Kernfusion

Was ist eigentlich… Kernfusion?

Die deutsche Energiedebatte wird so hitzig  geführt wie schon lange nicht mehr. Sicherlich der prominenteste Streitpunkt ist die Atomdebatte. Während für die einen ein Weiterbetrieb der deutschen Kernkraftwerke auf Grund der Betriebsrisiken und entstehenden Ewigkeitskosten nicht zu rechtfertigen ist, heben die Fürsprecher der Atomenergie deren CO2-Neutralität sowie die hohen Sicherheitsstandards der deutschen Meiler hervor. Die Frage um die erneute Verlängerung der Laufzeiten lässt die Temperatur der politischen Debatte steigen – doch damit nicht genug! Um die verringerten Kapazitäten aus der Kernkraft zu kompensieren, wird nun wieder mehr Kohle verstromt: Aus klimapolitischer Perspektive ist das fragwürdig. Hinzu kommt der Landfraß des Braunkohletagebaus und die Umwelt- und Kulturzerstörung, die damit einhergehen. Auch hiergegen manifestiert sich ein lauter und zum Teil auch gewalttätiger Widerstand aus einigen politischen Lagern. Dieselben Gruppen fordern im Gegenzug einen massiven Ausbau der erneuerbaren Energiekapazitäten. Dieser scheitert wiederum oftmals am Widerstand der Bürgerinnen und Bürger in den betroffenen Regionen, an regulatorischen Hürden, unzureichender Infrastrukturanbindung oder dem chronischen Fachkräftemangel – von technischen Schwierigkeiten sowie der mangelnden Grundlastfähigkeit ganz zu schweigen. So ergibt sich eine festgefahrene Pattsituation, in der sich unterschiedliche politische Lager gegenseitig blockieren und einen Fortschritt konsequent verzögern – eine Situation, die zunehmend auch den Wirtschaftsstandort Deutschland gefährdet.

Die Kernfusion

Vor diesem Hintergrund geben die jüngsten technologischen Fortschritte aus den Vereinigten Staaten Grund zur Hoffnung. Dort ist es Forscherinnen und Forschern erstmals gelungen, eine positive Energiebilanz bei Versuchen zur Kernfusion zu erzielen. In anderen Worten: Für den Bruchteil eines Augenblickes wurde der Wirkungsmechanismus der Sonne auf der Erde nachgestellt und somit eine neue und potentiell revolutionäre Energiequelle greifbar.

Zugegeben: Es wäre unredlich, den Enthusiasmus nicht etwas zu dämpfen. Die Kernfusion gilt schon seit den achtziger Jahren als Energie der Zukunft, und seit den 1950igern wird in unterschiedlichen Versuchsaufbauten Forschung zu dieser Energieform betrieben. Nun wurde erstmalig mehr Energie in dem Prozess freigesetzt, als zunächst eingesetzt. Daher sind die Erfolge der US-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler durchaus als Durchbruch zu verstehen. Dennoch ist dieses Ergebnis unter aufwändigsten Laborbedingungen erzielt worden. Der Versuchsaufbau beinhaltete unter anderem die weltweit leistungsfähigste Laseranlage, um die benötigte Betriebstemperatur von etwa 60 Millionen Grad Celsius zu erreichen – von Marktreife kann man also noch lange nicht sprechen. Was ist also so besonders an dieser neuen Technologie? Soviel steht fest: Die Kernfusion unterscheidet sich deutlich von den bislang angewandten Verfahren zur Energiegewinnung.

Der Prozess

Bei der Kernfusion werden Atomkerne miteinander verschmolzen. Das heißt, zwei leichte Atomkerne werden zu einem einzelnen, schwereren fusioniert. Dafür ist zunächst ein immenser Energieeinsatz notwendig, um die verwendete Materie zu erhitzen, bis der Aggregatszustand „Plasma“ erreicht ist. Durch die Hitze haben die Atomkerne genug Energie, um die physikalische Barriere, die die Zellkerne eigentlich voneinander abstoßen lässt, zu überwinden. Das führt dazu, dass sich die Bauteile der beiden Atomkerne neu arrangieren und sich zu einem einzelnen Atom verbinden. Dabei werden die Kräfte, mit denen die Atomkerne zunächst zusammengehalten wurden, frei – diese Energie übertraf in dem amerikanischen Versuch nun erstmals die für die Laser eingesetzte Energie. Perspektivisch könnte dieser Energieüberschuss vom Menschen verwendet werden.

Das durch die Fusion neuentstandene Atom ist leichter als die Summe der beiden ursprünglichen Atome. Dieser sogenannte Massedefekt kann durch Einsteins Relativitätstheorie erklärt werden. Diese stellt fest, dass Masse und Energie gleichwertig sind – will heißen, dass Masse eben auch in Energie umgewandelt werden kann. Genau das passiert bei der Kernfusion. Bei kleinen Atomen wie zum Beispiel Wasserstoff sind die Kräfte, die bei der Kernfusion freiwerden, enorm. Je größer die Atome werden, desto schwächer werden auch die Kräfte, die die Kerne zusammenhalten. Folglich wird bei der Fusion größerer Atomkerne auch weniger Energie frei. Die Kernfusion ist auch die Energiequelle der Sterne – und damit auch unserer Sonne.

Das Wichtige dabei: Es entstehen weder radioaktive Überreste noch klimaschädliche Treibhausgase als Beiprodukte dieses Prozesses. Zudem führt ein Kontrollverlust im Fall der Kernfusion zu einem Erkalten der Materie. Daher könnte bei einem Unfall der Plasmazustand nicht aufrechterhalten werden, woraufhin die Reaktion abbricht. Somit ist das Risiko eines schwerwiegenden Unglücks zu vernachlässigen. Folglich könnte in Zukunft der Energiebedarf der Menschheit zu äußerst geringen Kosten und ohne negative Auswirkungen gedeckt werden – eine schöne Vorstellung!

Forschungsprojekte

Die Entwicklung eines Reaktorkonzeptes, das einerseits eine stabile Kernfusion erlaubt als auch das Komplexitätsniveau wirtschaftlich und personell vertretbar hält, könnte also die internationale Energiepolitik grundlegend verändern. Folglich arbeiten eine Vielzahl an nationalen und internationalen Forschungskonsortien, Laboren und Unternehmen an Prototypen. Dabei werden auch unterschiedliche physikalische Effekte und grundlegende Konzepte verfolgt. Alle Ansätze haben allerdings prinzipiell dasselbe Ziel: eine kostengünstige, klimaneutrale und sichere Energiequelle für die Zukunft zu erschließen – und das möglichst als Erster. Folglich sind auch das privatwirtschaftliche Engagement und der Zufluss von Risikokapital in eine Vielzahl von Startups in diesem Bereich deutlich gestiegen – Spitzenreiter ist dabei eindeutig die USA.

Aber auch öffentliche Gelder fließen in die Erforschung der Kernfusion. Eines der prominentesten Projekte ist der ITER-Versuchsreaktor in Südfrankreich. Dieses Kooperationsprojekt zwischen der EU, den USA, Russland, Indien, China, Japan, der Schweiz, dem Vereinigten Königreich und Südkorea basiert auf dem besonders vielversprechenden und leistungsfähigen Tomak-Prinzip, bei dem Atome durch magnetische Impulse gegeneinandergepresst werden und sich so erhitzen. So können immense Temperaturen erreicht werden, während das Magnetfeld gleichzeitig die notwendige Dichte ermöglicht und so die Kerne zur Verschmelzung zwingt. Das Projekt ist das größte und aufwändigste seiner Art. Der Bau ist allerdings mit einer Vielzahl an Komplikationen, Streitigkeiten, Ineffizienzen und deutlichen Kostensteigerungen verbunden. Die Chancen auf Erfolg des Projektes hängen letztlich vor allem von einem deutlich zu verbessernden Projektmanagement, der Zahlungsbereitschaft der Geberländer und der internationalen Wissenschaftsdiplomatie ab. Angesichts des russischen Angriffskriegs gegen die Ukraine und einer generellen Verschärfung im internationalen Diskurs und dem Systemkonflikt zwischen autoritären Regimen und liberalen Demokratien ist die Zukunft des Projektes daher alles andere als gesichert. Die zunächst geplante Fertigstellung und Inbetriebnahme bis 2035 ist laut der Projektleitung schon jetzt nicht mehr zu erreichen.

Die Perspektive

Der Erfolg des amerikanischen Institutes hat die Menschheit der wirtschaftlichen Nutzung der Kernfusion unzweifelhaft um einen Meilensprung nähergebracht. Dennoch rechnen die meisten Expertinnen und Experten erst in 20 bis 30 Jahren mit einer breiteren Verfügbarkeit der Technologie. Investitionen in diese Technologie werden nun von manchen Kritikern als überflüssig bezeichnet, da die Marktreife im Kontext des Einsatzes gegen den Klimawandel wohl erst zu spät erreicht werden würde. Stattdessen solle man die finanziellen Ressourcen lieber in den Ausbau der Erneuerbaren stecken. Eine kurzsichtige Betrachtung!

Liberale Argumente

Aus mehrerlei Gesichtspunkten spricht viel für eine Intensivierung der Forschungsbemühungen in die Fusionstechnologie.

• Energieverfügbarkeit: Die Fusionstechnologie könnte eine nahezu unendliche Energieverfügbarkeit ermöglichen, ohne dabei Klima und Umwelt über Gebühr zu beanspruchen. Das würde die Energiepreise ebenfalls radikal sinken lassen. Wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklungen könnten dadurch praktisch von der Energie-Komponente entkoppelt werden. Dadurch würden sich Türen zu neuen Wohlstands- und gesellschaftlichen Partizipationsniveaus auf der gesamten Welt öffnen.

• Frieden: Durch die schiere Verfügbarkeit der Energie würden auch Interessenskonflikte um knappe Energieressourcen massiv entschärft. Energieträger verlören ihre Rolle als diplomatisches Druckmittel und als Ursache für Kriege. Denn: Die Konkurrenzsituation um Energie würde entfallen. Somit könnte die Kernfusion auch in der globalen, zwischenstaatlichen Politik ein neues Zeitalter einleiten. Gleichzeitig ermöglichen internationale Kooperationsprojekte wie der ITER-Versuchsreaktor in Frankreich, dass die Technologie nicht als nationaler Trumpf das internationale Machtgefüge anspannt.
• Klimaschutz: Selbst wenn es wohlhabenden Nationen wie Deutschland gelingen sollte, auch ohne Kernfusion im Zielkorridor der Klimaverträge zu bleiben, sind die Hürden für Länder mit einer weniger stark entwickelten Wirtschaft deutlich höher. Dort will eine stetig wachsende Bevölkerung auch auf das Wohlstandsniveau der westlichen Industrienationen gelangen. Diese wichtige und gerechte Entwicklung geht auch mit einem exponentiell wachsenden Hunger nach günstiger Energie einher. Vor diesem Hintergrund könnte die Kernfusion eine finanziell attraktive und Treibhausgas-neutrale Alternative zu klimaschädlichen fossilen Energieträgern bieten.
• Schlüsseltechnologie: Die Kernfusion könnte ohne Zweifel auch eine neue Schlüsseltechnologie für viele andere Bereiche darstellen. Das verbundene Knowhow dürfte daher zu einer strategisch wichtigen und wirtschaftlich wertvollen Ressource werden. Daher ist eine wissenschaftliche und finanzielle Teilhabe der Europäischen Union und Deutschlands auch aus wirtschaftlicher Perspektive empfehlenswert.