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Fusionsenergie: Endlich genug saubere Energie für E-Autos?

von Marten Zabel

Innenansicht des Fusionsreaktors Alcator C-Mod.
Faszinierende Technik: Das MIT experimentiert seit den 1960er Jahren mit Fusionsenergie. Hier das Innere des Fusionsreaktors Alcator C-Mod, der bis 2016 in Betrieb war. Foto: CC:Wikimedia Commons/Robert Mumg

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie die Kernfusion saubere Energie schafft
  • Warum genügend saubere Energie so wichtig ist
  • Wie Fusionsenergie entsteht
  • Welche Schwierigkeiten die Fusionsenergie noch hat

Die Kernfusion verspricht saubere Energie im Überfluss – doch seit Jahrzehnten kommen Forscher nicht weiter. Jetzt soll es endlich soweit sein.

Wie die Kernfusion saubere Energie schafft

Mit einer neu gegründeten Firma namens Commonwealth Fusion Systems wollen Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) innerhalb von 15 Jahren Fusionsenergie, also saubere Energie aus Kernfusion, so weit bringen, dass sie kommerziell ins Netz eingespeist werden kann – und beispielsweise für die massenhafte Verbreitung von E-Autos genutzt werden kann.

Finanziert wird das Projekt mit 50 Millionen Dollar vom italienischen Energiekonzern Eni. Die selbst gesetzte Frist ist allerdings hochambitioniert: Seit Jahrzehnten arbeiten weltweit Forschungsgruppen daran, Fusionsenergie praktisch nutzbar zu machen, um die Energiewende voranzubringen.

Anders als bei der Kernspaltung, die radioaktive Brennstoffe benötigt, verschmelzen bei der Fusionskraft Atomkerne miteinander. Als Brennstoff kommen leichte Gase wie Wasserstoff oder Helium infrage, die Abfallprodukte wären nur minimal radioaktiv.

Die Fusionsenergie könnte gewaltige Mengen Strom produzieren, ohne viele Umweltschäden hervorzurufen.

Die gleichen Prozesse, wie sie auf der Sonne stattfinden, könnten in einem Reaktor gezähmt werden und dort gewaltige Mengen Strom produzieren, ohne viele Umweltschäden hervorzurufen.

Warum genügend saubere Energie so wichtig ist

Saubere Energiequellen werden dringend gebraucht, denn der weltweite Energiebedarf steigt – unter anderem durch die Elektromobilität. Immer weniger Autos werden zukünftig mit Verbrennungsmotoren angetrieben, und immer mehr Gegenstände werden vernetzt und smart. All das treibt den Strombedarf in die Höhe, und der will gedeckt werden.

Neue Branchen und der Aufstieg der Schwellenländer ergeben einen hohen Bedarf an Energie.

Neue Branchen wie das Schürfen von Kryptowährungen oder künstliche Intelligenz öffnen ganz neue Nutzungsmöglichkeiten für Computersysteme, so dass auch hier der Bedarf an Energie steigt. Letztlich darf man auch nicht vergessen, dass Entwicklungs- und Schwellenländer für ihre wirtschaftliche Entwicklung viel Energie benötigen.

Für all das reichen fossile Energien nicht mehr aus, und konventionelle Atomenergie birgt einfach zu viele Risiken. Entsprechend kann die Energiewende nur gelingen, wenn neben Wasserkraft, Windenergie und Solarzellen weitere neue Quellen für Strom gefunden werden.

Wie Fusionsenergie entsteht

Die unterschiedlichen Forschungsreaktoren auf der Welt teilen sich grob in zwei unterschiedliche Konzepte: den Tokamak und den Stellerator. Beide schließen das ultraheiße Plasma in Magnetfeldern in einem Ring ein, damit es nicht die Reaktorwände berührt und beschädigt.

So funktioniert ein Tokamak-Reaktor

Das Projekt von Commonwealth Fusion Systems soll ein Tokamak-Reaktor werden. Das Konzept wurde bereits 1952 von sowjetischen Physikern entwickelt und gilt für viele Forscher auf der Welt als vielversprechende Chance auf nutzbare Fusionsenergie – Testanlagen gibt es etwa in China, wo vor wenigen Jahren neue Temperaturrekorde aufgestellt wurden.

Bei einem Tokamak-Reaktor wird das Plasma der Kernfusion von Magnetfeldern eingeschlossen und in der Schwebe gehalten. Es rotiert in einem Ring im Kreis. Ein Teil der Magnetfelder entsteht dadurch, dass Strom durch das Plasma selbst geleitet wird.

Ganz sicher ist die Forschung noch nicht, wie sie den Dauerbetrieb dieses Reaktortyps aufrechterhalten soll: Reißt der Strom im Plasma ab, kann das zu einem Plasmaleck führen – der Reaktor würde in die Luft fliegen. Einen Großteil des Entwicklungsbudgets von Commonwealth Fusion Systems wird das MIT übrigens zur Produktion der externen Magneten des Reaktors verwenden.

Die Visualisierung zeigt Arbeiter in oranger Kleidung, die an dem Fusionsreaktor arbeiten.
So könnte es gehen: Visualisierung des Tokamak-Experiments. Das MIT nennt dieses Experiment SPARC. Foto: CC:Wikimedia Commons/Ken Filar

So funktioniert ein Stellerator

Noch komplexer ist die Alternative, der Stellerator. Diese Bauweise wird derzeit in der Anlage Wendelstein 7-X des Max-Planck-Instituts in Greifswald getestet.

Bei einem Stellerator hält eine komplexe Form von Magnetspuren und Fusionskammer das Plasma ohne internen Stromfluss in Position.

Das ist potenziell sicherer, bedeutet aber auch einen größeren Aufwand bei der Reaktorkonstruktion: Die Planung von Wendelstein 7-X hat ein Vierteljahrhundert gedauert, der Bau rund zehn Jahre.

Die Testanlage ist nicht groß genug, um mehr Energie zu produzieren, als sie selbst verbraucht – sollte sich das Stellerator-Prinzip als valide und dauerhaft funktionstüchtig erweisen, müssen größere Reaktoren gebaut werden.

Welche Schwierigkeiten die Fusionsenergie noch hat

Ein Zeitansatz von 15 Jahren ist für ein Projekt mit einem anfänglichen Budget von 50 Millionen Dollar äußerst fragwürdig: Wendelstein 7-X hat in 18 Jahren rund 1,06 Milliarden Euro verschlungen.

Das Heilsversprechen sauberer Energie aus Kernfusion ist zudem eines, das mit jeder Generation erneuert wird – eine nutzbare Technologie liegt laut Forschern immer etwa zwei bis drei Jahrzehnte in der Zukunft. Es bleibt also abzuwarten, ob die MIT-Gruppe oder eines der weltweit konkurrierenden Projekte so schnell Erfolg haben kann, oder ob es weiter heißt: Bald ist es soweit.

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