Kernfusion: Die Wissenschaft hinter der Energietechnologie
Das Leben auf unserem Planeten basiert auf der Sonnenstrahlung. Deren Energie entsteht aus einer seit Milliarden Jahren anhaltenden Fusion von Wasserstoff zu Helium. Dabei verschmelzen zwei leichte Atomkerne zu einem schwereren Kern.
Dieser Verschmelzungsprozess setzt enorme Energiemengen frei. Diese als unerschöpfliche geltende, klimaneutrale und weltweit rund um die Uhr aktive Energiequelle soll in Zukunft auch auf der Erde nutzbar werden.
Viele Forschungseinrichtungen, Industrieunternehmen und Start-ups in aller Welt arbeiten intensiv an Konzepten und Technologiebausteinen für den Bau und den Betrieb von Kraftwerken auf der Basis von Kernfusion.
Kein einfacher Prozess
Das Interesse an der sauberen Form von Kernkraftstrom ist sehr groß. Leider halten die Fortschritte bei der Entwicklung einer stabilen Fusion nicht mit.
Ein internationales Staatenkonsortium von 34 Ländern finanziert in Frankreich den ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Die Arbeiten hatten 2010 begonnen.
Ursprünglich sollte das erste Plasma bereits 2025 eingesetzt werden. Ein neuer Zeitplan geht von einer Plasmaproduktion ab dem Jahr 2034 aus.
Die Kosten des ITER werden auf mehr als 20 Milliarden Euro geschätzt.
China selbst setzt auf ein davon unabhängiges Versuchsprojekt, dem man bezeichnenderweise den Namen „Künstliche Sonne“ gegeben hat.
Auch die Bundesregierung hat die Kernfusion zu einem technologisch bedeutenden Projekt erklärt und leistet seit vielen Jahren finanzielle Unterstützung. Diese Vorgehensweise ist wichtig und gut.
Der aktuelle Stand des Themas
China hatte im Februar 2025 angekündigt, dass sein „Künstlicher Sonnen" -Fusionsreaktor eine wichtige Schwelle überschritten habe, die die Kernfusion seit langem eingeschränkt hatte. Der Experimental Advanced Supraconducting Tokamak (EAST) - Reaktor hielt die Plasmastabilität - den Schlüssel zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Fusionsreaktion - bei 100 Millionen Grad für fast 18 Minuten.
Ohne Zweifel fördern Nachrichten wie diese berechtigterweise die Begeisterung um die Kernfusionsenergie. Mit jedem dieser Schritte rückt die Wissenschaft näher an den "heiligen Gral" der Erzeugung einer praktisch unerschöpflichen Versorgung mit emissionsfreier Energie.
Die Internationale Atomenergiebehörde sagt aus, dass die Fusion pro Kilogramm Brennstoff fast vier Millionen Mal mehr Energie produzieren könne als Kohle oder Öl. Damit wird leicht erklärbar, warum die Kernfusion als ein Wendepunkt im Kampf gegen den Klimawandel gesehen wird.
Die Fusions-Isotope
Die Fusion der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium gilt als der wahrscheinlichste Ansatz. Um sie auszulösen, muss aber zunächst der so genannte »Coulomb-Wall« überwunden werden. Er beschreibt eine starke Abstoßungskraft zwischen den Kernen.
Zur „Überwindung“ sind Temperaturen zwischen 100 und 150 Millionen Grad Celsius erforderlich. Dabei nähern sich die Kerne bis auf einen Femtometer an und geraten unter den Einfluss der noch stärkeren Kernkraft. Der Femtometer ist eine sehr kleine Längeneinheit: eine Billiarde Femtometer entspricht einem Meter.
Bei diesen Bedingungen verschmelzen die Isotope zu Heliumkernen mit je zwei Protonen und zwei Neutronen. Ein Neutron bleibt übrig. In der Summe sind das Deuterium- und das Tritium-Isotop schwerer als der Heliumkern.
Gemäß Albert Einsteins Theorie der Äquivalenz von Masse und Energie setzt die Fusion Bindungsenergie frei, die sich auf 17,6 Megaelektronenvolt (MeV) oder 9,2 x 104 kWh je Gramm beläuft. Zur besseren Einordnung: 1 kg Deuterium-Tritium-Gemisch enthält so viel Energie wie 55.000 Barrel Diesel oder 18.630 Tonnen Braunkohle.
Von Laser- und Magnetfusion
Für kommerzielle Kraftwerke braucht es Technologien, die die Fusion zuverlässig zünden, am Laufen halten und die freiwerdende Energie nutzbar machen.
Die Zündung und Selbsterhaltung eines Fusionsplasmas hat das Kalifornische Lawrence Livermore National Laboratory in seiner National Ignition Facility (NIF) mehrfach gezeigt. Die NIF setzt auf Laserträgheitsfusion. Ein kurzer Laserpuls lässt ein kleines Treibstoffkügelchen sehr schnell implodieren und erzeugt damit die benötigten Drücke und Temperaturen.
Seit Dezember 2022 ist es dort wiederholt gelungen, mithilfe des weltgrößten und energiereichsten Lasers ein Deuterium-Tritium-Plasma zu zünden und ein selbsterhaltendes Brennen eines Fusionsplasma mit hohem Energiegewinn zu erzeugen.
Neben der Laserträgheitsfusion steht die Magnetfusion auf der globalen Forschungsagenda. Dafür gibt es zwei Konzepte: den Tokamak, ein torusförmiger Typ einer Fusionskammer, in der der magnetische Einschluss durch sich überlagernde Magnetfelder hergestellt wird. Eine Transformatorspule induziert dabei üblicherweise den Plasmastrom. Sowohl der ITER als auch EAST in China basieren auf dem Tokamak-Prinzip.
Das zweite Konzept nennt sich Stellarator. Es basiert auf einer komplexen nicht rotationssymmetrischen Fusionskammer. Beim Stellarator wird der magnetische Einschluss durch ein einziges außen liegendes stromdurchflossenes Spulensystem erzeugt.
Die weltweit größte experimentelle Fusionsanlage vom Typ Stellarator nennt sich Wendelstein 7-X und steht in Greifswald. Wissenschaftlich koordiniert wird Wendelstein 7-X vom Max-Planck-Institut. Ziel des Projekts ist es, die Kraftwerkseignung dieses Bautyps zu untersuchen.
Am 22. Mai 2025 erreichte der Wendelstein 7-X einen Meilenstein in der Fusionsforschung. Der weltweit leistungsstärkste Stellarator übertraf zum ersten Mal Tokamak-Rekorde bei längeren Plasmaentladungen und demonstrierte eindrucksvoll sein Potenzial als Kandidat für zukünftige Fusionskraftwerke. Dieser Erfolg unterstreiche lt. dem beteiligten Wisseschaftsteam die Relevanz der Stellarator-Technologie in der Entwicklung sauberer und nahezu unbegrenzter Energiequellen.
Der bisherige Atomweg
Die derzeitigen kommerziellen Kernkraftwerke nutzen die Kernspaltung. Die Risiken der aktuellen Atomkraftwerke liegen bei atomaren Unfällen, wie Kernschmelzen oder außer Kontrolle geratenen Kettenreaktionen sowie der Entstehung von langlebigem radioaktivem Abfall.
Diese Risiken bestehen nach wissenschaftlichen Einschätzungen bei Kraftwerken auf der Basis von Kernfusion nicht.
Allerdings stellt die Fusion von Atomen die Wissenschaft vor enorme technische Herausforderungen, die den Fortschritt zeitlich zurückhalten. So konnte bisher die Produktion von nutzbarer Energie durch Kernfusion nicht umgesetzt werden.
Auf der Sonne funktioniert die Kernfusion wie ein Uhrwerk. Die massiven Gravitationskräfte schaffen dort die richtigen Bedingungen für die Produktion von Fusionsenergie im Kern des Sterns.
KI als Motor
Das Google-eigene KI-Unternehmen DeepMind arbeitet mit dem Fusions-Startup Commonwealth Fusion Systems (CFS) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne zusammen, um KI zur Plasmakontrolle einzusetzen.
Bis heute hat sich im Projekt gezeigt, dass Deep-Mind durchaus dazu beitragen kann, das Plasma in einem Tokamak-Reaktor zu stabilisieren. Mit diesen Erkenntnisse soll die Fusionsleistung optimiert werden, um damit den Weg zur Kommerzialisierung der Kernfusion zu beschleunigen.
Die KI-Kontrollebene gilt als entscheidender Faktor für die Stabilität des in China mit dem EAST-Reaktor erreichten Meilenstein und wird auch den weiteren Verlauf des ITER-Projektes prägen.
Politische Versprechen ohne Substanz sind nicht hilfreich!
Nicht hilfreich sind politische Versprechen für eine rasche Umsetzung der Machbarkeit der Kernfusion wie die des bayerischen Ministerpräsidenten Markus Söder. Er erklärte den Standort des ehemaligen Atomkraftwerks Gundremmingen zum auserwählten Standort des ersten deutschen Kernfusionskraftwerks. Diese Pläne wurden von der Staatssekretärin Dorothee Bär wiederholt.
Es geht nicht darum, beide dafür anzuprangern, dass sie eine mögliche Technologielösung wie die Kernfusion zu einem Ziel erklären und unterstützen.
Was bei den Äußerungen der beiden zum Thema Kernfusion komplett unerwähnt bleibt, ist die Tatsache, dass es bis dato keine stabile Erzeugung von Strom auf Basis von Kernfusion gibt.
Die Technologie befindet sich in noch einem rein experimentellen Stadium. Nach Meinung von WissenschaftlerInnen aus dem Bereich der Kernforschung wird eine mögliche Lösung zu einer stabilen und wirtschaftlich rentablen Stromproduktion aus Kernfusionskraftwerken bestenfalls nach 2040/2045 zur Verfügung stehen.
Die Kommunikation von Söder und Bär führt zu falschen Hoffnungen, denn sie beschreibt die Komplexität des Themas Kernfusion völlig unzureichend.