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Kernfusion: Die Zukunft der Fusion liegt immer noch in der Zukunft

Die Fusionsforscher des großen US-Labors LLNL machen das, was sie am besten können: Erfolge vermelden. Doch der »Durchbruch« ist nur ein Fortschritt, auf den noch viele weitere folgen müssen, kommentiert Katharina Menne.
Ein nachbearbeiteter Blick in den Vorverstärker der NIF-Laser
Blick in einen Laser-Vorverstärker an der National Ignition Facility (NIF).

Eine Meldung aus der Wissenschaft als Topbeitrag in den Tagesthemen der ARD? Das kennt man vielleicht noch aus den Hochzeiten der Corona-Pandemie. Aber dieses Mal ging es nicht um Medizin, sondern um Physik – um Kernfusion. Nicht gerade das, was die meisten Menschen im Alltag bewegt. Doch die Meldung aus den USA schien der Redaktion wohl zu spektakulär, um sie zu ignorieren: Forscherinnen und Forschern der staatlichen Forschungseinrichtung National Ignition Facility (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) soll es nach eigenen Angaben gelungen sein, zum ersten Mal mehr Energie bei einem Fusionsexperiment freizusetzen, als für die Reaktion nötig war. Netto also ein Energiegewinn, lautet die Botschaft.

Es zeigt sich, dass die US-Amerikaner eins herausragend gut können: Aufmerksamkeit erzeugen. Schon die Ankündigung der Pressekonferenz verbreitete sich wie ein Lauffeuer. Die Meldung vom »Durchbruch bei der Kernfusion« ist gerade in fast allen deutschen Medien zu lesen – wenn nicht sogar weltweit. Auch wir bei »Spektrum.de« haben darüber berichtet. Dass es sich um einen Fortschritt auf dem Gebiet, vielleicht sogar um einen Meilenstein handelt, ist unter Fachleuten weitgehend unbestritten – aber ein Durchbruch von dem Ausmaß, wie es der Hype glauben macht? Wohl eher nicht.

»Um die Kernfusion in eine Energiequelle zu verwandeln, müssen wir den Energiegewinn noch weiter steigern. Außerdem müssen wir einen Weg finden, denselben Effekt viel häufiger und viel billiger zu reproduzieren, bevor wir dies realistisch in ein Kraftwerk verwandeln können«, sagte etwa Jeremy Chittenden, Professor für Plasmaphysik am Imperial College London dem britischen Science Media Center. Manch ein euphorisches Statement weckte jedoch den Eindruck, nun sei der Weg frei zum Fusionsreaktor und zur Energieversorgung der Zukunft. Die deutsche Wissenschaftsministerin Bettina Stark-Watzinger (FDP) etwa schrieb auf Twitter: »Heute ist ein historischer Tag für die #Energieversorgung der Zukunft. Erstmals wurde gezeigt, dass man die Sonne tatsächlich auf die Erde holen & mit der #Kernfusion netto Energie erzeugen kann.«

An solchen Einschätzungen merkt man: Das Heilsversprechen ist groß. Kernfusion gilt als praktisch unerschöpfliche, emissionsfreie Energiequelle ohne das Risiko katastrophaler Störfälle und ohne die Notwendigkeit der Endlagerung langlebiger radioaktiver Abfälle. Die Vorstellung, auf der Erde das nachzuahmen, was die Sonne seit fünf Milliarden Jahren macht, beflügelt bereits seit den 1950er Jahren die Forschung. Im Inneren von Sternen wie auch unserer Sonne fusionieren die Atomkerne des Wasserstoffs zu Heliumkernen, was Unmengen an Energie freisetzt. Doch weiterhin sind alle irdischen Versuche weit davon entfernt, dieses Konzept zu realisieren. Manche Fachleute zweifeln sogar daran, dass sich mit Kernfusion jemals alltagstauglich Energie gewinnen lässt.

Mit der Anlage des NIF wird das jedenfalls nicht gelingen. Dort nutzt man 192 Laser, um 2,05 Megajoule Energie auf einen erbsengroßen Goldzylinder zu übertragen, der ein gefrorenes Pellet der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium enthält. Dadurch erhitzt sich das Pellet auf mehrere Millionen Grad Celsius – Temperaturen, wie sie nur in Sternen und thermonuklearen Waffen vorkommen –, und die Atomkerne des Wasserstoffs beginnen, zu Helium zu verschmelzen. Bei dieser Kernfusion wird Wärme frei. Die Analyse des Labors deutet darauf hin, dass etwa 3,15 Megajoule Energie freigesetzt wurden – das sind 54 Prozent mehr als die Energie, die hineineingeflossen ist, und mehr als das Doppelte des bisherigen Rekords von 1,3 Megajoule.

Schöngerechnet

Doch in dieser Rechnung wird ein entscheidender Faktor – der für die Stromerzeugung eigentlich essenziell ist – nicht berücksichtigt: der gesamte Energieverbrauch der Anlage. Die 192 Laser benötigen zunächst einmal stattliche 322 Megajoule Energie, um überhaupt Laserlicht zu erzeugen – also rund 100-mal mehr, als die Fusionsreaktion freisetzt. Zudem ist die Reproduzierbarkeit des Versuchs nur sehr gering. Die Pellets sind extrem teuer, sie exakt zu platzieren dauert unverhältnismäßig lange, und sie funktionieren sehr uneinheitlich, weil bereits nanoskalige Inhomogenitäten zu einer unvollständigen Fusion des komprimierten Treibstoffs führen. Damit nicht genug: Die Kernfusion konnte nur für Bruchteile einer Sekunde aufrechterhalten werden – zur Stromerzeugung wären eher Stunden nötig. Und einer der notwendigen Stoffe, Tritium, kommt in der Natur so gut wie nicht vor und ist sehr aufwändig herzustellen. Bislang ist es ein »Abfallprodukt« von Kernreaktoren.

Tatsächlich hat das Labor in Kalifornien auch gar nicht das primäre Ziel, einen Fusionsreaktor zu bauen, so wie es etwa bei ITER (kurz für International Thermonuclear Experimental Reactor) der Fall ist, einem Fusionsreaktor, der im Rahmen eines internationalen Projekts in Südfrankreich entsteht. Vielmehr wird am LLNL das Atomwaffenarsenal der Vereinigten Staaten gewartet und Details der Zündung in Atombomben untersucht. Für die zugehörigen Experimente brauchen die Wissenschaftler ähnlich hohe Temperaturen wie für die Kernfusion. Sie lassen sich aber selbstredend nicht so gut vermarkten, also schiebt man gerne die Fusionsforschung vor – Greenwashing in Reinform. Aus Sicht der Wissenschaft problematisch ist zudem, dass die Presseabteilung nach vorne prescht und die Erfolge in die Öffentlichkeit trägt, noch bevor die Arbeit von anderen Forscherinnen und Forschern in einem unabhängigen Peer-Review-Prozess begutachtet wurde.

Auch in Deutschland gibt es zwei große Versuchsanlagen: in Garching und in Greifswald. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dort experimentieren mit Fusionsreaktoren des Typs »Tokamak« und »Stellarator«, die an Stelle von Lasern wie bei der am NIF betriebenen Trägheitsfusion auf elektromagnetische Wellen für den Einschluss des heißen Plasmas setzen. Auf einem solchen Prinzip basiert auch der Forschungsreaktor JET im britischen Oxfordshire, der im Jahr 2021 immerhin den weltweiten Rekord für die am längsten aufrechterhaltene Verschmelzung von Atomkernen aufstellte.

Die Direktorin des LLNL, Kim Budil, bezeichnete die wissenschaftliche Leistung ihres Teams bei der einberufenen Pressekonferenz in Washington D.C. als einen Konzeptnachweis. »Ich möchte nicht den Eindruck erwecken, dass wir die Anlage an das Stromnetz anschließen werden: So funktioniert das definitiv nicht«, sagte sie. »Aber es ist der grundlegende Baustein für ein Fusionskraftwerk mit Trägheitseinschluss.« Doch hört man der US-amerikanischen Energieministerin Jennifer M. Granholm zu, dann ist es vor allem eins: »Das Signal, dass die US-amerikanischen Fusionsforschung die Nase vorn hat – und wir fangen gerade erst an.« Dass es in der Fusionsforschung nun endlich richtig losgeht, hört man regelmäßig – und zwar seit Jahrzehnten. Vermutlich wird auch der neue »Durchbruch« an dieser Situation nichts ändern.

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