Und in den Kraftwerken kann es nicht zu nuklearen Katastrophen kommen. Einziger kleiner Wermutstropfen: Auch bei der Kernfusion entsteht radioaktiver Müll - allerdings deutlich weniger als in herkömmlichen Kernkraftwerken.

So weit, so toll. Die bisherige Forschung jedoch zeichnet ein anderes Bild. Im Jahr 1973 begann der Bau des ersten Versuchsreaktors JET (Joint European Torus) im britischen Culham. Damals verlautbarten die beteiligten Forscher, in etwa 30 bis 40 Jahren könnten kommerzielle Reaktoren mit der Stromerzeugung beginnen.

Bauernfänger und Lobbyisten

Es wurde indes rasch deutlich, dass es sich dabei um eine der ´Anfangsversprechungen´ neuer Technologien handelte. Ein Beispiel für diese Bauernfängerei lieferte die Kernkraft-Lobby in den 60er-Jahren mit der Prognose, Atomstrom werde so billig, dass man die Stromzähler abmontieren könne, weil sich eine Abrechnung nicht lohne.

Die Kernfusion beherrschbar zu machen ist für die Kernphysiker eine titanische Herausforderung. Sie müssen den Prozess nachahmen, der die Sterne leuchten lässt und auch im Sonneninnern die Energie erzeugt, die das irdische Leben ermöglicht. Fusionsreaktionen können erst unter den dort herrschenden extremen Verhältnissen ablaufen. Die Temperatur im inneren Sonnenkern beträgt etwa 15,6 Millionen Grad, der Druck entspricht dem 300-milliardenfachen irdischen Luftdruck in Meereshöhe.

Wie die Kernfusion funktioniert

Bei diesen Bedingungen sind alle Atome ionisiert, das heißt, dass sie die Elektronen ihrer Hüllen verlieren. Die nunmehr ´nackten´ Kerne sind positiv geladen. Die Physiker nennen diesen Zustand ein ´Plasma´. Im Wesentlichen besteht die Sonnenmaterie aus Wasserstoff und einem geringeren Anteil Helium. Normalerweise stoßen gleichnamige elektrische Ladungen einander ab. Bei den Höllentemperaturen im Sonnenkern besitzen die Wasserstoffionen jedoch genug Energie, um die zwischen ihnen wirkenden Abstoßungskräfte zu überwinden und zu Heliumatomen zu verschmelzen oder zu ´fusionieren´.

Die Masse der dabei entstehenden Teilchen ist jedoch geringer als die Summe der Masse der Ausgangskerne. Aus dieser Differenz ergibt sich die bei dem Prozess freigesetzte Energie: Sie lässt sich nach der Einstein´schen Äquivalenzformel E=m c2 berechnen und liegt in Form von Bewegungsenergie der Reaktionsprodukte und als Strahlungsenergie vor. Ein Gramm Wasserstoff ergibt bei der Fusion ein Energieäquivalent von etwa 10 000 Litern Heizöl. Im Sonnenkern verschmelzen in einer Sekunde 564 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 560 Millionen Tonnen Helium.

Backofen des Weltalls auf der Erde

Die Reaktionen können nur bei einem bestimmten Druck ablaufen. Die im Sonneninnern herrschenden Druckverhältnisse lassen sich technisch jedoch nicht nachahmen. Um die Energie bereitzustellen, die das Sonnenfeuer zündet, muss deshalb die Temperatur erhöht werden - auf etwa 100 Millionen Grad Celsius. Doch zur Fusion des einfachen Wasserstoffs, dessen Kern aus einem Proton besteht, genügt dies noch nicht. Als Brennstoff dienen deshalb die schweren Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium, die im Kern zusätzlich ein oder zwei Neutronen haben. Sie verschmelzen leichter.

Die Europäer zahlen den Löwenanteil an ITER

Damit beginnen die Probleme der Fusionskraftwerksingenieure erst. Denn kein bekanntes Material kann eine Höllenglut von 100 Millionen Grad überstehen. Deshalb sollen starke Magnetfelder das Plasma von den Wänden des Reaktorgefäßes fernhalten. Die Forscher experimentieren derzeit mit zwei Reaktortypen, die sich durch die Konfiguration des Magnetfelds unterscheiden. ´Tokamak´ nennt sich der eine (so lautet die Abkürzung der russischen Bezeichnung ´torusförmige Kammer mit Magnet´). Seine Reaktionskammer gleicht einem Donut.

Am weitesten fortgeschritten ist das Tokamak-Konzept
Nach diesem Prinzip arbeitet auch der nächste Versuchsreaktor ITER (von ´International Thermonuclear Experimental Reactor´, lateinisch aber auch ´der Weg´), der im südfranzösischen Forschungszentrum Cadarache gebaut und ursprünglich 2018 in Betrieb gehen sollte - der Start ist nun aber auf November 2019 verschoben. Er soll erstmals mehr Energie abgeben als aufnehmen und 500 Megawatt erzeugen.

Die ITER-Partner haben sich inzwischen auf einen Zeitplan und die Finanzierung geeinigt. Die EU trägt etwa 45 Prozent des Projekts und hat nun 6,6 Milliarden Euro zugesagt. Daneben sind China, Indien, Japan, Südkorea, Russland und die USA beteiligt.

Der nächste Plan steht schon

Nach erfolgreicher Demonstration der Machbarkeit durch ITER soll der geplante, aber noch nicht beschlossene DEMO als erster Fusionsreaktor elektrischen Strom über einen längeren Zeitraum erzeugen - und zwar ab 2030. Mit der Fertigstellung des ersten kommerziellen Fusionskraftwerks rechnen die beteiligten Forscher indes nicht vor 2040, also abermals in rund 30 Jahren.

Ob es dahin kommt, ist indes völlig offen. Insbesondere ist unklar, ob sich die Fusionskraftwerke energetisch und finanziell rentieren. Schon ITER hat mit dem für Großprojekte üblichen Problem zu kämpfen: Die veranschlagten Kosten werden hoffnungslos überzogen. Ursprünglich sollten der Bau, der 20-jährige Betrieb und Rückbau elf Milliarden Dollar kosten. Nach Angaben der Planer wird sich das Projekt jedoch um 25 bis 35 Prozent verteuern. Das Wissenschaftsjournal ´Nature´ veröffentlichte einen Artikel, in dem argumentiert wurde, die Schätzungen seien absichtlich zu optimistisch gewesen, um die Geldgeber zu überzeugen. Und niemand weiß, ob nicht noch zeitraubende und kostentreibende Tücken im Design lauern.

Um die Energie- und Klimaprobleme von heute zu lösen, kommt die Technologie auf jeden Fall zu spät. Sie könnte auch auf der Strecke bleiben, weil sie von einer anderen Fusionstechnologie überrollt wird. Diese nutzt einen Reaktor, dessen Funktionsprinzip bewiesen ist, weil er schon 4,5 Milliarden Jahre einwandfrei brennt und noch einmal eine ebenso lange Restlaufzeit aufweist, nämlich die Sonne.

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