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Kernfusion: Sonnenfeuer auf Erden

Die Sonne ist ein gewaltiges Kraftwerk: Wenn dort Wasserstoff-Atome verschmelzen, werden enorme Mengen Energie frei. Forscher wollen die Kernfusion auch auf der Erde nutzen - als umweltfreundliche Energiequelle. Doch die Probleme sind riesig.

Zwei Liter Wasser und ein halbes Pfund Gestein enthalten die Rohstoffe für den jährlichen Stromverbrauch einer ganzen Familie. Allerdings ist diese Energie nicht ohne weiteres zugänglich. Kernfusionskraftwerke sollen der Menschheit diese nahezu unerschöpfliche und klimafreundliche Energiequelle erschließen. "Die Fusion kann wesentlich zur Stromversorgung in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts beitragen", sagt Alexander Bradshaw, wissenschaftlicher Direktor am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), Deutschlands größtem Zentrum für Fusionsforschung.

Anders als herkömmliche Kernkraftwerke gewinnt die Fusion Energie nicht über die Spaltung schwerer Atomkerne wie Uran, sondern durch die Verschmelzung leichter. So fusionieren im rund 15 Millionen Grad Celsius heißen Glutofen der Sonne Wasserstoff-Atomkerne zu Helium. Dabei werden gewaltige Energiemengen frei. Irdische Reaktoren sollen mit den beiden schweren Wasserstoffvarianten Deuterium und Tritium arbeiten, die sich aus Wasser und Gestein gewinnen lassen. Ein einzelnes Gramm Brennstoff kann dabei nach IPP-Angaben so viel Energie freisetzen wie elf Tonnen (elf Millionen Gramm) Kohle: 90.000 Kilowattstunden.

Erst in zwölf Jahren Energie aus Testreaktor

Zwar haben die Physiker das Sonnenfeuer auf der Erde bereits entfacht, die komplizierte Technik ist allerdings noch Jahrzehnte von der industriellen Anwendung entfernt: Frühestens in zwölf Jahren soll der rund zehn Milliarden Euro teure internationale Testreaktor ITER, der zurzeit im südfranzösischen Cadarache entsteht, erstmals mehr Energie liefern als zur Zündung des Fusionsfeuers nötig ist. Läuft alles nach Plan, könnte um 2035 ein erstes Demonstrationskraftwerk Fusionsstrom ins Netz einspeisen. Mit kommerziellen Kraftwerken rechnen die Forscher nicht vor 2050.

Ein kurzfristiges Mittel gegen die globale Erwärmung kann die Technik damit nicht bieten. "Die Fusion ist keine Technologie, die in absehbarer Zeit einen relevanten Beitrag zur Lösung des Klimaproblems liefern kann", sagt Lothar Rausch vom Öko-Institut Darmstadt, der die Treibhausgasbilanz verschiedener anderer Energiequellen untersucht hat. "Wenn sie in 25 Jahren anwendungsreif wäre, ist sie dann noch immer nicht marktfähig", betont Rausch. Im internationalen Gemeinschaftsprojekt ITER (lateinisch "der Weg") sieht er daher "vor allem einen Beitrag zur Grundlagenforschung".

Kernfusion ist sicherer als Kernspaltung

Einen stabilen Fusionsprozess in einem irdischen Reaktor aufrecht zu halten, ist komplizierter als die Physiker zunächst erwartet hatten. Grund sind die extremen Bedingungen für eine Kernverschmelzung: Der Brennstoff muss auf rund 100 Millionen Grad Celsius erhitzt und dabei mit gewaltigen Magnetfeldern berührungslos in der Brennkammer eingeschlossen werden. Vorteil: Der Brennstoff steht nahezu überall auf der Welt zur Verfügung. Deuterium ist in gewöhnlichem Wasser enthalten, Tritium produziert der Reaktor aus Lithium selbst, das in Gestein enthalten ist.

Als Vorteil betonen die Physiker auch Sicherheitsaspekte. Anders als ein Kernspaltungskraftwerk besitzt ein Fusionsreaktor kein großes Inventar an radioaktivem Brennstoff. Und anders als bei der Kernspaltung läuft die Kernverschmelzung nicht in einer Kettenreaktion ab, der Brennstoff muss ständig nachgefüttert werden. "Das ist wie beim Vergaser eines Autos: Wenn Sie keinen Brennstoff mehr hineinpumpen, hört auch die Verbrennung auf", erläutert Bradshaw.

Fusion könnte zum Klimaschutz beitragen

Zudem entsteht im direkten Fusionsprozess kein radioaktiver Abfall. Lediglich das strahlende Reaktorgefäß muss nach Betriebsende sicher entsorgt werden. Nach 100 bis 500 Jahren ist die Radioaktivität dieses Materials nach IPP-Angaben vergleichbar mit derjenigen aus der gesamten Kohleasche eines leistungsgleichen Kohlekraftwerks, die immer auch natürliche radioaktive Stoffe enthält. Langfristig könnte die Fusion durchaus zum Klimaschutz beitragen. Zwar kommt auch sie nicht völlig ohne Treibhausgase aus. So verursacht vor allem der Kraftwerksbau Treibhausgase. Die Bilanz fällt nach einer Studie aus dem Jahr 2001 ähnlich aus wie für die Windkraft. Mit der könnte sich der Fusionsstrom auf lange Sicht möglicherweise auch wirtschaftlich messen.

Um das zu erreichen, ist allerdings noch ein erheblicher Aufwand für die Forschung nötig. Die Fusionsforscher halten den aber für gerechtfertigt und verweisen zum Vergleich auf die deutschen Kohlesubventionen. Während die sieben ITER-Projektpartner EU, USA, Russland, China, Japan, Indien und Südkorea für den Bau bis 2018 und anschließend 20 Jahre Betrieb des Testreaktors jeweils rund fünf Milliarden Euro veranschlagen, liegen allein die deutschen Steinkohlesubventionen derzeit bei rund zwei Milliarden Euro im Jahr.

Till Mundzeck/DPA / DPA
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