Technologie der Zukunft: Hilft der Fusionsreaktor gegen den Klimawandel?
Die Kernfusion gilt als Technologie der Zukunft. Sie könnte als unerschöpfliche Energiequelle auf einen Schlag die Energieversorgung der Menschheit sichern und den Kampf gegen den Klimawandel erleichtern, so die Hoffnung der Forschung. Was dahinter steckt und wie realistisch das Vorhaben ist, möchten wir hier beleuchten.
Die Vision zur Kernfusion klingt phantastisch: Forschende möchten auf der Erde eine Art Minisonne erschaffen, die dauerhaft Energie erzeugt und von den Menschen zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Sollten entsprechende Fusionsreaktoren, die von verschiedenen Ländern bereits erprobt werden, im großen Stil funktionieren, wäre das womöglich ein großer Schritt zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Da drängt sich natürlich die Frage nach der Funktionsweise auf und wie realistisch die beschriebene Vision ist.
Was in einem Fusionsreaktor passiert
Ein Fusionsreaktor ist eine Art von Kraftwerk, in dem Energie durch die Fusion von Atomkernen erzeugt werden soll. Im Gegensatz zur Kernspaltung, die in Atomkraftwerken genutzt wird und bei der schwere Atomkerne wie Uran oder Plutonium in zwei leichtere Kerne gespalten werden, laufen Kernfusionsreaktoren umgekehrt: Durch die Schmelze (Fusion) von zwei leichteren Atomkernen, z.B. der Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium, zu einem schwereren werden große Mengen Energie frei, die dann genutzt werden soll. Tritium wird aus Lithium gewonnen, das wie Wasser in großen Mengen auf der Erde vorhanden ist.
Da der Prozess ähnlich wie auf der Sonne abläuft, wo ebenfalls Energie durch das Schmelzen von Atomkernen entsteht, werden Kernfusionsreaktoren auch als „Minisonne“ bezeichnet. Allerdings handelt es sich dabei – unter anderem aufgrund der benötigten extrem hohen Temperaturen – um ein sehr kompliziertes Verfahren, das in experimentellen Fusionseinrichtungen seit Jahrzehnten erforscht wird. Der natürliche Prozess der Sonne wird zum Beispiel in Greifswald im Kernfusionsreaktor Wendelstein 7-X imitiert: eine Anlage mit 750 Tonnen Gewicht und 100 Mio. Grad Celsius heißem Plasma, was ungefähr zehnmal heißer ist als der Kern der Sonne.
Viele Vorteile…
Die Potenziale solcher Fusionsreaktoren für die Stromerzeugung sind vielversprechend: Da Wasserstoff in großen Mengen auf der Erde verfügbar ist, hätte man eine nahezu unerschöpfliche Brennstoffquelle. Im Gegensatz zu Kernspaltungsreaktoren produzieren Fusionsreaktoren weniger radioaktive Abfälle und keinen langanhaltenden hochradioaktiven Müll. Zudem gelten sie als wesentlich sicherer, da sie keine schwer kontrollierbaren Kettenreaktionen aufweisen und bei einem Störfall die Reaktion von selbst erlöschen würde. Weil die Menge des Plasmas als Brennstoff zu klein ist, würde auch kein GAU-Risiko bestehen.
Mit Blick auf die Energieausbeute von Fusionsreaktoren wird geschätzt, dass allein ein Gramm Wasserstoff prinzipiell genauso viel Energie liefern könnte wie rund zehn Tonnen Kohle in heutigen Kraftwerken. Dadurch könnten 12-15 Reaktoren ausreichen, um den Strombedarf ganz Deutschlands abzudecken. Hinzu kommt, dass bei der Kernfusion keine direkten CO2-Emissionen entstehen und sie anders als andere klimafreundlichen Energiequellen nicht vom Wetter abhängig ist. Die Potenziale hinsichtlich klimaneutraler Energiegewinnung sind also enorm.
…aber auch einige Nachteile
Es gibt aber natürlich auch einige Schwierigkeiten. So ist es bisher erst selten gelungen, mehr Energie zu erzeugen, als an Wärme in den Reaktoren aufgewendet wurde. Und die größte technische Herausforderung, um Fusionsreaktoren in großem Maßstab nutzen zu können, besteht darin, die extremen Bedingungen der Kernfusion aufrechtzuerhalten, da sie wie beschrieben sehr hohe Temperaturen und Druck erfordert.
Es gibt zwar viele internationale Bemühungen und Forschung, um Kernfusion für die Stromerzeugung verfügbar zu machen, aber nach allgemeiner Einschätzung ist noch viel Zeit und Geld nötig – inklusive der Ungewissheit, ob sie überhaupt jemals breit und kommerziell genutzt werden kann. So gehen viele Expert:innen davon aus, dass es noch mehrere Jahrzehnte dauern könnte, bis Kernfusion tatsächlich zur Energieversorgung beitragen kann. So lautete vor kurzem auch der Tenor von Sachverständigen bei einer Anhörung im Bundestag.
Hoffnung in der deutschen Politik
Ein Gutachten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) geht hingegen davon aus, dass bis 2045 ein betriebsfähiges Fusionskraftwerk gebaut werden kann. Doch dafür brauche es umfangreiche Investitionen und globale Zusammenarbeit. Weltweit gibt es momentan nämlich mehrere Projekte, u.a. in den USA, China und Frankreich, die an zwei verschiedenen Typen von Kernfusionsreaktoren forschen: dem „Stellarator“ und dem „Tokamak“. In Deutschland sind mit Wendelstein 7-X in Greifswald (Stellarator) und ASDEX Upgrade in Garching bei München (Tokamak) beide Typen einmal vertreten.
Die Bundesregierung gibt sich in Person von Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger (FDP) jedenfalls optimistisch und hat dieses Jahr ein neues Förderprogramm über mehrere hundert Millionen Euro auf den Weg gebracht, damit ab den 2040er Jahren Fusionskraftwerke in den Betrieb gehen können. Die Frage sei nicht mehr, ob die Fusion komme, sondern vielmehr, ob Deutschland dabei sei, so die Ministerin. Dies ist auch im Sinne der Union, die im Bundestag zuletzt eine Stärkung der Fusionsforschung gefordert hatte. Mit Blick auf den steigenden Energiebedarf bis 2050 könne die Fusionstechnologie zum „Gamechanger“ werden, heißt es in ihrem Antrag.
Skepsis angesichts langer Zeiträume
Aus Sicht der EU-Kommission sei eine kommerzielle und klimaneutrale Stromproduktion durch Kernfusion allerdings „erst nach 2050 denkbar“. Und auch Wirtschaftsminister Robert Habeck (Grüne) zeigte sich in der Vergangenheit bei dem Thema eher skeptisch, da die beschränkten finanziellen Mittel prioritär für die bereits heute benötigte Energiewende eingesetzt werden sollten – und strich im April die Atomforschung aus dem Energieforschungsprogramm seines Ministeriums. Auch in diesem Punkt gibt es in der Ampelkoalition also unterschiedliche Ansichten.
Ob Fusionsreaktoren ihr vorhandenes Potenzial für die Stromerzeugung und als Beitrag gegen den Klimawandel wirklich einlösen können, muss sich also erst noch zeigen. Dabei wird die politische Prioritätensetzung bei Investitionen angesichts knapper Kassen und der Schuldenbremse zumindest in Deutschland eine wichtige Rolle spielen. Weltweit hingegen ist mit einem weiteren Wettlauf in der Kernfusionsforschung zu rechnen – wie bei so vielen anderen Zukunftstechnologien auch.
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