinschaft, nach nachhaltigeren Alternativen zu suchen. Erneuerbare Energien wie Solar-, Wasser- und Windkraft spielen dabei eine zentrale Rolle, doch deren volatiles Verhalten und die Abhängigkeit von Wetterbedingungen erfordern auf der einen Seite einen noch stärkeren Ausbau. Zudem braucht es aber auch ergänzende Technologien, um eine stabile Grundlastversorgung zu gewährleisten.

Eine vielversprechende Lösung an dieser Stelle ist die Kernfusion. Eine Technologie, die darauf abzielt – vereinfacht gesprochen –, die Prozesse, die in der Sonne ablaufen, auf der Erde nachzubilden. Im Gegensatz zur Kernspaltung, bei der schwere Atomkerne wie Uran gespalten werden, verschmilzt die Kernfusion leichte Atomkerne zu einem schwereren Kern und setzt dabei enorme Energiemengen frei. Diese Energiequelle wäre praktisch unerschöpflich und nahezu emissionsfrei.

Mehr über die technologischen Ansätze zur Fusion, wie den Tokamak und den Stellarator, können Sie hier nachlesen

Was ist Kernfusion und welche Vorteile bietet sie?

Aber was genau ist eigentlich diese Kernfusion? Die Kernfusion ist der Prozess, bei dem zwei leichte Atomkerne, typischerweise Isotope des Wasserstoffs wie Deuterium und Tritium, unter extrem hohen Temperaturen (wir sprechen hier von Millionen von °C) und Drücken zu einem schwereren Kern verschmelzen.

Genauer gesagt erzeugen diese Bedingungen ein Plasma, ein extrem heißes, ionisiertes Gas, in dem die Atomkerne als Ionen und Elektronen frei vorliegen. Durch starke Magnetfelder wird dieses Plasma stabilisiert und kontrolliert, sodass die Atomkerne nahe genug zusammenkommen, um die Verschmelzung zu ermöglichen. Dabei wird ein hochenergetisches Neutron freigesetzt, das aus der Reaktionskammer entweicht und in die Reaktorwand eindringt. Diese Wand, meist aus hochbeständigem Material wie Wolfram oder einer mit Lithium umhüllten Struktur, erhitzt sich, und die entstehende Wärme wird in Elektrizität umgewandelt. Das Konzept klingt auf den ersten Blick einfach, aber die Umsetzung ist extrem komplex und erfordert ein präzises Zusammenspiel von Hochtechnologien.

Der Vorteil der Kernfusion gegenüber fossilen Brennstoffen und selbst gegenüber erneuerbaren Energien ist ihre potenziell unerschöpfliche Energiequelle. Brennstoffe wie Deuterium ist in großen Mengen im Meerwasser verfügbar, und Tritium kann theoretisch im Reaktor selbst aus Lithium erzeugt werden. Zudem entstehen bei der Fusion keine Treibhausgase, und die bei der Reaktion freigesetzten radioaktiven Isotope haben im Vergleich zur Kernspaltung deutlich kürzere Halbwertszeiten, was die Endlagerung erleichtert.

Mehr über die Rolle von Deuterium und Tritium in der Fusionsforschung finden Sie hier.

Der aktuelle Stand der Fusionsforschung

Die gute Nachricht: erste Fusionsexperimente waren bereits erfolgreich, wobei jedoch oftmals mehr Energie in die Experimente investiert wurde, als gewonnen werden konnte. Weltweit arbeiten zahlreiche Forscherteams und Unternehmen daran, die Kernfusion zur Marktreife zu bringen. Der internationale Reaktor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in Südfrankreich ist beispielsweise eines der größten und ambitioniertesten Projekte, um dieses Ziel zu erreichen. Doch es gibt auch alternative Ansätze wie die Trägheitsfusion, bei der Hochenergielaser verwendet werden, um den Fusionsprozess zu starten.

Einige private Unternehmen setzen ebenfalls auf die Kernfusion und haben dabei neue Konzepte entwickelt, die kosteneffizienter und skalierbarer sein sollen. Unternehmen wie Helion Energy oder Tokamak Energy gehören zu den Vorreitern auf diesem Gebiet.

Hier erfahren Sie mehr über die Fortschritte privater Unternehmen und ihre Ansätze in der Fusionsforschung sowie die technischen und wirtschaftliche Hürden auf dem Weg zur Marktreife der Fusionsenergie.

Überblick über ausgewählte Fusionsreaktoren: Wo sie stehen, was sie machen und wie weit sie sind.

Internationale Zusammenarbeit als Schlüssel zum Erfolg

Neben den großen Projekten in Europa, Japan und den USA spielt auch China eine wichtige Rolle in der Fusionsforschung. Das Land arbeitet nicht nur an internationalen Projekten wie ITER mit, sondern entwickelt auch eigene Reaktoren wie EAST und CFETR. Die internationale Zusammenarbeit ist entscheidend, um die technologischen und finanziellen Herausforderungen der Kernfusion zu bewältigen.

Mehr über Chinas Engagement, den neuen Rekord von EAST und die Bedeutung der internationalen Kooperation gibt es hier.

Welche Perspektiven bietet die Kernfusion für die Zukunft der Energie?

Die Kernfusion stellt eine der größten technologischen Herausforderungen unserer Zeit dar. Sie hat das Potenzial, eine stabile, saubere und nahezu unerschöpfliche Energiequelle zu bieten. Das macht ein Beispiel deutlich: Aus einem einzigen Glas Meerwasser lässt sich so viel Energie gewinnen, wie mit der Verbrennung eines ganzen Ölfasses. Und das quasi ohne Abfall.

Doch die Entwicklung ist teuer und erfordert langfristige Investitionen sowie internationale Zusammenarbeit. Angesichts der Klimakrise und der steigenden Energienachfrage könnte die Kernfusion langfristig eine Schlüsselrolle im globalen Energiemix einnehmen. Sie wird hoffentlich nicht nur die volatile Erzeugung erneuerbarer Energien ergänzen, sondern auch für die Energieversorgung von Industrieprozessen, urbanen Zentren und Regionen mit hohem Energiebedarf genutzt werden.

Die nächsten Jahre werden entscheidend sein, um zu beurteilen, ob die ambitionierten Ziele der Forscher und Unternehmen erreicht werden können. Aktuell, so ehrlich muss man sein, betreiben die Beteiligten eine Milliardenschwere-Wette, denn eine Garantie, dass die Kernfusion wirtschaftlich funktionieren wird, gibt es nicht. Bis dahin bleibt die Kernfusion eine vielversprechende, aber langfristige Ergänzung zu den bereits etablierten erneuerbaren Energien. Sollten die technischen und ökonomischen Herausforderungen jedoch überwunden werden, käme die Kernfusion einer Revolution der Energiegewinnung als zentrale Säule der globalen Energieversorgung gleich.

Der Autor: Dr. Martin Large

Aus dem Schoß einer Lehrerfamilie entsprungen (Vater, Großvater, Bruder und Onkel), war es Martin Large schon immer ein Anliegen, Wissen an andere aufzubereiten und zu vermitteln. Ob in der Schule oder im (Biologie)-Studium, er versuchte immer, seine Mitmenschen mitzunehmen und ihr Leben angenehmer zu gestalten. Diese Leidenschaft kann er nun als Redakteur ausleben. Zudem kümmert er sich um die Themen SEO und alles was dazu gehört bei all-electronics.de.

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