„Fusionsenergie sichert die langfristige Versorgungssicherheit“

Saubere, sichere und nahezu unerschöpfliche Energie – Fusionskraft gilt als Hoffnungsträger für die Energieversorgung der Zukunft. Besonders weit fortgeschritten ist das Verfahren der Magnetfusion. Sibylle Günter, Direktorin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP), erklärt im Interview, wie Magnetfusion funktioniert, an welchem Punkt die Forschung steht und wann das erste Kraftwerk ans Netz gehen könnte.

Frau Günter, Forschungsinstitute und Start-ups arbeiten gemeinsam mit Hochdruck daran, das erste Magnetfusionskraftwerk Europas zu bauen. Wie kann man sich die Fusionsforschung vorstellen?

Sibylle Günter: Die Fusionsforschung will das Prinzip der Sonne auf die Erde holen. Bei der Kernfusion verschmelzen leichte Atomkerne zu schwereren und setzen dabei enorme Energiemengen frei. Auf der Sonne geschieht das unter extremen Bedingungen, die sich auf der Erde nicht direkt nachbilden lassen. Deshalb müssen wir den Prozess abwandeln – eines der am weitesten entwickelten Konzepte dafür ist die Magnetfusion.

Wie funktioniert das Verfahren? 

Bei der Magnetfusion erzeugen wir ein sehr heißes Gas aus elektrisch geladenen Teilchen, das Plasma. Dieses Plasma sperren wir in einen ringförmigen Magnetfeldkäfig ein. Bei Temperaturen von mehr als 100 Millionen Grad Celsius laufen dann kontrollierte Fusionsreaktionen ab, die große Mengen an Energie erzeugen. Die Herausforderung ist, den Fusionsvorgang dauerhaft am Laufen zu halten. Minimale Schwankungen in der Temperatur, in der Dichte oder im Magnetfeld können dazu führen, dass das Plasma abkühlt und die Fusionsreaktion sofort erlischt.

Was ist der Unterschied zu anderen Verfahren wie der Laserfusion?

Der Unterschied liegt darin, wie die Fusion ausgelöst wird: Bei der Laserfusion beschießt man ein Brennstoffkügelchen von der Größe eines Stecknadelkopfes mit unvorstellbar starken Lasern und extremer Präzision von allen Seiten. Dabei entsteht für Bruchteile einer Sekunde heißes Fusionsplasma, was wiederum eine selbsttragende Fusionsreaktion auslöst, die Energie freisetzt.

Was sind die größten Hürden bei der Entwicklung eines Magnetfusionskraftwerks?

Um das Plasma stabil zu halten, über lange Zeit einzuschließen und die Fusionsreaktionen kontrolliert ablaufen zu lassen, sind extrem leistungsfähige Magnetfelder notwendig. Zudem müssen die Materialien den hohen Temperaturen und Belastungen standhalten. Ein weiterer Punkt betrifft den Brennstoffkreislauf: Für die Fusion brauchen wir den Brennstoff Tritium, der in der Natur selten vorkommt. Es soll daher im Reaktor selbst aus Lithium hergestellt werden. Das klingt einfach, ist aber technisch anspruchsvoll. Die bei der Fusion entstehenden Neutronen müssen auf das Lithium in der Reaktorwand treffen, damit daraus Tritium entsteht. Und zu guter Letzt gilt: Ein solches Kraftwerk muss auch wirtschaftlich arbeiten.

Wo steht die Forschung heute in Sachen Magnetfusion?

In den vergangenen Jahren haben wir wichtige Meilensteine erreicht: An der europäischen Fusionsanlage JET gelangen in den Jahren 2022 und 2024 wichtige Energierekorde. In der weltweit leistungsfähigsten Magnetforschungsanlage Wendelstein 7-X konnten wir 2023 erstmals ein Acht-Minuten-Plasma bei hohem Energieumsatz erzeugen. Und mit unserer Tokamak-Versuchsanlage ASDEX Upgrade in Garching bereiten wir den Betrieb der internationalen Forschungsanlage ITER in Südfrankreich vor, die derzeit gebaut wird.

Was sind die nächsten Schritte?

Größere und besser ausgestattete Anlagen wie ITER sollen zeigen, dass sich das Fusionsplasma nach der Zündung aus sich selbst heraus heizt, also dauerhaft brennt. Ein weiterer großer Schritt ist der Nachweis unseres Tritium-Brennstoffkonzepts.

Welche Risiken bestehen bei der Magnetfusion?

Bei der Fusion entstehen radioaktive Abfälle. Im Gegensatz zur Kernspaltung, die hochradioaktiven Abfall erzeugt, der für eine Million Jahre sicher gelagert werden muss, handelt es sich hier um leicht- und mittelradioaktive Materialien, deren Strahlung deutlich schneller abklingt. 

Wer sind die Vorreiter bei der Entwicklung von Fusionskraftwerken?

Deutschland gehört im Bereich der Magnetfusion zu den führenden Nationen. Wir haben wesentliche Grundlagen für die Fusionsanlagen der nächsten Generation geschaffen, die heute weltweit von öffentlichen und privaten Initiativen weiterentwickelt werden. Auch die USA, Großbritannien und China gehören zu den führenden Nationen in der Fusionsforschung. In den vergangenen Jahren haben sich zudem mehr als 40 Fusionsunternehmen gegründet. Unser Institut kooperiert mit Proxima Fusion und Gauss Fusion aus Deutschland sowie Commonwealth Fusion Systems aus den USA, um schnell Richtung Anwendung gehen zu können.

Wann könnte das erste Magnetfusionskraftwerk ans Netz gehen?

Wenn wir jetzt Gas geben, können wir in etwa 20 Jahren so weit sein. Dafür müssen wir aber sofort mit Planung und Bau einer Experimentalanlage der nächsten Generation beginnen und parallel die notwendigen Technologien entwickeln. Fusionsenergie ist besonders gut geeignet, um die Grundlast zu decken, weil sie kontinuierlich Strom liefert – anders als Sonnen- und Windenergie. Ihre Integration in bestehende Energiesysteme wird technisch anspruchsvoll, ist aber lösbar und sichert die langfristige Versorgungssicherheit.

Welchen Beitrag kann Magnetfusion im Kampf gegen den Klimawandel leisten?

Kernfusion ist keine kurzfristige Lösung, um den Klimawandel bis 2045 aufzuhalten. Aber langfristig wird der Strombedarf weiter steigen. Deshalb werden wir in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts Solarenergie, Windkraft und Kernfusion gleichermaßen benötigen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Was braucht es, damit die Fusionsforschung in Deutschland noch besser aufgestellt ist?

Wir brauchen vor allem große Experimentalanlagen – und die entsprechende Finanzierung. Wir müssen auch zusätzliche Fachleute wie Physiker und Ingenieure mit entsprechender Spezialisierung ausbilden. Wichtig ist zudem ein passender rechtlicher Rahmen: Fusionskraftwerke bergen nicht die Sicherheitsrisiken von Kernspaltungsreaktoren mit ihren hochradioaktiven Stoffen oder Kettenreaktionen. Deshalb sollten sie in einem einfacheren Verfahren genehmigt werden.