Der globale Strombedarf steigt, etwa durch die Verwendung von KI. Gleichzeitig läuft der mühsame Prozess der Dekarbonisierung. Was es da braucht, ist eine steuerbare, wetterunabhängige, nicht-fossile Energiequelle als Ausgleich für die volatilen erneuerbaren Energien. Könnte Kernfusion der Stabilisator sein?
Die USA, China, Japan, Großbritannien und Deutschland investieren bereits in die Technologie, von der sich auch immer mehr privates Kapital angezogen fühlt. Wer gewinnt den Wettlauf und bringt den weltweit ersten Fusionsreaktor ans Netz? Die Chancen Deutschlands stehen zumindest nicht schlecht.
Weltweit erstes Fusionskraftwerk
Zwei Start-ups, Focused Energy aus Darmstadt und Proxima Fusion aus München, wollen die Kernfusion hierzulande in den nächsten 15 Jahren zur Marktreife führen. Die Ansätze sind unterschiedlich – Focused Energy mit Laserfusion, Proxima Fusion mit Magnetfusion. Was beide Start-ups gemein haben: RWE ist Investor und stellt ihnen jeweils ein stillgelegtes Atomkraftwerk für Forschung und Entwicklung zur Verfügung, das in Biblis und das in Gundremmingen. Ende Juli wurden diese Rückbauanlagen vom Bund als zwei von drei nationalen Kernfusionszentren ausgewählt.
In Biblis will Focused Energy das weltweit erste Laserfusionskraftwerk bauen. Winzige, Targets genannte Kügelchen, gefüllt mit je drei Gramm Deuterium- und Tritium-Brennstoff, werden in eine Reaktorkammer gebracht und dort mit extrem kurzen, sehr energiereichen Laserstrahlen beschossen, was die Kerne zu Helium verschmelzen lässt. Dabei wird ein Neutron frei, das seine Energie als Wärme abgibt. Mit dieser lässt sich Dampf erzeugen, der zur Stromproduktion eine Turbine antreibt.
Insgesamt hat Focused Energy bisher rund 450 Millionen Euro eingesammelt. Geldgeber waren unter anderem RWE und die Europäische Investitionsbank. "Mit dem frischen Kapital haben wir nun den notwendigen Eigenkapitalanteil, um unsere Roadmap umzusetzen", sagt Co-Gründer Thomas Forner.
Vorgesehen ist für 2035/37 ein erstes Pilotkraftwerk, für das Focused Energy den Fusionsmotor liefert. Die Entwicklung kostet ein bis zwei Milliarden Euro. Danach folgt der Bau des ersten kommerziellen Kraftwerks. Es soll um das Jahr 2040 startklar sein und im Gigawatt-Maßstab Strom ins Netz einspeisen. Kostenpunkt: voraussichtlich sieben bis acht Milliarden Euro.
Top-Standort für Kernfusion
Welche Chancen hat Deutschland?
Welche Chancen hat Deutschland, Top-Standort für Kernfusion zu werden? Die Investitionsbereitschaft ist mittlerweile da, so Francesco Sciortino. Das wissenschaftliche Know-how auch, und zwar in "weltweit seltener Tiefe". Hinzu kommt das passende industrielle Umfeld mit vielen spezialisierten Zulieferern auf Topniveau. Was fehlt, sind drei Dinge.
Erstens: Geschwindigkeit. "Deutschland muss sich beeilen. Die kommenden Monate entscheiden, ob es in der Fusion eine industrielle Führungsrolle einnimmt oder sie anderen überlässt", so Sciortino weiter. In den USA fließen Milliarden privat und öffentlich in die Fusion. China hat sie in den 5-Jahres-Wirtschaftsplan aufgenommen, pumpt Milliarden in die Technologie und baut am Fusionsreaktor "East".
Zweitens: Förderung hierzulande. Statt der Gießkanne braucht es ein Programm, das nur Unternehmen unterstützt, die tatsächlich Demonstratoren bauen. "Im internationalen Wettbewerb entscheidet nicht die Anzahl geförderter Projekte, sondern ob es gelingt, globale Champions aufzubauen." Das vom Bund angedachte Meilensteinprogramm gehe da "schon mal in die richtige Richtung".
Drittens: Das europäische Programm "Innovative Kerntechnologien", dem Deutschland im Mai beitrat, benötigt ausreichend Kapital. Sonst drohe Europa, in der Wertschöpfungskette auf die Rolle des Komponentenlieferanten reduziert zu werden – so wie es bei der Photovoltaik passiert sei. Zum Vergleich: Europa gibt derzeit jedes Jahr annähernd 400 Milliarden Euro für fossile Energieimporte aus. Mit Fusion könne es Energie selbst erzeugen und Milliarden hier in der Wirtschaft halten.
Ein Knackpunkt zum Durchbruch
Erstmals 2022 gelang US-Forschern der experimentelle Nachweis, dass Laserfusion funktioniert. "Wir wollen diesen physikalischen Durchbruch in ein robustes industriell nutzbares System übersetzen", so Co-Gründer Markus Roth. Hilfreich sei der modulare Aufbau: Komponenten wie Laser oder Reaktorkammer können parallel entwickelt und später industriell skaliert werden. Das verkürze den Weg vom Labor zum Kraftwerk.
Im eigenen Target-Labor in Darmstadt wurden bereits stecknadelkopfgroße Prototypen der Kügelchen entwickelt, die sich künftig "zu vertretbaren Kosten" in Serie produzieren lassen. Erhöhen muss sich noch die Wiederholungsrate beim Beschuss: Zehnmal pro Sekunde sollen die Laserstrahlen die Kügelchen treffen.
Die Grundbedingungen für die Kommerzialisierung schätzt Forner als sehr gut ein. Es gibt hierzulande viele Firmen, die für den Kraftwerksbau gebraucht werden: Optik, Optoelektronik, Präzisionsfertigung und Lasertechnik.
Ein Knackpunkt ist die Skalierung der hiesigen Optikindustrie für die neue Anwendung. "Wir benötigen Hochleistungsgeräte, die nicht nur einzelne Experimente überstehen, sondern Milliarden von Schüssen aushalten", so Forner weiter. Gelinge es, die industrielle Basis rechtzeitig aufzubauen, werde Fusion zur neuen Schlüsselindustrie "Made in Germany".
Der andere Hoffnungsträger, Proxima Fusion, setzt auf Magnetfusion. Kernkomponenten sind mehrere Dutzend dreidimensional verwundene Magnetspulen aus Hochtemperatur-Supraleitern. Jede ist mehrere Meter groß und mehrere Tonnen schwer. Die Konstruktion umschließt wie ein Käfig ein Vakuumgefäß, in dem über 100 Millionen Grad heißes Plasma brennt.
Die Deuterium- und Tritium-Kerne des Brennstoffs werden bei diesen unglaublichen Temperaturen extrem stark zusammengepresst – so kommt es zur Kernfusion. Es gibt bei Magnetfusion zwei Käfigbauweisen: Tokamak und Stellarator. Proxima Fusions Käfig ist ein Stellarator, der stabilere, aber auch schwerer zu konstruierende.
RWE fährt mehrgleisig
Die Branche investiert schon
Das Essener Energieunternehmen RWE hat 70 Millionen Euro in Focused Energy und 25 Millionen Euro in Proxima Fusion investiert. Zudem stellt es die Rückbauanlagen Biblis und Gundremmingen zur Verfügung. "Wir sind zwar kein Technologieentwickler, wollen aber die Fusionstechnologie in Deutschland voranbringen", so Pressesprecher Jan Peter Cirkel. RWE gehe dabei bewusst technologieoffen vor, denn niemand könne die künftigen technologischen Entwicklungen vorhersagen. Daher sei es auch eine gute Entscheidung der Politik, beide Technologien zu fördern, Laser- und Magnetfusion.
Wo die Finanzierung noch wackelt
Der experimentelle Nachweis, dass ein Stellarator mehr Energie aus dem Plasma freisetzt als ihm zugeführt wird, ist noch nicht erbracht. Proxima Fusion wollen die Ersten sein und bauen im Rahmen des Projektes Alpha in Garching bei München eine Demonstrationsanlage. "Diese soll auch zeigen, dass sich die Technologie auf Kraftwerksmaßstab hochskalieren lässt", so Co-Gründer Francesco Sciortino. Die Kosten für Alpha betragen mehr als zwei Milliarden Euro. Seinen Eigenanteil, rund 400 Millionen Euro, kann Proxima Fusion mittlerweile aufbringen. Weitere 400 Millionen Euro steuert der Freistaat Bayern bei, der Hauptteil der Finanzierung durch den Bund ist noch nicht gesichert.
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2027 soll der Modellmagnet fertig sein; Anfang der 2030er-Jahre ist der erste Nettoenergiegewinn im Plasma anvisiert. Als größte Hürde bei Alpha sieht Sciortino die Fertigung der Magnete. Die aus Hunderten Hochtemperatur-Supraleitern bestehenden Kabel müssen Zehntausende Ampere tragen und starke mechanische Belastungen aushalten können. Auch die Temperatur von minus 250 Grad Celsius, bei der die Supraleiter Strom verlustfrei transportieren, muss ihnen nichts ausmachen dürfen. Zudem kommt es auf Präzision an: Die Spulen müssen millimetergenau sitzen, kein leichtes Unterfangen bei ihrer komplexen Geometrie. Auch die Industrialisierung ist herausfordernd.
Auf Alpha folgt Stellaris, das erste kommerzielle Magnetfusionskraftwerk mit einer elektrischen Leistung von rund einem Gigawatt. Die Kosten dafür sind seriös erst mit den Ergebnissen von Alpha abzuschätzen, sagt Sciortino. Gebaut wird Stellaris auf dem Gelände des frisch erkorenen Magnetfusions-Hub Gundremmingen. Die Vorbereitungen dort laufen schon an. Im Laufe der 2030er-Jahre soll Stellaris Strom ins Netz einzuspeisen. In den 2040er-Jahren könnte dann schon der Bau und Verkauf standardisierter Magnetfusions-Anlagen beginnen.
