In ihrem unstillbaren Hunger nach Energie haben die Menschen Holz, Kohle und Öl verbrannt, Flüsse gestaut, Wind und Licht eingefangen und sogar Atome gespalten. Doch eine Energiequelle schien bislang unerreichbar, die Kernfusion. Die physikalischen Vorgänge in der Sonne, bei denen die Kerne von Wasserstoffatomen verschmelzen, versprechen eine ultimative Antwort auf die ewige Energiefrage. Sie klingt fast zu gut, um wahr zu sein: unerschöpflicher Strom aus winzigen Mengen Treibstoff, klimaneutral, unabhängig von Tageszeit und Wetter, ohne die potenziell gefährlichen Kettenreaktionen eines Kernkraftwerks.

Seit Jahrzehnten versucht die Menschheit, dieses Versprechen einzulösen. Warum hat sie es immer noch nicht geschafft, und wie soll es nun endlich funktionieren? Wer nach Antworten sucht, trifft auf schwindelerregende Komplexität und Menschen, die genau wissen, dass der Pfad zwischen Machbarkeit und Wunschdenken schmal ist.

Wie beschwerlich der Weg zur Fusionsenergie ist und wie genau er aussehen könnte, zeigt eine Reise zu drei Orten, an denen sich derzeit besonders viele Hoffnungen verdichten. Jeder Ort schreibt ein eigenes Kapitel, mit unterschiedlichen Herausforderungen und einer anderen Wette auf ein Fusionskraftwerk. An jedem herrscht Optimismus, dass sein Kapitel das entscheidende einer neuen Energiegeschichte der Menschheit wird.

Das erste Kapitel spielt in Südfrankreich, inmitten der dünn besiedelten, hügeligen Landschaften der Provence.

Kapitel 1: Ein stählerner Prometheus

Alles an diesem Ort ist unwahrscheinlich. Schon seine bloße Existenz. Selten arbeiten Staaten aus aller Welt gemeinsam an etwas, dessen Gelingen von Hoffnung und Neugier getragen ist. Wie die wenigen weiteren wissenschaftlichen Menschheitsprojekte – allen voran der Teilchenbeschleuniger LHC bei Genf oder die internationale Raumstation ISS – firmiert auch der Hallenkomplex eine Autostunde vor Marseille unter einem Kürzel: ITER.

Hier entsteht eines der teuersten Gebäude und zugleich eines der ambitioniertesten Forschungsvorhaben der Welt. So ambitioniert, dass sich dafür Japan, China, Russland, die USA, Südkorea, Indien und Europa zusammengetan haben.

Das Akronym ITER steht nicht nur für Internationaler Thermonuklearer Experimenteller Reaktor. Es ist auch das lateinische Wort für Weg. Dieser ist lang und überaus beschwerlich. Kritiker glauben, dass er niemals endet. Denn das Ziel, ein funktionsfähiges Fusionskraftwerk zu bauen, liegt seit Jahrzehnten unverändert weit in der Zukunft. Die Dimension der Herausforderung zeigt sich am monumentalen ITER so deutlich wie nirgends sonst.

In den gewaltigen Hallen von ITER beherrscht die Technik alles. Über hausgroßen Bauteilen aus glänzendem Stahl thronen Spezialkräne, die das Gewicht von drei Airbus A380 tragen können. Strahler tauchen alles in helles, künstliches Licht, unter dem winzige Menschen in Warnwesten und Bauhelmen geisterhaft diffuse Schatten auf den Boden werfen. Das Gewirr ihrer Sprachen und Stimmen verliert sich unter blechernen Maschinenechos.

Dabei dient die Halle nur der Vormontage. Direkt nebenan befindet sich das Herzstück der Unwahrscheinlichkeiten, der »Pit«. Diese Grube in der Nachbarhalle beherbergt in ihrer Mitte einen hohlen Zylinder aus Beton, rund 30 Meter breit und ebenso hoch. Er wartet darauf, mit einem der anspruchsvollsten technologischen Abenteuer der Menschheit gefüllt zu werden.

Nach und nach werden die kolossalen Kräne die insgesamt neun Segmente hier hinein an ihren endgültigen Platz befördern, als würden sie eine gigantische Orange zusammensetzen. Nur dass die Segmente jeweils viele Hundert Tonnen schwer sind und mit Millimeterpräzision aneinanderpassen müssen. Im Juli 2026 kam das sechste hinzu. Wenn alles klappt – dieses »Wenn« schwebt allgegenwärtig über dem Ort, gewichtiger als jedes der mächtigen Bauteile –, dann wird das stählerne Riesenpuzzle in einem Jahrzehnt dasselbe Feuer entzünden, das unsere Sonne antreibt.

Vom All zur Erde

Auch bei der Sonne musste viel zusammenpassen. Bevor sie vor rund fünf Milliarden Jahren zum ersten Mal erleuchtete, verdichteten sich enorme Mengen Wasserstoffgas. Das Gas wurde dabei immer heißer, bis sich die Elektronen von den Kernen des Wasserstoffs trennten, den Protonen. Das Ergebnis: ein Plasma. In einem solchen prallen die entblößten Atomkerne aufeinander und verschmelzen. Es entstehen Kerne des schwereren Elements Helium – und eine Menge überschüssige Energie. Das ist der Antrieb der Sonne.

Aus atomphysikalischer Sicht ist der Vorgang einfach skizziert. Aus praktischer Sicht ist die Fusion zweier Protonen hingegen ein Kraftakt von astronomischer Dimension. Selbst unter dem Druck der immensen Masse der Sonne und bei einer Temperatur von mehr als zehn Millionen Grad Celsius in ihrem Zentrum passiert der Vorgang erstaunlich selten: Ein einzelnes Proton flitzt dort im Schnitt mehrere Milliarden Jahre lang umher, bevor es mit einem zweiten Proton fusioniert. Glücklicherweise gibt es in der Sonne so unfassbar viele davon, dass der Vorgang unseren Stern insgesamt trotzdem kräftig und zuverlässig leuchten lässt.

Wie soll das bloß auf der Erde funktionieren? In den 1950er-Jahren, nachdem das physikalische Prinzip verstanden war, zeichnete sich bald ein möglicher Weg ab: Erstens braucht es zehnmal höhere Temperaturen, weil sich hier kein Druck wie in der Sonne erzeugen lässt. Zweitens sind spezielle Wasserstoffvarianten nötig, die bereitwilliger verschmelzen. Drittens muss ein Magnetfeld die geladenen Teilchen des Plasmas einschließen.

• Das Sonnenfeuer im All und auf der Erde

  Die physikalischen Grundlagen sind dieselben – leichte Atomkerne verschmelzen zu schwereren –, aber bei den Details gibt es Unterschiede zwischen dem Plasma im Inneren der Sonne und in einem hypothetischen Fusionskraftwerk.

• Der Treibstoff des Sonnenfeuers

  Die positiv geladenen Protonen (p), die Kerne des Wasserstoffs, stoßen sich elektrisch ab. Sind zwei Protonen allerdings extrem energiereich – sehr heiß –, dann können sie diese Abstoßung überwinden. Kommen sie sich nahe genug, wandelt sich eines der beiden Protonen in ein elektrisch neutrales Neutron um und bindet sich an das zweite Proton. Dabei entsteht der Kern des Wasserstoffisotops Deuterium (D), zusätzlich werden ein Positron (e⁺) und ein Neutrino (ν) ausgesandt. Der so entstandene Deuteriumkern kann sich dann mit weiteren Protonen zum Kern des Elements Helium (He) zusammentun, zunächst in dessen leichter Variante (dabei wird Gammastrahlung frei, γ). Diese Kerne wiederum können zu herkömmlichem Helium verschmelzen (dabei entstehen zudem Protonen). Bei jedem Schritt binden sich die Teilchen stärker aneinander und setzen den Unterschied an Bindungsenergie frei.

• Der Treibstoff eines Fusionskraftwerks

  Die Fusion zweier einfacher Protonen zu Helium (He) geschieht extrem selten. Wesentlich bereitwilliger verschmelzen Varianten des Wasserstoffs, deren Kerne zusätzlich ein beziehungsweise zwei Neutronen enthalten: Deuterium (D) und Tritium (T). Die D-T-Fusion benötigt niedrigere Temperaturen und setzt mehr Energie frei als andere Fusionsreaktionen. Etwa 80 Prozent davon trägt das zusätzlich entstehende Neutron (n) mit hoher Geschwindigkeit aus dem Plasma heraus.

Der Grundgedanke ist einfach: Ein Gefäß wird von Spulen umringt. Durch diese fließt ein Strom, der im Inneren der Spulen ein Magnetfeld erzeugt. Magnetfelder beeinflussen die Bahnen geladener Teilchen. Genau daraus wiederum besteht das Plasma. Das heißt, geschickt angeordnete und gesteuerte Spulen können das Plasma im Gefäß einsperren, während man es so lange aufheizt, bis die Fusion darin zündet.

Doch in Testanlagen ließ sich das Plasma viel schwieriger kontrollieren als erhofft. Zwar gelang das im Verlauf der Jahrzehnte mit immer riesigeren Geräten und ausgeklügelteren Magnetfeldern, allerdings rückte eine entscheidende Wegmarke auf dem Weg zum Fusionskraftwerk nur langsam näher.

Die Prozesse sollen mehr Energie freisetzen, als man in das Gerät hineinsteckt, um sie anzutreiben. Man setzt beide Energien ins Verhältnis und spricht von Nettoenergiegewinn, Gain, Verstärkung – oder einfach dem Buchstaben Q. Das Ziel der Fusionsforschung lautet entsprechend: Q größer eins. Bis heute ist das in keinem der zahlreichen gebauten Magnetkäfige gelungen.

Immerhin lief im bislang weltgrößten Joint European Torus (JET) in England im Jahr 1997 eine Rekord-Fusionsreaktion ab: Q gleich zwei Drittel. Die donutförmige Plasmakammer von JET hatte mit rund 90 Kubikmetern etwa das Volumen eines Stadtbusses.

Zwischen Aufbruch und Ernüchterung

ITER soll rund zehnmal so groß werden wie JET – und Q deutlich über eins bringen. Es ist schwer, sich so ein Volumen vorzustellen, selbst wenn man das ITER-Gelände in einem Bus erreicht hat und somit einen Vergleich parat haben sollte. Doch die Bauteile des Plasmagefäßes sind schlicht schwindelerregend. Das soll am Ende alles zusammenpassen und funktionieren? Schon die rund 20-jährige Vergangenheit des Projekts zeigt, wie viel schiefgehen kann.

Alle an ITER beteiligten Nationen wollen vom Versprechen der Fusionsenergie profitieren, indem sie ihre heimischen Industrien dafür fit machen. Daher liefern sie 90 Prozent ihrer Beiträge in Form von fertigen Komponenten wie Spulen oder Heizsystemen. So wurde ITER neben einem technologischen zu einem politischen und bürokratischen Giganten. Den ursprünglichen Plänen hinkt ITER etwa ein Jahrzehnt hinterher; nun soll der Start erst in den 2030er-Jahren erfolgen.

Dann soll die Anlage mindestens zehnmal so viel Fusionsleistung erbringen, wie Heizleistung hineinfließt. Q gleich zehn. Doch selbst damit wird ITER nie Strom liefern. 

Ein echtes Kraftwerk stellt ganz neue Anforderungen an Bauteile und Abläufe. Die Fusion muss nicht nur bei einzelnen Tests funktionieren, sondern kontinuierlich im Betrieb. ITER soll verraten, wie das klappen kann, welche Lösungsansätze für welche noch offenen Probleme wie gut funktionieren. Nicht weniger, aber eben auch nicht mehr.

So riesig ITER bereits ist – ein Fusionskraftwerk nach demselben Prinzip müsste noch gewaltiger sein

In einem Fusionskraftwerk schließlich muss Q alle übrigen Betriebsverluste überwinden, von der Heizung des Plasmas bis zur Kühlung der Magnete, die es bändigen. So riesig ITER bereits ist – ein Fusionskraftwerk nach demselben Prinzip müsste für einen wirtschaftlichen Betrieb Q noch weiter steigern, vielleicht auf 50. Es müsste deshalb noch gewaltiger sein. Doch was, wenn man das gesamte Designprinzip hinterfragt?

Konkurrenz aus der Privatwirtschaft

Ein in der Szene nicht besonders beliebtes, aber hartnäckiges Bonmot handelt von der »Fusionskonstante«: Seit Mitte des 20. Jahrhunderts liegt ein Fusionskraftwerk immer 20 Jahre in der Zukunft.

Verschiedene Start-ups wollen das ändern. Sie zeigen Abkürzungen auf, um ITER und seine hypothetischen Nachfolger zu überholen. Damit wetteifern sie um viel Geld. Überall auf der Welt haben sie in den vergangenen Jahren viele Milliarden US-Dollar eingesammelt. Doch der Beweis, dass es mit dem privatwirtschaftlichen Turbo wirklich schneller gehen kann, lässt auf sich warten. Mehrere Firmen mussten ihre ambitionierten Zeitpläne bereits korrigieren.

Einige setzen auf dasselbe Konzept wie ITER. Es basiert auf dem inzwischen gut erforschten sogenannten Tokamak. Dessen Grundaufbau ist relativ einfach: Ein torusförmiges Gefäß wird von flachen Spulen umringt. Diese sperren das Plasma gemeinsam ein.

Mit leistungsfähigeren Spulen wollen die Start-ups kompaktere Tokamaks bauen. Neuartige Hochtemperatur-Supraleiter versprechen wesentlich stärkere Magnetfelder, und das wiederum ermöglicht drastisch kleinere Plasmagefäße.

Der internationale Spitzenreiter in der Investorengunst, das US-Unternehmen Commonwealth Fusion Systems, hat mit solchen Plänen bereits rund drei Milliarden Dollar eingeworben. Es errichtet damit eine Demonstrationsanlage namens SPARC. Im Vergleich zu ITER klingt das erste Zwischenziel bescheiden, und es wäre dennoch etwas, das noch kein Tokamak geschafft hat: Q größer eins. Der Bau geht voran, 2027 soll der Betrieb starten.

Bei einem späteren Kraftwerk wird ein Tokamak aus fundamentalen Gründen Probleme bereiten

Aber selbst wenn ein Tokamak, sei es ITER oder ein anderer, bald einen neuen Rekord aufstellt: Bei einem späteren Kraftwerk wird ein Tokamak aus fundamentalen Gründen Probleme bereiten.

Tückische Instabilitäten

Die Ursache liegt in der Mitte des Torus. Eine Magnetspule, die hier durch das zentrale Loch aufragt, erzeugt im Plasma selbst einen Strom. Der ist nötig, um es im Gefäß zu halten. Doch er kann nur entstehen, während das Magnetfeld der Spule allmählich hochfährt. Irgendwann lässt sich das Feld nicht weiter steigern. Dann muss man den Tokamak ausschalten und von vorn beginnen.

Der Plasmastrom ist zweischneidig: Einerseits stabilisiert er das Plasma insgesamt, andererseits schaukelt er lokale Störungen auf und treibt so Instabilitäten an. Das Plasma versucht, aus seinem Käfig auszubrechen. Wenn ihm das gelingt, können energiereiche Teilchen an die Reaktorwand schlagen und sie beschädigen. Bei einer solchen Disruption bricht der Strom im Plasma zusammen, und das setzt schlagartig gewaltige Kräfte frei. Dann rüttelt das entfesselte Magnetfeld bei ITER an Stahl von der Masse des Eiffelturms.

Es fließt viel Forschungsarbeit in Strategien, Instabilitäten frühzeitig zu erkennen und gegenzusteuern, bevor das Plasma ausbricht und seinen Zorn entlädt. Wie gut das funktioniert, ist eine von vielen offenen Fragen. Eine andere ist, wie gut die Anlage es Zyklus um Zyklus aushält, hoch- und wieder heruntergefahren zu werden.

Eine weitere Frage ist: Muss eine Anlage das überhaupt aushalten? Lässt sich nicht ein gänzlich andersartiger Magnetkäfig konzipieren, der das Plasma dauerhaft stabil hält? Die Suche nach der Antwort auf diese Systemfrage führt zum zweiten Kapitel und damit zum zweiten Ort, an dem Fusionsgeschichte geschrieben werden soll, in den Süden Münchens.

Kapitel 2: Kontrollierte Komplexität

Zwischen den Häusern eines alten Arbeiterviertels, rund um den gemauerten Schornstein einer ehemaligen Zigarettenfabrik, stehen moderne Bürogebäude. Ein Mix aus Ziegeln, Metall und Glas mit Industriecharme und wandlungsfähigen Gewerbeflächen. Foodtrucks im Hof, Fahrräder in den Vorräumen. An solchen Orten sind keine internationalen Großprojekte zu Hause, sondern dynamische Start-ups.

Auf den ersten Blick erfüllen die Büros von Proxima Fusion das Klischee. Wer die durchdesignten, offenen Arbeitsflächen betritt, hört dezente Loungemusik und junge Leute auf Englisch plaudern. Eines erwartet man nicht: dass ausgerechnet hier die größte Konkurrenz für Tokamaks entsteht.

Doch genau davon ist der Mitgründer und Chefwissenschaftler von Proxima Fusion, der Physiker Jorrit Lion, überzeugt. Er verbindet entspanntes Auftreten mit einem ernsthaften Fokus, sobald es um das eigene Spezialgebiet geht. Bei Lion ist das die komplexe Dynamik des Plasmas.

In einem der verglasten Meetingräume erklärt Lion den Kern seiner Arbeit: »Wir versuchen, den Plasmastrom, der im Tokamak so viele Schmerzen bereitet, auf null zu setzen.« Das soll mit einer völlig anderen Konstruktion für das Plasmagefäß gelingen, dem sogenannten Stellarator.

Ein Stellarator braucht keinen stabilisierenden Strom, der von einer zentralen Magnetspule heraufbeschworen wird wie beim Tokamak. Er kann das Plasma dauerhaft einschließen und muss nicht ständig herauf- und heruntergefahren werden.

Das gelingt allerdings nur um den Preis zahlreicher extrem kompliziert geformter Einzelspulen rund um das Plasmagefäß. Wo der Tokamak ein glatter Donut ist, ist der Stellarator ein mehrfach rustikal verdrehter Hefekranz.

• Wie Tokamak und Stellarator die Fusion bändigen

  In einem Plasma können Atomkerne miteinander verschmelzen, wenn sie mit genügend Energie aufeinanderstoßen. Das braucht hohe Temperaturen und damit Geschwindigkeiten. Daher baut ein Plasma einen Druck nach außen auf. Man muss es einschließen, um es zu kontrollieren.

  Das gelingt mit Magnetfeldern, welche die geladenen Teilchen im Plasma auf geschlossene Bahnen zwingen. Doch deren Kontrolle erweist sich seit Jahrzehnten als entscheidendes Problem – immer wieder schleudern Teilchen heraus.

  In den vergangenen Jahrzehnten brachten zahlreiche Experimente und detaillierte Computersimulationen enorme Fortschritte. Fachleute verstehen zunehmend besser, wie sich Plasma verhält.

  Zwei unterschiedliche Bauweisen für die Plasmagefäße sind heute technisch am ausgereiftesten: der Tokamak und der Stellarator.

  In beiden wird das eingeschlossene Plasma durch Mikrowellen und eingeschossene Teilchenpakete erhitzt. In einem Fusionskraftwerk soll die Fusion schließlich »zünden« und damit genug Energie bereitstellen, um das Plasma auch ohne äußeren Antrieb heiß genug zu halten.

• Tokamak

  Die meisten Forschungsanlagen sind heute vom Typ Tokamak. Verschiedene Magnetfelder schließen das Plasma gemeinsam ein. Einerseits werden sie durch ebene Spulen um den Torus erzeugt. Andererseits ist ein weiteres Magnetfeld unverzichtbar, das entsteht, indem der Strom in einer Spule im Zentrum der Anlage nach und nach ansteigt. Deswegen arbeitet ein Tokamak prinzipiell gepulst – bei jedem Zyklus muss das zentrale Magnetfeld neu hochgefahren werden.

  Zwar sorgt das für einen stabilisierenden (und zusätzlich heizenden) Strom im Plasma. Doch durch diesen schaukeln sich zugleich immer wieder Instabilitäten auf, die schwer zu kontrollieren sind.

• Stellarator

  Bei der Bauform eines Stellarators wird das stabilisierende, verschraubte Magnetfeld vollständig von Spulen um das Plasma erzeugt. Im Plasma selbst muss dazu kein Strom fließen. Das äußere Feld kann ein Plasma theoretisch beliebig lang einschließen. Im Gegensatz zum Tokamak läuft ein perfekt konzipierter Stellarator daher im Prinzip unterbrechungsfrei.

  Indem man allerdings die Symmetrie des Tokamaks aufgibt, braucht man ein kompliziert verdrilltes Magnetfeld. Das Design der Spulen ist so anspruchsvoll, dass es nur leistungsfähige Computer berechnen können.

Die Theorie des Stellarators ist genauso alt wie die des Tokamaks. Aber erst mit modernen Supercomputern gelang es, die Form der Spulen präzise genug zu berechnen. Von da an sorgte der Stellarator in einer Welt voller Tokamaks für Aufsehen.

Nachzügler auf Aufholjagd

Das ist vor allem einer Experimentieranlage zu verdanken, dem weltgrößten Stellarator namens Wendelstein 7-X am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Der wissenschaftliche Betrieb begann im Jahr 2016. Inzwischen ist Wendelstein 7-X bei zentralen Kennzahlen für die Fusion auf Augenhöhe mit dem Tokamak-Rekordhalter JET.

Inzwischen ist der weltgrößte Stellarator auf Augenhöhe mit dem Tokamak-Rekordhalter

Der nächste Schritt: das Prinzip in ein Kraftwerk übersetzen. Wie das gelingen kann, war das Thema von Jorrit Lions Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. »Auf dem Weg zu einem Kraftwerk brauchen wir zwei Änderungen«, erläutert Lion und skizziert an einem Whiteboard den Weg: Von Wendelstein 7-X zeichnet er einen Pfeil zu einem Demonstrator namens Alpha. »Wir brauchen ein höheres Feld als bei Wendelstein 7-X, ungefähr dreimal so hoch. Wenn wir das haben, können wir die Kraftwerke kleiner bauen.«

Von Alpha aus malt er einen Pfeil zum hypothetischen Kraftwerk, dessen Herzstück Lion bereits in einer umfangreichen Studie konzipiert und vorgestellt hat. Doch als erster Meilenstein muss Alpha zeigen, dass alles so funktioniert wie gedacht.

Für das höhere Feld setzt Proxima Fusion auf dieselben Hochtemperatur-Supraleiter wie Commonwealth Fusion Systems. Deren Spulen sind flach, wie bei einem Tokamak üblich. Bereits dort, in zwei Dimensionen, ist es technisch anspruchsvoll, das spröde Material der Hochtemperatur-Supraleiter zu verarbeiten.

Die Spulen eines Stellarators sind um eine Dimension komplizierter. Die Kunst – und das Firmengeheimnis – ist es, die Supraleiter zu einem Kabel zu verarbeiten und es an die gewundenen Spulen anzuschmiegen. »Dieses Kabel stellen wir nach einiger Entwicklungsarbeit inzwischen selbst her«, berichtet Lion.

»Die zweite Sache, die wir gegenüber Wendelstein 7-X optimieren, ist die Geometrie dieser Spulen«, sagt Lion und zeigt ein 3D-gedrucktes Modell mit den charakteristischen, teils stark verknautschten Spulen des Stellarators seiner Träume. Sie sind das heikelste Unterfangen. 48 Spulen sind nötig, und es wäre zu riskant, alle zu produzieren, bevor überhaupt klar ist, ob sie ihre Arbeit verrichten können. Es braucht einen Zwischenschritt vor dem Meilenstein.

Über den Pfeil zu Alpha schreibt Lion auf das Whiteboard die Buchstaben SMC, kurz für Stellarator Model Coil. So heißt die Spule, die Proxima Fusion zunächst fertigen will, um mögliche Probleme früh zu identifizieren. »Damit demonstrieren wir die wichtige Komponente von Alpha, nämlich einen großen Magneten bei relevanter Feldstärke«, sagt Lion. SMC ist also in gewisser Weise repräsentativ für alle Spulen, die am Ende gebraucht werden. Doch zunächst muss SMC gebaut und Tests unterzogen werden. Das soll 2027 passieren.

Aus dem Spin-off wurde ein Einhorn

Viele aus dem Team bringen Erfahrung mit Wendelstein 7-X mit. Proxima Fusion entstand 2023 als privates Unternehmen aus dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik heraus. Mit dem Leumund dieser Erfahrungen und dem neuen Konzept konnte die Firma bereits viele private Gelder einwerben. Im Juli 2026 kamen in einer Finanzierungsrunde mehr als 400 Millionen Euro hinzu.

Damit ist Proxima Fusion nach eigenen Angaben mit mehr als 2,4 Milliarden Euro bewertet. Ab einer Milliarde heißen Start-ups in der Investmentbranche Einhörner – so selten sind sie. Nun hat Europas Fusionsbranche ihr erstes.

Trotz aller Zuversicht in München sind Stellaratoren einem Vorbehalt ausgesetzt: Mit den Maschinen gibt es weniger Erfahrungen als mit Tokamaks.

Beispielsweise liefen in Stellaratoren noch keine Experimente mit dem Brennstoff eines zukünftigen Kraftwerks. Dabei handelt es sich um die schweren Wasserstoffvarianten Deuterium und Tritium. Nur dieses Gemisch erlaubt einen Energiegewinn unter den Bedingungen, auf die sowohl Tokamaks als auch Stellaratoren ausgelegt sind.

Immer Ärger mit dem Tritium

Tritium ist nicht nur selten und teuer, sondern auch radioaktiv. Das passt nicht zu Experimentieranlagen wie Wendelstein 7-X, die häufig umgebaut werden. Gegenüber aufwendigen Schutzmaßnahmen und Genehmigungsverfahren stand bislang nur wenig wissenschaftlicher Mehrwert: Für die zentralen Fragen dazu, wie sich Plasma und Bauteile verhalten, reichte sowohl in Tokamaks als auch in Stellaratoren normaler Wasserstoff.

Immerhin ist die Radioaktivität in einem zukünftigen Kraftwerk keine ansatzweise so große Gefahr wie bei der Kernspaltung. Es gilt, das Tritium vor Ort sicher zu handhaben und Lecks zu verhindern. Aber davon abgesehen entsteht kein langlebiger Abfall; ausgemusterte Komponenten müssen zum Abklingen nur einige Jahrzehnte eingelagert werden. So etwas wie eine Kernschmelze ist ausgeschlossen – die Herausforderung bei der Fusion ist nicht, die Kernreaktion zu moderieren oder zu stoppen, sondern sie überhaupt in Gang zu halten. Bei Störungen erlischt das Plasma, in dem sich ohnehin nur wenige Gramm Brennstoff befinden, augenblicklich.

Dennoch kommen mit dem Tritium einige neue Probleme. Das hat nicht nur mit der Handhabung zu tun, sondern mit der zentralen Frage, woher das Tritium überhaupt stammen soll.

Mit einer Halbwertszeit von rund zwölf Jahren existiert Tritium praktisch nicht natürlich. Allerdings fällt es in manchen Kernreaktoren als Nebenprodukt an – Hauptlieferant ist Kanada, wo eine entsprechende Anlage steht. Doch die wenigen so verfügbaren Kilogramm würde ein Fusionskraftwerk rasch aufbrauchen: Der tägliche Bedarf liegt bei etwa einem halben Kilogramm Tritium.

Die wenigen verfügbaren Kilogramm Tritium würde ein Fusionskraftwerk rasch aufbrauchen

Daher muss ein Fusionskraftwerk sein Tritium selbst herstellen, indem es die Wasserstoffvariante »erbrütet«. Konzepte dazu gibt es bereits: Tritium entsteht bei einer Kernreaktion, wenn schnelle Neutronen auf das Metall Lithium treffen. Spezielle »Blankets«, Platten mit Lithium im Fusionsreaktor, sollen das Plasma umschließen. Sie nehmen die aus der Fusionsreaktion herausschießenden Neutronen auf und bringen so Tritium hervor. Das lässt sich dann abpumpen. So weit die Theorie. Zu zeigen, ob das auch in der Praxis gut genug funktioniert, ist eines der Hauptforschungsziele von ITER.

Ein privates Fusionsunternehmen, das ITER auf dem Weg zu einem Kraftwerk überholen will, muss auch diese entscheidende Herausforderung bewältigen. In einem überzeugenden Demonstrator muss also nicht nur Q größer als eins sein, sondern auch ein anderes Verhältnis, nämlich das von selbst erbrütetem zu verbrauchtem Tritium.

Noch mehr Ärger mit Neutronen

Als erhebliches Problem könnten sich allerdings die energiereichen Neutronen herausstellen, die bei der Fusion von Deuterium und Tritium entstehen. Diese Teilchen sind zugleich Hoffnungsträger wie auch Schreckgespenster der Fusionsforschung.

Sie sind Schreckgespenster, weil sich schnelle, elektrisch neutrale Teilchen nur schwer aufhalten lassen. Auf Dauer beschädigen Neutronen alle Materialien auf ihrem Weg. Halten insbesondere die empfindlichen Supraleiter das jahrelang aus?

Gleichzeitig sind Neutronen Hoffnungsträger, weil sie die Energielieferanten in einem künftigen Kraftwerk sind. Sie bringen den übergroßen Teil der Energie aus der Fusionsreaktion nach außen. Man muss sie also rund ums Plasma auffangen, um ihre Energie zur Stromerzeugung abzuschöpfen.

Die Blankets, die das Plasma umschließen, sollen nicht nur Tritium erbrüten. Zugleich nehmen sie die Energie der Neutronen auf. Ein Kühlmittel führt die Wärme ab. Diese wird dann wie in einem herkömmlichen Kraftwerk genutzt – selbst ein Fusionskraftwerk ist also letztlich nur eine Wärmequelle, die Dampfturbinen antreibt.

Der symmetrische Aufbau des Tokamaks erleichtert den Umgang mit den Neutronen. Beim unregelmäßig verdrehten Stellarator hingegen ist kein Bereich wie der andere. An jeder Stelle sind die Belastungen anders. Bei Proxima Fusion herrscht Zuversicht, diese Komplexität zu beherrschen, auch dank detaillierter Computersimulationen. Ohnehin will die Firma ja nicht direkt ein Kraftwerk bauen, sondern noch von Erkenntnissen von Alpha profitieren und im Zweifelsfall das Design anpassen, wo nötig.

Doch Überraschungen sind in der Branche die Regel. Die missliebige Fusionskonstante kommt nicht von ungefähr. Das dritte Kapitel führt in den Norden Darmstadts. Dort glaubt ein Mann, ein Rezept gegen Überraschungen zu haben.

Kapitel 3: Ein Kraftwerk wie ein Baukasten

Wer zu Markus Roth und der von ihm mitgegründeten Firma Focused Energy fährt, trifft nicht auf die Atmosphäre eines hippen Start-ups wie bei Proxima Fusion, ebenso wenig auf die eines Großprojekts wie bei ITER. Hier gleicht alles eher einem Besuch an einem modern ausgestatteten Institut an einer Uni – ein vierstöckiger Bürokomplex aus der Jahrtausendwende, umgeben von Laborgebäuden. Das passt zusammen: Der 60-jährige Roth ist Professor an der Technischen Universität Darmstadt.

In dem Fusionskraftwerk, das Roth mit Focused Energy anstrebt, können wildgewordene Neutronen den kritischen Komponenten nichts anhaben, weil diese nicht so eng mit dem Plasma verwoben sind wie bei Tokamaks und Stellaratoren. Während Roth in einem Konferenzraum neben seinem Büro von seinen Plänen erzählt, nutzt er ein Wort oft: »modular«. Was nicht funktioniert, wird ausgetauscht oder angepasst, ohne gleich die ganze Anlage neu konzipieren zu müssen.

»Viele der Probleme, mit denen sich die Magnetfusion herumschlagen muss, haben wir von vornherein nicht«, erklärt Roth. »Unser Reaktor ist viel einfacher aufgebaut. Wir brauchen keine supraleitenden Spulen mit aufwendiger Kühlung, wir brauchen keinen Hitzeschild, wir müssen nicht mit Magnetfeldern das Plasma steuern. All das brauchen wir nicht.« Was es stattdessen aber braucht: einen völlig anderen, geradezu wahnwitzig anmutenden Ansatz.

Roth setzt auf die Laserfusion. Anders als die Magnetfusion verzichtet die Laserfusion darauf, das Plasma einzuschließen und zu bändigen. Vielmehr entfesselt sie es gezielt.

Buchstäblich zentral dafür ist eine wenige Millimeter kleine Kugel voll Brennstoff – eine Kapsel aus Plastik, gefüllt mit Deuterium und Tritium. Roth will mit etlichen Lasern in kurzer Zeit so viel Energie darauf einwirken lassen, dass die Fusionsreaktion in diesem »Target« zündet und sich schlagartig ausbreitet. In den Nanosekunden, die dafür nötig sind, hält das Plasma allein aufgrund seiner Massenträgheit zusammen. Das Konzept heißt deswegen auch Trägheitsfusion. Dann fliegt alles auseinander. Umgebende Wände fangen die Energie ein.

Es ist kein Zufall, dass das an die Miniaturversion einer Wasserstoffbombe erinnert. Eine US-Einrichtung, weltweit führend bei dem Konzept, betreibt auf diese Weise Kernwaffenforschung. Dazu verwendet die National Ignition Facility (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory 192 Strahlen von Hochleistungslasern.

Warum setzt Roth ausgerechnet darauf? »Es ist bislang die einzige Fusion, die funktioniert hat«, stellt Roth fest. »Die Magnetfusion muss noch zeigen, dass sie überhaupt in der Lage ist, einen Energiegewinn zu erzeugen.«

Damit bezieht sich Roth auf einen medienwirksamen Erfolg, der dem NIF im Jahr 2022 gelang: Erstmals in der Geschichte der Fusionsforschung setzte ein Plasma mehr Energie frei, als hineingesteckt wurde. Genau genommen handelte es sich um das Eineinhalbfache der Energie, die von den Lasern auf das Target geschossen wurde. Q gleich 1,5. Zwar entsprach die Strahlungsenergie nur einem Bruchteil dessen, was für den Betrieb der Laser nötig war. Dennoch – oder gerade weil viele Medien auf diese Differenzierung verzichteten – sorgte die Nachricht für Aufsehen.

Doch auch bei der Laserfusion reicht ein einzelnes erfolgreiches Experiment nicht. Ein Kraftwerk muss kontinuierlich laufen, um wirtschaftlich Strom zu produzieren. Berechnungen zeigen, dass es dafür etwa zehn Zündungen und damit zehn Targets braucht. Pro Sekunde.

Das klappt weder mit Targets wie am NIF, denn die kosten rund 10 000 Dollar das Stück. Noch geht das mit den dortigen Lasern, denn die Bauteile heizen sich nach einem Schuss derart auf, dass sie vor dem nächsten stundenlang abkühlen müssen.

Massenhaft Targets

Selbst wenn es gelingt, die Targets günstiger herzustellen, müssen sie ständig in ungeheurer Menge nachgeliefert werden. »Wir müssen für ein laufendes Fusionskraftwerk am Tag 864 000 Targets produzieren«, sagt Roth. Für deren Herstellung ist er inzwischen selbst Experte.

Markus Roth hat im Jahr 1999 am Lawrence Livermore National Laboratory gearbeitet. »Als ich dann 2003 als Professor an die TU Darmstadt berufen wurde, war mir klar, dass ich hier nie das Geld für mein eigenes Lasersystem bekommen würde«, erzählt er. »Und wenn ich schon keinen Laser habe, dann baue ich doch wenigstens ein Target-Labor auf.«

So habe er gemeinsam mit seinen Studenten Targets entwickelt und an den großen Lasersystemen der Welt getestet. »Auf diese Weise haben wir uns in den zurückliegenden 20 Jahren eine Menge an Wissen angeeignet, wie man diese Targets baut.« Roth ist überzeugt: Heute stimmt die Qualität. Und der Preis. »Wir haben ein Verfahren, das so skalierbar ist, dass die Targets dann nur noch ein paar Cent kosten.«

Hochleistungslaser vom Fließband

Doch die zweite entscheidende Komponente fehlt Roth weiterhin: die Laser. 1152 Stück davon braucht das von ihm konzipierte Kraftwerk. Das sind fast zehnmal so viele wie am NIF – mit Absicht. »Das Schöne bei den Lasern ist: Wir sind modular«, erklärt Roth. Da ist er wieder, der Begriff, auf dem Roths Hoffnungen ruhen. »Am Schluss müssen sich die ganzen Lichtstrahlen auf dem Target überlagern. Die Gesamtenergie ist entscheidend. Wie man die erzeugt, ist dem Target hinterher völlig egal.« Roth setzt also auf zahlreiche einzelne Laser, die weniger leistungsfähig und dafür einfacher herzustellen sind. Doch das heißt nicht, dass man sie bereits irgendwo kaufen könnte – erst recht nicht in der erforderlichen Menge.

Massenhaft Laser kann kein Labor liefern, sondern nur die Industrie. Der führende deutsche Hersteller von Hochleistungslasern ist das Unternehmen TRUMPF. Dort leitet der Physiker Hagen Zimer als Chief Executive Officer Laser Technology die Laserentwicklung. Zur Machbarkeit eines Lasers, wie Focused Energy ihn braucht, sagt er: »Dieser Laser ist aller Voraussicht nach baubar.« Aber fragt man nach, wie lange es dauern und was es kosten würde, um den Prototyp herzustellen, sind die Zahlen ernüchternd. Ein Team würde etwa fünf Jahre benötigen, um ein solches Lasersystem zu entwickeln, rechnet Zimer vor. »Die Kosten dafür liegen in der Größenordnung von 250 bis 300 Millionen Euro.« Verbunden mit der klaren Ansage: Das Geld würde die Industrie nur in die Hand nehmen, wenn sicher ist, dass die Laser am Ende abgenommen werden. Schließlich gibt es sonst keinen Markt dafür.

Roth ist sich des Dilemmas bewusst: »Wir können das Kraftwerk nicht bauen, wenn wir die Laser nicht haben, und die Laser werden nicht gebaut, wenn das Kraftwerk nicht kommt.« Zwar hat Focused Energy bereits mehr als 400 Millionen Euro privates Kapital eingeworben. Doch eine Demonstrationsanlage für die Laserfusion wird gut zehnmal so viel kosten.

Roth vergleicht die Situation mit den Anschubfinanzierungen für Solarenergie in Deutschland vor rund 20 Jahren und dem darauffolgenden Solarboom. Er wirbt für die Laserfusion »als Katalysator für eine Neuausrichtung der deutschen Industrielandschaft«.

Sinnbildlich für diese Neuausrichtung ist ein Aufsteller mit einer Visualisierung im Raum. Sie zeigt das Gelände des ehemaligen Kernkraftwerks Biblis – mit einigen neuen Gebäuden, die es bislang nur in den Plänen von Focused Energy gibt. Um dort in Zukunft Kernfusion statt Kernspaltung zu ermöglichen, arbeitet das Unternehmen bereits mit dem Eigentümer RWE zusammen.

Immer wieder verweist Roth im Gespräch auf die Illustration und erläutert, wie die Bestandteile des Fusionskraftwerks ausgelegt sein müssen. Das System, das die Targets in die kugelförmige Kammer schießt. Die Wand mit Löchern für die Laserstrahlen. Die 1152 Laser, die aus sicherer Entfernung in einer fein abgestimmten Choreografie auf das Target zielen. Jede Komponente hat Roths Team im Detail ausgearbeitet.

All das könnte ein Luftschloss bleiben. Entweder, weil Roths Enthusiasmus nicht auf genügend Förderer überspringt. Oder, weil die Physik und die Technik in der Realität nicht so mitspielen wie auf dem Papier.

»Wir haben für fast alles einen Plan B und sogar einen Plan C, aber eine hundertprozentige Sicherheit gibt es bei allem, was mit Innovation zu tun hat, natürlich nicht«, räumt Roth ein. »Aber an irgendeinem Punkt muss man den Sprung ins kalte Wasser wagen. Es mag am Anfang nicht perfekt sein, aber wenn man alles zusammenbaut, lernt man so viel mehr, als wenn man versucht, die ganzen Detailfragen in der Theorie zu lösen.« Ein Satz, der wohl ebenso gut für die Magnetfusion gilt.

Rennen mit offenem Ausgang

Bei allen Unterschieden zwischen den Ansätzen liegt zwischen Machbarkeit und Wunschdenken jeweils dieselbe Herausforderung. Ein wegweisendes Experiment darf teuer und einzigartig sein. Ein Kraftwerk aber muss bezahlbar sein und vor allem: funktionieren. Vom einen zum anderen zu kommen, ist nicht mehr in erster Linie ein Problem der Grundlagenforschung an den Einzelteilen. Es geht darum, sie sämtlich im industriellen Maßstab zusammenzufügen.

In den Hallen von ITER in der Provence wächst ein riesiger Magnetkäfig, bei dem unsicher ist, ob am Ende alles zusammenpasst und ob er das Plasma zähmen kann. In den Büros von Proxima Fusion in München entstehen Pläne für komplizierte Spulen, wie sie so noch nirgends gebaut wurden. Und in Darmstadt plant Focused Energy eine Maschine mit Tausenden von Hochleistungslasern, die vielleicht niemand herstellen wird.

Alle sprechen von ihren ehrgeizigen Plänen mit der festen Überzeugung, auf die richtige Strategie gesetzt zu haben, um den Traum vom Fusionskraftwerk wahr werden zu lassen. ITER versteht sich als langsamer, aber mächtiger Bulldozer, der Erkenntnisse bereitstellt und hilft, Fähigkeiten in der Industrie aufzubauen. Von dort aus sollen staatliche und private Vorhaben den besten Pfad wählen können. Proxima Fusion und Focused Energy haben grundverschiedene Vorstellungen davon, welcher Pfad das ist. Einig sind sich beide nur in der Überzeugung, dass er vom ITER-Prinzip des Tokamaks wegführt.

Eine Frage an die Menschheit

Rückschläge in der Branche sind nur eine Frage der Zeit. Start-ups auf der ganzen Welt wollen sich beim Werben um die Gunst von Investoren voneinander abheben. Überzogen optimistische Pläne gehören da fast schon zum guten Ton. Und es kommt nicht nur auf das Vertrauen von privaten Geldgebern an. Vieles hängt zudem von politischer Unterstützung ab – neben staatlicher Finanzierung braucht es etwa Genehmigungen, Infrastruktur und Forschungszentren – und damit auch von der Gesellschaft, die sich fragen muss: Wollen wir das überhaupt? Braucht die Menschheit Fusionsenergie?

Bei aller Faszination liegt die Antwort keinesfalls nahe. Die Welt erlebt einen beispiellosen Aufstieg der Erneuerbaren. Energiesysteme wandeln sich von zentralen Versorgern zu dezentralen Netzen mit flexiblen Speichern. Abnehmer für Strom aus Großkraftwerken dürfte es zwar auch in Zukunft geben, vom Wasserstoff-Elektrolyseur bis zum Rechenzentrum. In dieser Erwartung stecken KI-Unternehmen bereits Risikokapital in Fusionsfirmen, etwa Google bei Commonwealth Fusion Systems.

Doch selbst, wenn sich die neue Energiequelle irgendwann erschließen lässt, wird sie erst konkurrenzfähig, sobald der Preis stimmt. Manche, etwa Focused Energy oder Commonwealth Fusion Systems, richten ihre Zahlenspiele bereits auf einen Zielwert von fünf Cent pro Kilowattstunde aus. Das wäre ähnlich günstig wie Strom aus Erneuerbaren.

Angesichts aller Unklarheiten ist das ambitioniert. Doch die Geschichte der Fusionsforschung war nie eine Geschichte mangelnder Ambitionen.

Den etlichen Unwahrscheinlichkeiten stehen heute bessere Chancen gegenüber als je zuvor. Die beispiellose Dynamik mit etlichen Firmengründungen und milliardenschweren privaten Engagements hat die Szene bereits jetzt verändert. 

Aber ob all das reicht, um die Fusionskonstante endlich zu begraben, wird sich wohl – wie könnte es anders sein – erst in 20 Jahren zeigen. Ein Teil davon vergeht für die ersten funktionierenden Demonstratoren, der Rest, um sie ans Netz zu bringen. Dennoch, am Ende der neuen Kapitel in der Energiegeschichte der Menschheit steht der Eindruck: Dieses Mal ist alles anders.