von Harry Block
Kernfusion als Lösung aller Energieprobleme?
Das klingt zu schön, um wahr zu sein – und ist es auch. Doch trotz zahlloser praktischer Probleme stellen Atomkraftbefürworter:innen das Konzept immer wieder als realistische Option zur Stromerzeugung dar. In Bayern will die Landesregierung in Kooperation mit dem Unternehmen Proxima Fusion den ersten funktionsfähigen Kernfusionsreaktor der Welt bauen. CSU-Chef Söder will nach dem Bau des Forschungsreaktors die bei der Kernfusion entstehende Energie für Deutschland nutzbar machen. Wann? Frühestens 2050, sagt der Physiker Prof. Harald Lesch.
Über 40 Jahre forschte man im damaligen Kernforschungszentrum Karlsruhe (heute KIT Nord) an der Atomkraft. Neben einem Schnellen Brüter, 2 Atomreaktoren und der Wiederaufarbeitungsanlage Karlsruhe (WAK) werden mit Milliardenaufwand diese von der Bundestochter Kerntechnische Einrichtung (KTE) mit rund 700 MitarbeiterInnen ´zurückgebaut´. Über viele Jahrhunderte strahlender Atommüll in tausenden von Fässern, in mehreren oberirdischen Zwischenlagern, ist das Ergebnis.
Am KIT Nord arbeitet man aber auch seit über 20 Jahren mit Millionen Euro Forschungsgeldern vom Bund an der Fusion, vor allem am geschlossenen Brennstoffkreislauf (Deuterium-Tritium) für Fusionsreaktoren, was für den Dauerbetrieb entscheidend ist:
- In der Materialforschung im Fusionsmateriallabor (FML) im KIT werden Materialien getestet, die den extremen Bedingungen – extrem hohe Temperaturen und Neutronenstrahlung – in einem Reaktor standhalten müssen. Im Institut für Technische Physik (ITEP) wird an der Supraleitung & Kryotechnik geforscht. Das ITEP entwickelt supraleitende Magnetspulen, die notwendig sind, um das heiße Plasma in Reaktoren wie ITER oder Wendelstein 7-X einzuschließen.
Am 5. Dezember 2022 gelang erstmals eine von Menschen gesteuerte Kernfusion mit positiver Energiebilanz:
- „192 Laser konzentrierten ihre Strahlen für 20 Milliardstel Sekunden auf einen kleinen Fleck von der Breite eines Haares. Ein dort platziertes Pellet aus gefrorenem Wasserstoff erhitzte sich plötzlich. Äußere Schichten verdampften schlagartig zu Plasma. Das Pellet implodierte und erzeugte so im Inneren den erforderlichen Druck und Temperaturen über 100 Millionen Grad Celsius: Für einen kurzen Moment kam es zur Kernfusion. 2,05 Megajoule* Gesamtlaserleistung lösten Kernfusionsprozesse aus, die 3,15 Megajoule freisetzten.“
Allerdings ist damit noch keine Energie gewonnen. Fachleute schätzen, dass allein, um die Laser hochzufahren und im Betrieb zu kühlen, zunächst riesige Mengen von Energie notwendig waren. Um mit einer derartigen Fusionsanlage eine positive Energiebilanz zu erzielen, müsste man dauerhaft etwa ´15mal in der Sekunde eine neue Kapsel mit gefrorenem Wasserstoffgemisch einlegen und per Laserimpuls zünden´ – eine gewaltige technische Herausforderung:
- In der National Ignition Facility, der Einrichtung des Lawrence Livermore National Laboratory, in der das Experiment stattfand, befindet sich der stärkste Laser der Welt, beherbergt in einem Gebäude so groß wie ein Fußballstadion. Diese riesige Forschungseinrichtung dient nicht allein der Entwicklung von Kernfusionsreaktoren. Die Fähigkeit, eine winzige Deuterium-Tritium-Kugel für einen Sekundenbruchteil auf mehr als 100 Millionen Grad Celsius zu erhitzen, stellt Bedingungen her, wie sie im Inneren einer Atomwaffenexplosion herrschen – auch hier sind Kernfusionen möglich.
Der Hintergrund der Experimente: So ist ein Abgleich von theoretischen Berechnungen mit den im Versuch gemessenen Ergebnissen möglich. Damit können die Wissenschaftler:innen die Wirkweisen von Atombomben validieren (zu prüfen, zu bestätigen und für gültig zu erklären), ohne tatsächlich Atombombentests durchführen zu müssen. Das ist ein Weg, Atomwaffen im Stillen weiterzuentwickeln.
Das ist insbesondere relevant, da die USA seit 1992 keine Atomwaffentests mehr durchführen.
Die praktische Anwendung der Fusion bleibt allerdings Zukunftsmusik – wenn sie denn überhaupt kommt. Was in Kalifornien erstmals gelungen ist, fand in einem rein experimentellen Rahmen statt und hat nichts zu tun mit Reaktoren, die tatsächlich Energie für Haushalte liefern könnten. Von einer solchen Form der Energieerzeugung sind wir selbst in den optimistischsten Szenarien noch Jahrzehnte entfernt.
Ich höre und lese immer, dass mit der Fusion der Vorgang die Prozesse in der Sonne nachgebildet werden. Das stimmt so nicht, da in der Sonne Wasserstoff mit Wasserstoff fusioniert wird. Bei allen Versuchen in irdischen Laboren braucht man für die Fusion aber Tritium. Das ist überschwerer Wasserstoff, der radioaktiv ist und innerhalb von nur zwölf Jahren zerfällt. Darum ist Tritium auch extrem selten, auf der ganzen Erde gibt es nur wenige Kilogramm des Wasserstoff-Isotops.
Der Versuchsreaktor ITER (für „International Thermonuclear Experimental Reactor“) in Südfrankreich würde alleine für den Startprozess bereits riesige Mengen des Weltvorrats an Tritium benötigen.
Bis aus Versuchsreaktoren tatsächlich Kraftwerke werden, brauchen wir sie längst nicht mehr, weil Wind- und Solar-Anlagen die Versorgung gewährleisten.
Und dann gibt es da noch die Probleme mit den radioaktiven Strukturstoffen. Denn sollte es irgendwann – vielleicht in einigen Jahrzehnten – gelingen, einen zivilen Trägheits-Kernfusionsreaktor zu entwickeln, so entsteht in den Strukturmaterialien des Reaktors durch den Einfang hoher Ströme schneller Neutronen sehr viel langlebige Radioaktivität, ähnlich wie bei den jetzt laufenden, Elektrizität erzeugenden Atomspaltungsreaktoren. Diese radioaktiven Materialien zu entsorgen, vergrößert das gegenwärtige Problem der Endlagerung der hochradioaktiven abgebrannten Brennstäbe massiv.
Der Strom, der aus der Steckdose kommt, ist nicht davon zu unterscheiden, ob er aus der Kernfusion, einer Photovoltaikanlage oder einer Windkraftanlage kommt. Solange wir genügend Anlagen mit den entsprechenden Batteriespeichern haben, plus einigen Gaskraftwerken für steuerbare Kapazitäten bei Dunkelflauten, haben wir ein nachhaltiges, funktionierendes Energiesystem. Das gilt es auszubauen, das gilt es zu nutzen und resilient, also widerstandsfähig, belastbar und krisenfest zu machen, statt mit einer weiteren Technologie anzufangen, deren Entwicklung im wahrsten Sinne des Wortes in den Sternen steht.
*Joule (J): Basiseinheit für Energie, Arbeit und Wärmemenge im Gegensatz zu Watt. Während Joule die Energiemenge angibt, ist Watt die Einheit für Leistung, also die Energie pro Sekunde (1W =1J /s).
