Germany bets on fusion energy: a race for the future

Berlin. Düsseldorf. Wer mit Star Trek oder Raumpatrouille Orion aufgewachsen ist, erinnert sich vielleicht nicht an den Begriff selbst, schon aber an die Idee. Sie war, wenn auch nebenbei, immer da: die Verheißung einer Energiequelle, die sauber, nahezu unerschöpflich – und beherrschbar ist. Für den damals 13-jährigen Markus Roth lag genau darin die Faszination. Nicht in den Explosionen, nicht im Überlichtflug. Sondern in dem Gedanken, dass hinter diesen blinkenden Konsolen eine Technologie arbeitet, die nicht zerstört, sondern verbindet – Atomkerne.

„Ich habe immer daran geglaubt, dass es funktionieren kann – aber ich hätte nie gedacht, dass ich das noch erlebe“, sagt er heute, 47 Jahre später. Der promovierte Physiker Roth ist Mitgründer und Chef des Fusionsunternehmens Focused Energy – und arbeitet mit Forschern weltweit an der entscheidenden Frage: Gelingt die Übertragung von Fusionsenergie aus dem Labor ins Kraftwerk? Die Chancen standen noch nie so gut.

Seit mehr als sieben Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, das Prinzip der Sonnenenergie auf die Erde zu übertragen: Atomkerne verschmelzen, enorme Energiemengen werden frei. Vor rund vier Jahren gelang dabei ein erster Durchbruch. Forschern der National Ignition Facility (NIF) gelang es, aus einem Deuterium-Tritium-Pellet 3,15 Megajoule freizusetzen – mehr als die 2,05 Megajoule, die zur Auslösung nötig waren. Erstmals erzeugte eine Fusion mehr Energie, als sie verbrauchte. Seitdem ist der Wettlauf um das erste Fusionskraftwerk eröffnet. Auch Deutschland will ihn gewinnen.

„Unser Wirtschaftsstandort funktioniert nicht ohne verlässlich bezahlbare Energie“, sagt Holger Hanselka, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft. Der Weg weg von Öl und Gas führe zwingend in Zukunftstechnologien. „So, wie wir im Moment aufgestellt sind, wird es auf Dauer nicht funktionieren.“

Die geopolitische Lage verschärft die Dringlichkeit: ein unberechenbarer Donald Trump, ein aggressiver Wladimir Putin, ein instabiler Iran. Die Hoffnung wächst, dass Energie künftig nicht mehr aus Gas und Öl kommt – sondern aus Wind, Sonne und der Fusion von Atomen.

Für die Bundesregierung ist Fusionsenergie neuerdings eine von sechs Schlüsseltechnologien, vereint unter dem Stichwort: Hightech-Agenda. 2,4 Milliarden Euro will das Forschungsministerium in die Technologie investieren – insgesamt neun Milliarden bis 2037. „Wir wollen vorankommen, und wir wollen vorne sein“, sagte Forschungsministerin Dorothee Bär (CSU) bei einem Treffen mit der Branche im März.

Und auch wenn die Hürden groß sind, scheinen die Aussichten im globalen Wettbewerb nicht schlecht: „Niemand weiß, wer gewinnt, aber das Rennen ist im Gange. Und Deutschland verfolgt einen klugen Ansatz“, sagt der Deeptech-Investor Matt Trevithick von Leitmotif.

Der gebürtige Kanadier investiert schon seit mehr als zwanzig Jahren in die Technologie und ist an fast jedem Fusionsunternehmen, das Rang und Namen hat, beteiligt. Über 50 Unternehmen weltweit gibt es mittlerweile. Insgesamt wurden laut dem Global Fusion Industry Report mehr als 13 Milliarden US-Dollar in die Zukunftsindustrie investiert. Innerhalb der vergangenen fünf Jahre hat sich die Summe versechsfacht. Ein Großteil davon fließt in die USA, aber Deutschland holt auf.

Dabei verfolgen die Unternehmen zwei verschiedene Antriebsarten für die Technologie. Deutschland hat sich mit seinen zwei Vorzeige-Forschungsreaktoren Wendelstein 7-X in Greifswald und Asdex Upgrade in Garching unter der wissenschaftlichen Leitung des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik maßgeblich auf den Magnetantrieb fokussiert.

Die Idee: Wasserstoffkerne werden so stark erhitzt, dass sie verschmelzen und dabei Energie freisetzen. Das extrem heiße Plasma wird dabei von Hochleistungsmagneten in der Schwebe gehalten, sodass es die Wände des Reaktors nicht berührt. Die würden aufgrund der Hitze sofort schmelzen. Unternehmen wie Proxima und Gauss Fusion arbeiten an der Technologie. Die größte Herausforderung besteht darin, Magnete im benötigten Maßstab zu bauen. Proxima will dies bis 2027 erreichen; Gauss will in den kommenden zwei bis drei Jahren einen ersten Prototyp präsentieren.

Ein alternativer Ansatz setzt auf Hochleistungslaser, um Fusionsreaktionen auszulösen. Hierbei erhitzen kurze Laserschüsse Tritium und Deuterium. Die Energie der Laser komprimiert das Material so stark, dass Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius erreicht werden. Unter diesen Bedingungen überwinden die Wasserstoffkerne ihre gegenseitige Abstoßung (Coulomb-Barriere) und verschmelzen zu Helium, wobei enorme Energiemengen in Form von Wärme und Neutronen freigesetzt werden. In Deutschland sind vor allem Marvel Fusion und Focused Energy auf diesem Gebiet aktiv.

Allerdings fehlen bislang die nötigen Laser, um diese Pläne im industriellen Maßstab umzusetzen. Sowohl Marvel als auch Focused Energy wollen noch in diesem Jahr mit dem Bau des ersten Prototyps beginnen. Für ein vollwertiges Kraftwerk wären mehr als 100 Laser erforderlich.

Deutschland will beiden Technologien eine Chance geben. Im Rahmen der Hightech-Agenda plant das Forschungsministerium die Förderung von drei Innovationszentren, sogenannten Hubs. Zwei dieser Hubs werden sich auf die Entwicklung der unterschiedlichen Antriebstechnologien – Magnet- und Laserfusion – konzentrieren. Ein drittes Cluster soll die Entwicklung des Brennstoffkreislaufs und neuer Materialien vorantreiben. Einer dieser Hubs ist in Garching geplant, einer im hessischen Biblis, einer womöglich in Karlsruhe.

Der Energiekonzern RWE hat seine Unterstützung schon zugesichert. „Fusionsenergie hat das Potenzial, die Energieversorgung grundsätzlich zu verändern“, sagt CEO Markus Krebber. In Focused Energy haben die Essener zehn Millionen Euro investiert. Auch bei Proxima prüft RWE eine mögliche Beteiligung.

Focused Energy hat seinen Hauptsitz mittlerweile von den USA nach Deutschland verlegt: „Es ist atemberaubend, wie schnell sich das Land drehen kann. Ich bin von dem Tempo überrascht“, sagt Roth. Die vergangenen zwei Jahre hätten ihm bewiesen, dass Deutschland „ganz vorn mitspielen kann“.

Wie lange es bis zu dem ersten kommerziellen Fusionskraftwerk noch dauert, ist ungewiss. Das wird auch aus einem Gutachten deutlich, das das Forschungsministerium bei der Akademie für Technikwissenschaften (Acatech) in Auftrag gegeben hat. Darin heben die Forscher besonders kritische Engpässe hervor: unter anderem die Entwicklung von Hochtemperaturöfen, in denen das für die Fusion als Brennstoff erforderliche Tritium entsteht, sowie die Skalierung der Komponentenfertigung. „Sollten diese Grundbedingungen nicht zeitnah erfüllt werden“, rechnen die Experten mit Verzögerungen von „mindestens fünf bis zehn Jahren“.

Um Wasserstoffkerne zur Fusion zu bringen, sind Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius nötig. Eine immense Belastung für jegliches Material, das in den Reaktoren verbaut werden soll. Proxima Fusion hat dazu eine Industrieallianz mit mehr als 30 Partnern ins Leben gerufen. Darunter sind Unternehmen wie Air Liquide , Bilfinger, Framatome, Thales oder Trumpf. „80 Prozent der Investitionen für die Demonstrationsanlage ‚Alpha‘ fließen in den Aufbau einer funktionierenden Lieferkette“, sagt Proxima-Chef Francesco Sciortino.

In vielen Fällen, zum Beispiel bei speziellem Glas für die Fusionslaser, würde ein Kraftwerk allein die weltweit verfügbaren Produktionskapazitäten überschreiten. Laserglas-Anbieter gibt es nicht besonders viele. Einer der Weltmarktführer und laut eigener Aussage der einzige Anbieter in der westlichen Hemisphäre ist das deutsche Unternehmen Schott. Für den Hochlauf der Kernfusion bräuchte es neue Fabriken. Die werden aber nur gebaut, wenn es auch eine garantierte Abnahme gibt.

Hier sieht Focused-Energy-Chef Roth Nachholbedarf: „Bei der Kernkraft hat man damals zu Kraftwerksbetreibern gesagt: Baut uns die ersten Kernkraftwerke und wir garantieren den Abnahmepreis. Da ist der Staat als Ankerkunde aufgetreten. So könnte es auch bei dem ersten Fusionskraftwerk funktionieren“, schlägt er vor.

Natürlich könne niemand mit Sicherheit sagen, ob ein Kraftwerk in zehn, 20 oder 30 Jahren ans Netz gehen werde. „Aber auf dem Weg zum Produkt werden die Laser- wie die Magnettechnik und viele Sekundärtechnologien wie zum Beispiel Supraleiter weiterentwickelt.“ Für Hanselka gibt es keinen Zweifel: „Die Fusionstechnik ist ein strategisches Feld, das wir als Innovationsland weiterverfolgen sollten.“