Energie-Durchbruch: Das steckt hinter der Zukunftstechnologie Kernfusion

Wissenschaftler setzen große Hoffnung in die Kernfusion. Wie diese Form der Energiegewinnung funktioniert – und woran sie derzeit noch scheitert.

Sauber und sicher Energie gewinnen durch Kernfusion: Seit Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, dass diese Vision Wirklichkeit wird. Nun ist Kernforschern in den USA Zeitungsberichten zufolge ein entscheidender Durchbruch gelungen. Ein Überblick, wie Kernfusion funktioniert, welche Vorteile sie bringt und zum Stand der Wissenschaft:

Die Energie der Sterne

In Atomkraftwerken werden Atomkerne gespalten, um Energie zu gewinnen. Im Gegensatz dazu werden bei der Kernfusion zwei leichte Atomkerne (Wasserstoff) zu einem schweren (Helium) verschmolzen. Auch dabei wird Energie freigesetzt. Dieser Prozess findet in den Sternen statt, also auch in der Sonne.

Zwei Methoden der Fusion

Die Kernfusion ist auf der Erde nur möglich, indem man Materie auf sehr hohe Temperaturen von über 100 Millionen Grad erhitzt. "Wir müssen also Wege finden, um diese extrem heiße Materie von allem zu isolieren, was sie abkühlen könnte", erklärt Érik Lefebvre, Projektleiter bei der französischen Atomenergiebehörde (CEA). Eine Methode besteht darin, die Fusionsreaktion mit Magneten einzudämmen.

In einem riesigen Reaktor in Form eines Donuts werden leichte Wasserstoffatome (Deuterium und Tritium) erhitzt, bis sie den Zustand eines Plasmas erreichen, eines Gases von sehr geringer Dichte. Magnete begrenzen das wirbelnde Plasma und verhindern, dass es mit den Wänden der Kammer in Berührung kommt, während die Atome zusammenstoßen und zu fusionieren beginnen. Dieser Reaktortyp wird im internationalen Großprojekt ITER, das derzeit in Frankreich gebaut wird, sowie im Joint European Torus (JET) in der Nähe von Oxford in Großbritannien verwendet.

Eine zweite Methode ist die Trägheitsfusion. Hierbei werden Hochenergielaser gleichzeitig auf einen fingerhutgroßen Zylinder mit Wasserstoff gerichtet. Diese Technik wird beim französischen Megajoule-Laser (LMJ) und dem weltweit am weitesten fortgeschrittenen Fusionsprojekt, der National Ignition Facility (NIF) in Kalifornien, eingesetzt.

Bei diesen Projekten geht es in erster Linie darum, die physikalischen Grundsätze der Fusion zu demonstrieren. Bei den anderen Reaktortypen hingegen wird versucht, zukünftige Fusionsreaktoren zu erproben.

Stand der Forschung

Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, eine Möglichkeit zu finden, mit der Kernfusion mehr Energie zu erzeugen, als benötigt wird, um die Reaktion in Gang zu setzen. Dieser Nettoenergiegewinn soll nun den Forschern der NIF gelungen sein, wie die "Financial Times" und die "Washington Post" vorab berichteten. Bis zu einer industriellen und rentablen Nutzung der Kernfusion sei es aber immer noch ein "sehr weiter Weg", dämpft Lefebvre die Erwartungen und rechnet mit weiteren 20 bis 30 Jahren Forschung und Entwicklung.

Vorteile der Kernfusion

Kernfusion in großem Maßstab könnte die Energieerzeugung weltweit entscheidend verändern. Anders als bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken besteht bei der Fusion keine Gefahr eines nuklearen Unfalls. "Wenn ein paar Laser fehlen und nicht im richtigen Moment gezündet werden, oder wenn der Einschluss des Plasmas durch das Magnetfeld nicht perfekt ist, wird die Reaktion einfach gestoppt", sagt Lefebvre.

Bei der Kernfusion entsteht außerdem viel weniger radioaktiver Müll und es werden keine Treibhausgase freigesetzt. "Es handelt sich um eine Energiequelle völlig ohne CO2, die sehr wenig Abfall erzeugt und extrem sicher ist", sagt Lefebvre und sieht die Kernfusion als "zukünftige Lösung für die Energieprobleme der Welt". Die Entwicklung ist jedoch noch nicht so weit, als dass die Kernfusion einen Beitrag zur Begrenzung des Klimawandels leisten könnte.