Wie private Initiativen die Kernfusion antreiben

Der Traum (nicht nur in der Politik) von der Kernfusion als unerschöpfliche Energiequelle ist ein gigantisches Unterfangen, das nicht nur staatliche Forschungsprojekte wie ITER vorantreiben. Die Einführung zur Kernfusion hat bereits gezeigt, dass enorme Investitionen und technologische Fortschritte nötig sind, um diese Vision zu verwirklichen. Neben internationalen Kooperationen haben sich auch zahlreiche private Unternehmen in den letzten Jahren in das Rennen um die Fusionsenergie eingeschaltet. Private Unternehmen und Investoren wie Bill Gates, Jeff Bezos und George Soros stecken Milliarden in die Entwicklung dieser Zukunftstechnologie. In diesem Beitrag werfen wir einen Blick auf die innovativen Ansätze dieser Unternehmen und wie sie versuchen, die Kernfusion schneller und wirtschaftlicher umzusetzen.

Der Aufstieg privater Unternehmen in der Fusionsforschung

Neben großen staatlich geförderten Projekten wie ITER setzen auch private Unternehmen auf die Kernfusion. Laut dem "Global Fusion Industry Report 2024" der Fusion Industry Association gibt es weltweit 45 Unternehmen, die an der Kommerzialisierung der Fusionsenergie arbeiten. Diese Unternehmen verteilen sich auf verschiedene Länder, wobei die USA mit Abstand führend sind. Die genaue Verteilung der Start-ups zeigt die starke internationale Dynamik in diesem innovativen Bereich:

• USA: 25 Unternehmen
• Vereinigtes Königreich: 3 Unternehmen
• Deutschland: 3 Unternehmen
• Japan: 3 Unternehmen
• China: 3 Unternehmen
• Schweiz: 2 Unternehmen
• Australien, Kanada, Frankreich, Israel, Neuseeland, Schweden: je 1 Unternehmen

Dabei verfolgen die 45 erfassten Unternehmen weltweit unterschiedliche technologische Ansätze zur Fusionsenergie. Die Verteilung ist wie folgt:

• Magnetischer Einschluss:

  • Tokamak/Sphärischer Tokamak: Mindestens 10 Unternehmen
  • Stellarator: Mindestens 3 Unternehmen
  • Field-Reversed Configuration (FRC): Mindestens 3 Unternehmen

• Inertialer Einschluss:

  • Lasergetriebene Inertialfusion: Mindestens 5 Unternehmen
  • Schockgetriebene Inertialfusion: Mindestens 1 Unternehmen

• Magneto-Inertialer Einschluss:

  • Plasma Jet Driven Magneto Inertial Fusion (PJMIF): Mindestens 1 Unternehmen
  • Z-Pinch: Mindestens 1 Unternehmen

• Elektrostatische Ansätze:

  • Dense Plasma Focus: Mindestens 1 Unternehmen

• Hybride Ansätze: Mindestens 2 Unternehmen

Diese Vielfalt an technologischen Ansätzen unterstreicht die Innovationskraft und die unterschiedlichen Strategien, die private Unternehmen weltweit verfolgen, um die Herausforderungen der Fusionsenergie zu meistern.

Firmen wie Helion Energy, Tokamak Energy, Novatron und Commonwealth Fusion Systems arbeiten an innovativen Konzepten, die kosteneffizienter und schneller umsetzbar sein sollen. Ihre Ansätze basieren oft auf neuen Technologien, wie Hochtemperatur-Supraleitern, die stärkere Magnetfelder erzeugen und weniger aufwändige Kühlung benötigen. Mehr über die technologische Entwicklung von Tokamaks und Stellaratoren lesen Sie hier.

Welche technologischen Ansätze verfolgen private Fusionsunternehmen?

Tokamaks und Stellaratoren

Beim Tokamak wird das Plasma durch einen Stromfluss stabilisiert, der im Inneren des Plasmas erzeugt wird. Die torusförmige Bauweise (ähnlich einem Donut) und die starken Magnetfelder stellen sicher, dass das Plasma nicht mit den Wänden des Reaktors in Kontakt kommt.

• Tokamak Energy in Großbritannien setzt auf den kompakten „ST80-HTS“, einen Tokamak, der Hochtemperatur-Supraleiter verwendet. Diese werden mit flüssigem Stickstoff statt mit Helium gekühlt, was günstiger und praktischer ist. Der „ST80-HTS“ soll bis 2026 fertiggestellt sein und bis in die frühen 2030er Jahre einen netzfähigen Reaktor liefern.

• Commonwealth Fusion Systems in den USA arbeitet an SPARC, einem Tokamak, der magnetische Felder von über 12 Tesla erzeugt und das Plasma auf etwa 80 Millionen Kelvin erhitzt. SPARC dient als Prototyp für einen späteren kommerziellen Reaktor und soll 2025 in Betrieb gehen.

Eine Weiterentwicklung des magnetisches Einschluss stellt der Stellarator dar, der durch eine verdrehte Magnetfeldgeometrie eine bessere Stabilität des Plasmas ermöglicht. Unternehmen wie Type One Energy und Renaissance Fusion setzen auf diese Technologie und planen, diese komplexe, aber potenziell effizientere Methode für kostengünstigere und stabilere Fusionsreaktoren zu nutzen.

Die Trägheitsfusion basiert auf der komprimierenden Wirkung hoher Kräfte auf eine kleine Brennstoffkapsel, bis eine Fusion ausgelöst wird. Diese Methode wird in der National Ignition Facility (NIF) verwendet und von Unternehmen wie First Light Fusion weiterentwickelt.

• First Light Fusion arbeitet mit kinetischer Energie, um eine Projektil-basierte Kapsel zu komprimieren. Diese Methode, inspiriert von der Natur, nutzt ein 22 Meter langes Geschütz, das ein Projektil mit hoher Geschwindigkeit auf eine Kapsel schießt. Erste Versuche zeigen, dass diese Technik Fusion ermöglichen könnte, wenngleich noch viele technische Herausforderungen bestehen.

Diese Methode vermeidet den Bedarf an großen Magnetfeldern, was die Komplexität und die Kosten des Systems verringern könnte, wenn sie weiterentwickelt wird.

Milliardenförderung und deutsche Innovationskraft

Das Münchener Startup Proxima Fusion, ein Spin-Out des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik, profitiert sowohl von privaten als auch öffentlichen Investitionen. Neben 20 Millionen Euro aus einer Seed-Runde 2024 und weiteren Finanzierungsbeiträgen wurde das Unternehmen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 6,5 Millionen Euro gefördert. Gemeinsam mit Partnern wie dem Forschungszentrum Jülich, der Universität Bonn und der Technischen Universität München treibt Proxima Fusion die Entwicklung von Stellaratoren voran – Fusionsreaktoren, die saubere Energie liefern sollen. Das Ziel: Bis Ende der 2030er Jahre soll der erste kommerzielle Fusionsreaktor in Europa ans Netz gehen.

KI als Schlüsseltechnologie für Fusionsenergie

Ein zentraler Fokus von Proxima Fusion liegt auf dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz, um Stellaratoren effizienter zu gestalten. Mit maschinellem Lernen sollen die komplexen Geometrien der Reaktoren optimiert und numerische Simulationen deutlich beschleunigt werden. Diese Technologie ermöglicht es, stabilere Plasmaflüsse sicherzustellen und neue Designkonzepte schneller umzusetzen. Durch die Zusammenarbeit mit führenden deutschen Forschungseinrichtungen verbindet Proxima Fusion wissenschaftliche Spitzenleistung mit modernster Computertechnologie, um die Energie der Zukunft zu realisieren.

Hier lesen Sie mehr zur Geschichte und den Plänen zur Fusionsenergie Made in Germany.

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

Wie vereinen Hybridansätze Feld- und Trägheitskonfinierung?

Hybridmethoden kombinieren magnetische und trägheitsbasierte Konfinierung, um die Energiedichte und Effizienz zu steigern. Unternehmen wie General Fusion und Helion Energy haben solche Ansätze entwickelt und setzen auf eine Kombination aus Magnetfeldern und Druckkräften.

• General Fusion in Kanada komprimiert eine plasmagefüllte Kammer mit Dampfkolben. Diese Methode ist nicht nur vergleichsweise kompakt, sondern dank des Einsatzes von flüssigem Blei und Lithium auch besonders langlebig und strahlungssicher.

• Helion Energy in den USA nutzt eine Kombination aus Deuterium und Helium-3, um Plasma zu erhitzen und direkt elektrische Energie zu erzeugen. Dies könnte den Energiegewinn pro Fusion erheblich steigern.

Welche alternativen Ansätze gibt es noch in der Fusionsforschung?

Neben den klassischen Methoden experimentieren einige Unternehmen mit völlig neuen Ansätzen. So setzt TAE Technologies – unterstützt durch Google – auf die Kollision von Plasma-Strahlen, während ZAP Energy die Z-Pinch-Technologie nutzt, bei der elektrische Felder das Plasma so stark komprimieren, dass Fusion entsteht. Beide Methoden könnten sich als kostengünstige Alternativen erweisen, da sie mit einer kleineren Infrastruktur auskommen.

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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