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Video 01:50 Min.|04.05.23, 16:45 Uhr|hessenschau

Kernfusion-Forschung in Darmstadt

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Seit Jahrzehnten verfolgen Physiker weltweit eine Vision: Was wäre, wenn sie sich die Kraft der Sonne zu eigen machen und so die Energieprobleme auf der Erde lösen könnten? Gemeint ist nicht Photovoltaik, sondern die Kernfusion, die den Abläufen in der Sonne folgt. Durch das Verschmelzen winziger Atomkerne, so die Idee, entsteht Energie, ohne dass schädliches CO2 freigesetzt wird.

Vor der Landtagswahl am 8. Oktober haben sowohl CDU als auch FDP auf ihre Agenda gesetzt, Hessen zum Leitstandort für die Erforschung der Kernfusion zu machen. Bei ihrer Klausur Ende März in Fulda beschloss die hessische Union dies als eines von zehn Kernanliegen. Kernfusion sei die Zukunft, sagte die Fraktionsvorsitzende Ines Claus dem hr. Sie sei klimaneutral, erzeuge wenig Abfall, dafür aber Abwärme.

Auch die FDP will die Kernfusion in Hessen fördern. Im Februar brachte die Fraktion einen Antrag in den Landtag ein: Die Landesregierung wolle der Erforschung und Entwicklung von Fusionsenergie höchste Priorität einräumen, heißt es darin. Hessen solle zunächst als Standort für Versuchsanlagen etabliert werden, langfristig solle außerdem das erste kommerzielle Fusionskraftwerk hierzulande gebaut werden. Doch wie realistisch sind solche Pläne?

Diese Fortschritte gab es zuletzt

Weltweit wird an zwei verschiedenen Verfahren der Kernfusion geforscht. Bei der laserbasierten Kernfusion werden die Atomkerne mit Laserstrahlen in einem Vakuumbehälter punktgenau erhitzt. Bei der anderen Variante, an der schon länger geforscht wird, sind die Atomkerne von einem ringförmigen Magneten umschlossen. Dieser sorgt dafür, dass das beim Erhitzen entstehende Plasma in der Mitte gehalten wird und nicht an die Wände des Behälters stößt, die den hohen Temperaturen nicht standhalten würden.

Im Dezember vermeldeten Forscher aus Kalifornien einen "Durchbruch" bei der laserbasierten Variante: In einem Experiment erzeugten sie erstmals mehr Energie, als die Laserstrahlen enthielten, die sie zum Erhitzen einsetzten. Der Energieüberschuss betrug 1,1 Megajoule. Damit könnte man beispielsweise zwei bis drei Stunden fernsehen.

Zuvor war es Forschern im britischen Culham gelungen, mit mehr Energieaufwand in fünf Sekunden 59 Megajoule zu gewinnen. Nicht gelungen ist es bisher, über einen längeren Zeitraum Fusionsenergie zu erzeugen. In Südfrankreich wird seit mehr als 15 Jahren der Fusionsreaktor Iter gebaut, der das leisten soll. Nach mehreren Verzögerungen wird es aus Sicht von Experten allerdings immer unrealistischer, dass der Reaktor wie geplant 2025 fertig sein und ab 2035 Strom erzeugen wird.

Zwei Start-ups in Hessen

In Hanau will ein kürzlich gegründetes Start-up dieses Ziel bis spätestens 2045 erreichen. In den nächsten 20 Jahren will Gauss Fusion ein Magnetfusionskraftwerk bauen. "Wir sind überzeugt, dass die Fusion die Probleme mit dem Klimawandel lösen wird", sagt die Betriebsleiterin Milena Roveda. Um Hanau herum gebe es viele Firmen wie das Chemieunternehmen Evonik und das Technologieunternehmen Heraeus, die bei der Entwicklung hilfreich seien.

Mit lasergetriebener Kernfusion experimentieren in Darmstadt das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das Start-up Focused Energy. Nach eigenen Angaben investiert das Start-up 100.000 Euro in den Ausbau des Lasersystems Phelix des GSI. Die Experimente sollen dabei helfen, die Wirkung zwischen Hochleistungslaser und Plasma zu verstehen und vor allem zu kontrollieren.

Damit das starke Laserlicht das Material der Anlage nicht verbrennt, pulsiert der Laser mit einer sehr kurzen Dauer, die 10.000-mal kürzer ist als das Milliardstel einer Sekunde, erklärt Vincent Bagnoud, Leiter der Abteilung Plasmaphysik am GSI und Professor an der TU Darmstadt. Der Laser werde dann zweimal mit Hilfe von Röhren verstärkt, bevor er in der sogenannten Target Kammer auf den Brennstoff trifft.

Drückt Bagnoud auf seinem Kontrollcomputer die Starttaste, wird der Laser für das Experiment ausgelöst. Bisher sei maximal ein Schuss pro Stunde möglich, sagt Bagnoud. Für die Stromerzeugung wären zehn pro Sekunde nötig.

Erstes Kraftwerk in 15 Jahren?

Markus Roth, Professor für Laser- und Plasmaphysik an der TU Darmstadt und einer der Gründer von Focused Energy, hält das in einigen Jahren für realistisch. "Wie gehen davon aus, dass wir in zehn Jahren eine erste Demonstrationsanlage fertig haben werden, mit der wir nicht nur zeigen können, dass Fusion funktioniert, sondern auch Energie erzeugen können."

Ende der 2030er Jahre, schätzt Roth, könne das erste Fusionskraftwerk Energie ins Netz einspeisen. Gerade bei der Lasertechnik habe es in den vergangenen Jahren "rasante Fortschritte" gegeben.

Andere aus der Branche halten das für zu optimistisch. So teilte das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik im Dezember mit, der Bau des ersten Fusionsdemonstrators werde eindeutig mehr als ein Jahrzehnt in Anspruch nehmen. Die Kernfusion werde daher kurz- bis mittelfristig nicht zu einer beschleunigten Reduzierung der Treibhausgasemissionen beitragen.

Viele offene Fragen

Denn zunächst müssen viele Probleme gelöst werden. Selbst wenn es gelingen sollte, die Fusion über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, bleibt zum Beispiel unklar, woher man das kiloweise benötigte Tritium beziehen will, das in der Natur nur selten vorkommt. Forscher hoffen, dass es irgendwann einmal in den Fusionskraftwerken mit Hilfe von Lithium hergestellt werden kann, das allerdings ebenfalls ein knapper Rohstoff ist.

Der Teilchenphysiker Michael Dittmar, der an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich geforscht hat, verfasste im Auftrag der Grünen im Bundestag zwei Gutachten, in denen er zu dem Schluss kommt, dass es sich nicht lohne, die Forschung an der Kernfusion weiter zu fördern. Neben dem Tritium-Problem weist er unter anderem darauf hin, dass es noch kein Material gebe, dass sich für die Innenwände in einem Fusionsreaktor eignen würde. Nach Angaben des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik wird daran derzeit geforscht.

Außerdem sei die Kernfusion zu teuer, schreibt Dittmar. Für den von Baupannen gezeichneten Fusionsreaktor Iter in Frankreich werden inzwischen mehr als 20 Milliarden Euro veranschlagt - viermal so viel wie ursprünglich geplant.

Auch die Jubelmeldung aus Kalifornien ist mit Vorsicht zu genießen: Für die Herstellung des Laserlichts wurde laut Kimberly Budil, der Direktorin des Lawrence Livermore National Laboratory, das den Versuch durchführte, die 100-fache Menge an Energie benötigt, die bei der Fusion erzeugt wurde. Die Gesamtbilanz des Experiments fiel also negativ aus.

BUND: Teure Sackgasse

Als "Sackgasse" bezeichnet Werner Neumann vom Bund für Umwelt und Naturschutz (BUND) Hessen die Kernfusion. "Die Forschung hat schon Jahrzehnte gedauert und wird auch noch Jahrzehnte dauern", ist er überzeugt. Das Geld, das für die Forschung an der Kernfusion ausgegeben wird, wäre laut Neumann besser in Sonnen- und Windenergie angelegt.

Sonnen- und Windkraftanlagen könnten binnen weniger Jahre umgesetzt werden, kosteten weniger und seien dezentraler und daher mit kleineren Stromleitungen umzusetzen. "Und sie sind nicht radioaktiv, das darf nicht vergessen werden", sagt Neumann.

"Keine Technologie hat keine Nebenwirkungen", sagt der Darmstädter Physiker Markus Roth, wenn man ihn darauf anspricht. Man müsse die Risiken und Nutzen abwägen. "Wichtig ist, dass wir hier eine zuverlässige Energiequelle haben, die nicht davon abhängt, dass die Sonne scheint."

Andere Parteien skeptisch

Die anderen Parteien im hessischen Landtag äußerten sich auf hr-Anfrage skeptisch zu den Kernfusionsplänen von CDU und FDP. Für Kaya Kinkel, energiepolitische Sprecherin der mitregierenden Grünen, ist Kernfusion zwar "ein erfolgversprechender Forschungsgegenstand". Doch "kein einziges seriöses Szenario" gehe davon aus, dass die Kernfusion zeitnah einen Beitrag zur Klimaneutralität bis 2045 leisten könne.

"Selbst wenn die Kernfusion käme, käme sie zu spät", sagt auch Stephan Grüger von der SPD. Axel Gerntke von den Linken äußert sich ähnlich. Andreas Lichert, energiepolitischer Sprecher der AfD, sprach sich dafür aus, der Kernfusion wegen ihres großen Potenzials Aufmerksamkeit zu schenken, auch wenn sie noch teurer und jahrelanger Forschung bedürfe.

Für den Darmstädter Forscher Markus Roth ist klar, dass Kernfusion und der Ausbau von Solarenergie und Windkraft sich nicht gegenseitig ausschließen. "Ich glaube nicht, dass die Welt irgendwann in einen Zustand kommt, wo wir zu viel Energie haben", sagt er. Den enormen Energieverbrauch der Industrie könnten die Erneuerbaren Energien nicht vollständig decken. "Eine Technik allein wird es nicht schaffen."