Die Konfusion um Kernfusion

Der bayrische Ministerpräsident versprach, dass am Standort der Kernkraftwerke Gundremmingen, die derzeit „zurückgebaut“, d.h. abgerissen werden, ein kommerzieller Fusionsreaktor entstehen soll. Ist dieses Versprechen realistisch?

Die Entwicklung von Fusionsenergie wird ja von dem Kalauer begleitet, dass sie in 30 Jahren zur Verfügung stehen wird – egal wann man fragt. 

Fakt ist, dass derzeit ein Programm unter dem Namen „ITER“ läuft. Dieser „International Thermonuclear Experimental Reactor“ soll den „Proof of Concept“ liefern, den Nachweis, dass kontrollierte Kernfusion zur Gewinnung von Elektrizität in industriellem Umfang eingesetzt werden kann. Wird man diesen Beweis erbringen – oder beweist ITER vielleicht genau das Gegenteil?

Es gibt auf dem Gebiet der kontrollierten Kernfusion seit über 50 Jahren kontinuierlich große Anstrengungen. Man sperrte die Substanzen, die fusionieren sollen, in einen Torus, also eine im Kreis gebogene Röhre ein, und heizte den Inhalt auf gut 100 Millionen Grad auf. Diese Experimente führten zur Erkenntnis, dass man auf dem richtigen Weg war. Man müsste alles nur noch viel größer machen, dann würde das Ziel erreicht. ITER soll diesen Erfolg nun bringen.

Ich behaupte nun, dass ist ITER genau den gegenteiligen Beweis liefert, nämlich dass solch ein riesiges System viel zu komplex wird, um jemals zu funktionieren. ITER, seit 2010 im Bau, verhält sich wie das griechische Monster Hydra, dem für jeden abgeschlagenen Kopf zwei neue nachwachsen. Für jedes gelöste Problem bei ITER entstehen zwei neue. So soll die Anlage jetzt beispielweise mit Magnetspulen ausgerüstet werden, die 10.000 Tonnen auf die Waage bringen (so viel wiegt der ganze Eiffelturm). Und die müssen auf ein paar Grad über absolut Null abgekühlt werden. Da gibt es dann einige „Herausforderungen“, deren Lösung zu neuen Herausforderungen führt, die bis heute noch nie gelöst wurden.

Diese fatale Situation spiegelt sich in der Planung des Projektes wieder. Die wichtigsten Zwischenergebnisse, die Meilensteine, entweichen bei jeder neuen Planungsrunde unausweichlich in die Zukunft. Hatte man zu Beginn das Resultat des Vorhabens – nämlich die kontinuierliche Realisierung von Fusion mit 500 Megawatt Energiegewinn – für das Jahr 2027 geplant, so lautet die Aussage heute: „Nicht vor 2039“.

In der Tabelle geben die Zahlen in der obersten Zeile die Jahre wieder, in denen die Schätzungen abgegeben wurden. Die Zeilen geben die geplanten Termine wieder, zu denen diese Meilensteine erreicht würden. Was die einzelnen Meilensteine 1 bis 5 bedeuten, ist aus dem folgenden Kapitel „Etwas Physik“ ersichtlich.

Der erste Meilenstein, zu dem die Funktion der Anlage sichergestellt sein sollte, ist heute bereits von ursprünglich 2019 um 15 Jahre in die Zukunft gerutscht – nach 2034. Der letzte Meilenstein, also das Endziel des Projektes ITER, kann nach aktueller Planung erst nach 2039 erreicht werden. Da ist man übrigens noch weit vom funktionsfähigen Kraftwerk entfernt. Bei der Entwicklung eines Benzinmotors entspräche Meilenstein 5 der ersten Explosion eines Benzin-Luftgemisches im Labor, ausgelöst durch eine Zündkerze. 

ITER ist die moderne Hydra: Kaum ist ein Problem gelöst, wachsen zwei neue nach. Sie sagen, auch die Hydra wäre schließlich von Herkules besiegt worden. Gut, aber der war immerhin ein Halbgott. Gibt es heute so etwas? Vielleicht Elon Musk. Aber der lässt sich aus gutem Grund nicht auf Fusion ein; er fliegt lieber zum Mars – das ist einfacher.

Etwas Physik 

Wenn wir uns eine kleine Sonne auf der Erde halten könnten, wäre das schön. Sie würde uns im Winter wärmen und könnte uns immer Strom liefern, so viel wir bräuchten. Und unsere CO₂-Sorgen könnten wir vergessen.

In der Kernfusion werden leichte Atomkerne, etwa die Kerne von Wasserstoff, einander ganz nahe gebracht. Dann kann die anziehende „starke Wechselwirkung“ die elektrische Abstoßung überwinden und die Kerne verschmelzen. Dabei wird enorm viel Energie frei, das Millionenfache von dem, was bei der herkömmlichen Verbrennung von Wasserstoff entsteht. Damit es so weit kommt, müssen die Kerne aber sehr vehement aufeinanderprallen, dann klappt es vielleicht. 

In jedem Gas prallen Atome permanent aufeinander, und zwar umso heftiger, je heißer das Gas ist. Heizen wir also auf, so weit es geht, und warten, was passiert. Bei etwa 10.000 Grad Celsius sind die Kollisionen so stark, dass die Elektronen von den Atomen abgestreift werden – wir bekommen ein atomares Striptease. Das Ergebnis ist eine sehr heiße Suppe aus nackten Atomkernen und freien Elektronen. Diese Suppe wird „Plasma“ genannt. 

Jetzt müssen wir unsere freien Atomkerne nur noch dazu bringen, dass sie ihre gegenseitige elektrische Abstoßung überwinden und verschmelzen. Dazu muss die Temperatur noch einmal erhöht werden, auf etwa 150 Millionen Grad. 

Wir machen uns das Leben leichter, wenn wir nicht mit alltäglichem Wasserstoff arbeiten, dessen Atomkern aus einem Proton besteht, sondern wir arbeiten mit Deuterium und Tritium. Die haben eine höhere Wahrscheinlichkeit zu verschmelzen. Deuterium und Tritium tragen im Gegensatz zur landläufigen Sorte des Wasserstoffs neben dem Proton noch ein bzw. zwei Neutronen in ihrem Kern herum. 

Der Beitrag erschien zuerst bei think-again.org. 

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