Der Freitag: 1952 zündeten die Amerikaner die erste Kernfusionsbombe auf einer einsamen Südsee-Insel. Damals waren alle Wissenschaftler überzeugt: In spätestens 50 Jahren wird man die Kernfusionskraft auch friedlich zur Stromgewinnung nutzen können. – Wie lange müssen wir jetzt noch warten?
Günther Hasinger: Die fünfziger Jahre waren eine Zeit der Atom-Euphorie, sowohl Atomkraftwerke als auch Fusionskraftwerke wurden ähnlich optimistisch gesehen. Es gab aber auch schon damals Wissenschaftler, die vor zu großem Optimismus gewarnt haben. Je nachdem, wo man die Messlatte anlegt, ob bei einem Demonstrationskraftwerk oder bei einem ersten kommerziellen Fusionskraftwerk, wird es noch etwa 25 bis 40 Jahre dauern – allerdings nur, wenn wir wirklich alle Anstrengungen bündeln.
Wer trägt die Schuld für diese Verzögerung?
Wie gesagt, die optimistischen Vorhersagen der fünfziger Jahre basierten auf sehr unsicheren Annahmen. Heute können wir diese Extrapolationen auf eine solide wissenschaftliche Basis bauen. Deshalb möchte ich auch nicht von „Schuld“ sprechen. Eine fundamentale Erkenntnis aus der Forschung der letzten Jahrzehnte war, dass die im Fusionsplasma erzeugte Hitze durch Turbulenzen wesentlich schneller abkühlt als anfänglich vermutet. Das ist so ähnlich, wie wenn Sie im Winter bei einem geheizten Zimmer die Fenster aufmachen. Die einzige Möglichkeit, diesem Problem entgegenzuwirken, ist ein wesentlich größeres Plasmavolumen. Heutige Fusionskraftwerke sind deshalb etwa zehn Mal größer als ursprünglich angenommen. Zehn Mal größer bedeutet natürlich auch 1.000 Mal mehr Volumen, und die Kosten skalieren mit dem Volumen.
Was sollte man da tun?
Das bringt mich zu dem nächsten großen Problemkreis: die weltweite Finanzierung der Erforschung alternativer Energien – und die Fusion ist eine regenerative Energie – war etwa drei Mal niedriger, als man unmittelbar nach den Ölpreisschocks der siebziger Jahre geplant hatte. Allein dadurch hat sich der Fahrplan zu einem Fusionskraftwerk um etwa 30 Jahre verzögert. Einen kleinen Teil dieser Verzögerungen könnten wir durch ein „Apollo-Programm“ für die Energieforschung in den nächsten Jahrzehnten noch aufholen.
Sollte nicht gerade der große, 2006 beschlossene Internationale Thermonukleare Experimental-Reaktor ITER in Cadarache ein solches „Apollo-Programm“ für die Fusionsforschung sein? Letzten Monat wurde bekannt, dass der Bau mindestens doppelt so viel wie die ursprünglichen fünf Milliarden Euro kosten wird und frühestens 2026, sechs Jahre später als geplant, in Betrieb geht.
Zunächst möchte ich beide Aussagen in Ihrer Frage relativieren: Die ITER-Kosten liegen noch nicht endgültig fest, werden aber deutlich höher ausfallen als ursprünglich geplant. Ich hoffe dennoch, dass es gelingt, die Kostensteigerungen noch deutlich einzudämmen. Die Gründe für die Kostensteigerung sind vielfältig: Zunächst muss man sehen, dass der Bau eines derartig komplexen, einzigartigen wissenschaftlichen Experiments selbst eine Forschungs- aufgabe ist. Alle internationalen Partner müssen zum Beispiel viele Techniken dafür erst entwickeln. Inzwischen ist die Anzahl der ITER-Partner auf sieben angewachsen, die 5o Prozent der Weltbevölkerung und etwa 80 Prozent des weltweiten Bruttosozialproduktes repräsentieren. Dadurch entsteht ein Mehraufwand, den ich gerne als eine Art „Friedens-Dividende“ bezeichne: ITER stellt die Vereinten Nationen der Fusionsforschung dar.
Aber mit welchem Ertrag?
Seit der ursprünglichen Planung haben sich aber auch die wissenschaftlichen Erkenntnisse der Fusionsforschung erheblich weiterentwickelt und man hat erkannt, dass man zusätzliche Einbauten benötigt, um die komplexen Plasmavorgänge zu kontrollieren, zum Beispiel interne Kontrollspulen. Der neu beschlossene Zeitplan beinhaltet ein langsameres Hochfahren der Einbauten in ITER und damit eine starke Glättung der in der Bauphase notwendigen Finanzierungsspitzen. Das essentielle Experiment, in dem ein Plasma aus Deuterium und Tritium etwa zehn Mal mehr Fusionsenergie erzeugt, als man zunächst zur Heizung des Plasmas hineinstecken muss, verzögert sich dadurch aber nur um etwa 18 Monate, von Anfang 2025 auf Ende 2026.
Im Lateinischen heißt iter „der Weg“ – ist ITER nicht eher eine Sackgasse?
Keinesfalls! „Der Weg“ ist das Ziel. Aber ernsthaft: Mit ITER werden essentielle Komponenten für ein zukünftiges Fusionskraftwerk entwickelt, auf die man nicht verzichten kann. Nach dem kritischen Fusionsexperiment im Jahr 2026 soll ITER die Betriebsszenarien für ein Demonstrationskraftwerk entwickeln, das möglichst schnell danach den ersten Fusionsstrom erzeugen soll. Es gibt noch eine ganze Reihe von physikalischen Grundlagen-Fragen, die mit ITER und einer ganzen Flotte begleitender Experimente gelöst werden müssen, unter anderem den kleineren Tokamak-Anlagen, zum Beispiel dem ASDEX Upgrade in Garching und dem JET in Culham, England, aber auch dem Stellarator-Experiment Wendelstein 7-X in Greifswald. Wenn es ITER nicht gäbe, müssten wir das Experiment neu erfinden.
Die USA setzen offenbar auf eine andere Technik: Dort wurde vergangenen Monat die Groß- forschungsanlage INF eingeweiht, wo man die kontrollierte Kernfusion mittels Laserstrahlen zünden möchte. Ein besserer Weg?
Die Laser-getriebene, so genannte Inertial-Fusion ist ein alternativer Ansatz zu den magnetisch eingeschlossenen Plasma-Konfigurationen. Dort werden durch intensive Laser-Bestrahlung kleine Kügelchen so stark komprimiert, dass sie durch die Kraft der Kernfusion förmlich explodieren – ein bisschen wie kleine Wasserstoffbomben. Deshalb gibt es verständlicherweise auch ein großes mili-tärisches Interesse an dieser Technologie. Ich glaube nicht, dass die Inertialfusion einen schnelleren Zugang zur Stromerzeugung erlaubt als die magnetisch eingeschlossenen Fusionsplasmen. Im Gegenteil: die Inertialfusion wird die gleichen Probleme lösen müssen, die die magnetische Fusion hat und noch viele mehr. Meiner Meinung nach müssen wir zur Lösung der riesigen Heraus-forderungen der Energie- und Klimaproblematik der nächsten Jahrzehnte jeden erfolgversprechenden Weg verfolgen, weil wir keinen Königsweg haben.
Aber andersherum heißt das doch: Die bisherigen Experimente stochern noch im Dunklen ...
Die Experimente ASDEX Upgrade in Garching und JET in Culham sind die derzeit größten Fusionsreaktoren in Deutschland beziehungsweise in der Welt. Dennoch sind sie noch zu klein, um genügend Fusionsenergie zu erzeugen. ASDEX Upgrade, JET und ITER stellen aber eine Art Stufenleiter auf dem Weg zur Fusionskraft dar. Viele Vorbereitungsexperimente können und müssen auf den kleineren Maschinen gemacht werden, aber nur ITER erzeugt so viel überschüssige Energie, dass man damit ein Kraftwerk betreiben könnte.
Fehlt es nicht eher an einer neuen theoretischen Einsicht oder einer genialen Ingenieur-Idee als an neuen, möglicherweise vor- eiligen Experimenten?
Sie glauben gar nicht, wie viele geniale Ingenieurs-Ideen in der Entwicklung von Experimenten wie ITER oder auch Wendelstein 7-X stecken. Die Probleme liegen auch nicht im theoretischen Verständnis, sondern in der Komplexität des Problems. Das ist ein bisschen wie bei der Wettervorhersage, die auch erst über Jahrzehnte immer besser wurde.
Sollten wir da nicht lieber hoffen, dass jemand einen einfacheren Weg zur Energiegewinnung findet? Irgendetwas Exotisches aus der Stringtheorie zum Beispiel?
Ich bin ja als Astrophysiker und Kosmologe immer auf der Suche nach exotischen Phänomenen. Es gibt schon Ideen, wie man aus Schwarzen Löchern Energie saugen kann. Vielleicht kommt jemand einmal auf die Idee, die Dunkle Energie anzuzapfen. Der Unterschied ist, dass die heiße Fusion keine exotische Energie ist, sondern diejenige, die sich die Natur in den Sternen als über Milliarden Jahre stabile und verlässliche Quelle herausgesucht hat. Wir müssen sie nur noch auf die Erde bringen.
Ein deutsches Firmenkonsortium hat gerade bekanntgegeben, für 400 Milliarden Euro Sonnenkraftwerke in der Sahara bauen zu wollen. Hat inzwischen auch die Industrie den Glauben an die Kernfusionsforschung verloren?
Die Erzeugung von Sonnenstrom in der Wüste und ihr Transport über lange Gleichstromleitungen ist ein anderer sehr interessanter Ansatz, einer Lösung des Energieproblems näher zu kommen. Die Tatsache, dass die Industrie jetzt beginnt, sich in großem Stil für diese Möglichkeit zu interessieren, ist sehr erfreulich und zeigt, dass eine Realisierung näher rückt. Allerdings ist die riesige Summe von 400 Milliarden – etwa so viel wie das Apollo-Programm gekostet hat – natürlich noch bei weitem nicht finanziert. Ich meine, dass wir alle Wege zur Energie der Zukunft stark fördern müssen. Die Industrie ist ja auch an der Fusionskraft sehr interessiert, aber deren Zeithorizont ist derzeit noch zu lange, als dass sich die Industrie auch bereits aus ökonomischen Gründen interessieren würde.
Was ist Ihre Zukunftsvision?
Das Energieproblem hat mittel-fristige Notwendigkeiten, insbesondere bis zur Mitte des Jahrhunderts weltweit den CO2-Ausstoss dramatisch zu reduzieren. Dazu kann die Fusion praktisch nichts beitragen. In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts wird aber der Strombedarf weltweit weiterhin dramatisch ansteigen und hier kann die Fusionskraft eine essentielle Rolle bei der Rettung der Welt spielen.
Aber auch Fusionsreaktoren brauchen Brennstoff …
Der Brennstoff für die Fusion, Deuterium und Lithium, kann weltweit überall aus Wasser und Steinen extrahiert werden und ist praktisch unbegrenzt vorhanden. Ein typisches Ein-Gigawatt-Kraftwerk benötigt pro Jahr etwa 100 Kilogramm Deuterium und 400 Kilogramm Lithium – das können Sie in einem Kleinbus transportieren.
Und der radioaktive Abfall? Bei der Kernfusion werden große Mengen von Neutronen frei …
Die schnellen Neutronen, die bei der Fusionsreaktion entstehen, müssen ja abgebremst werden, um ihre Energie in elektrischen Strom verwandeln zu können. Diese Abbremsung findet in dem ersten Meter der Gefäßwand statt, dem so genannten „Mantel“, der im Rahmen von ITER entwickelt und getestet werden soll. Bei dieser Abbremsung zerstören die Neutronen einen Teil der Atome in der Wand, wodurch diese radioaktiv wird. Im Gegensatz zu Kernspaltungskraftwerken haben diese radioaktiven Stoffe aber eine relativ kurze Abklingzeit, so dass die Aktivität nach etwa 100 Jahren so weit abgeklungen ist, dass das Material wiederverwendet werden kann. Die Fusion benötigt also kein geologisches Endlager, sondern nur ein Zwischenlager auf dem Kraftwerksgelände.
Und wenn etwas schief geht? Wir reden hier ja über die Energie von Wasserstoffbomben.
Die Fusionsreaktoren sind inhärent sicher, sie können also nicht „durchgehen“. Wasserstoffbomben müssen ja zunächst mal durch eine Atombombe gezündet werden. In einem Fusionskraftwerk ist zu jeder Zeit Brennstoff für maximal 5 Minuten. Bei einem Störfall geht die Flamme einfach aus, wie eine Kerze im Wind.
Das Gespräch führte Ulrich Kühne
Günther Hasinger ist Astrophysiker und hat unter anderem das Buch Das Schicksal des Universums: Eine Reise vom Anfang zum Ende (CH Beck 2007) geschrieben. 2005 wurde er mit dem Leibniz-Preis ausgezeichnet, seit 2008 leitet er das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching
Kommentare 7
naturwissenschaftler arbeiten in der regel für staatliche oder/und wirtschaftliche auftraggeber. welche folgen die entwicklungen und anwendungen für die gesellschaft haben, hat sie nicht zu interessieren. das ist so seit ein paar jahrhunderten, als z.b. in den statuten der royal society festgelegt wurde, die wissenschaftler sollten scheuklappen tragen und nicht wagen, religiöse oder politische fragen zu erörtern.
ein fusionskraftwerk, wenn es jemals ein funktionierendes geben sollte, setzt zentralistische verhältnisse voraus, wie wir sie aus der vergangenheit und gegenwart kennen. was brecht am radio nicht gefiel, die königliche struktur, wo eine zentrale institution sendet und alle empfänger gebühren zahlen dürfen, genau das ancien regime mit dem roi soleil in der mitte, missfällt an der fusionstechnik, mal abgesehen von der kurz angedeuteten militärischen interessiertheit.
vielleicht sieht die zukunft der energieversorgung und der gesellschaft ganz anders aus, nämlich ziemlich dezentralisiert.
Fusionsenergie ist regenerativ? Ja, ungefähr so regenerativ wie fossile Brennstoffe, man muß nur ein paar Zehnmillionen Jahre warten, dann hat sich das alles regeneriert.
Daß Kernfusion funktioniert ist einerseits unwahrscheinlich, wenn man die Fortschritte der letzten 30 Jahre betrachtet, zweitens extrem teuer, und wird nach all dem Zeit- und Geldaufwand bestenfalls zu einer weiteren Technologie führen, die radioaktive Abfälle produziert, und nur in störungsanfälligen, zentralisierten großtechnologischen Einrichtungen realisierbar ist. Wollen wir das?
Ich persönlich bin optimistisch was die Fusionsenergie angeht. Sicherlich ist es ein technisch hochkompliziertes Unternehmen und viele zweifeln an daran, ähnlich wie bei der Luftfahrt, dass dies jemals gelingen wird. Am Beispiel der Fliegerei erkennt man jedoch auch, dass der Mensch dazu fähig ist, scheinbar unüberwindbare technische Hindernisse zu meistern.
Was die Kritik der zenralisierten Energieversorgung angeht: Ich halte ein Kraftwerk, das ein Gigawatt liefert, im Gegensatz zu Desertec, der momentan angestrebten Lösung des Energie- und Klimaproblems, für keine besonders große Anlage. Dies sage ich, unabhängig davon, dass ich Desertec sehr wohl für unterstützenswert halte. Weiterhin denke ich, dass die Fusionsenergie durch die Gewinnung des Brennstoffes aus Meerwasser, im Gegensatz zu den meisten jetztigen Energiequellen Gas, Kohle, Öl, Uran und sogar der Wasserkraft, auch sehr dezentrale Aspekte zu bieten hat.
Ausser der Aussage, dass die Fusion eine regenerative Energie sei, stimme ich Günter Hasinger in allen Punkten zu.
desertec ist genau so eine herrschaftstechnologie wie die fusionstechnik. es werden viele milliarden über die köpfe der bevölkerung hinweg (demokratisch!) geplant und aus den töpfen der steuerzahler tüchtig mitfinanziert, damit ein zentralisiertes energieversorgungssystem aufgebaut wird (wie gehabt) und die zahler weiterzahlen und die kassierer weiterkassieren (wie gehabt). wenn dabei mal radioaktiv mit regenerativ verwechselt wird, was macht das schon? hauptsache, der strom kommt weiterhin aus der steckdose.
Über die intensive Diskussion über mein Interview mit dem Freitag freue ich mich sehr. Allerdings wollte ich einige der Statements kommentieren:
1. Herr h.yuren, wenn Sie in diesem Jahrhundert 10 Mrd Menschen ein menschenwürdiges Leben ermöglichen wollen (3kW/Kopf), brauchen wir jede Energiequelle, die in ausreichendem Maße zur Verfügung steht, ohne unsere Lebensgrundlagen zu zerstören. Das gilt für die Sonnenenergie z.B. aus der Wüste ebenso, wie hoffentlich für die Fusionsenergie. Es gibt keinen Königsweg, deshalb brauchen wir einen Mix aus verschiedenen Technologien und Kraftwerksgrößen. Ich weiß nicht, wie Sie es anders machen wollen.
2. an Donda, Matzqgii: Sonne, Wasser, Wind (wie auch alle foissilen Energien) beruhen auf der Fusion von Wasserstoff zu Helium in der Sonne. Dabei wird der Wasserstoff verbraucht, aber das dauert so lange, dass kein Mensch etwas davon merkt. Deshalb werden diese Energien als "regenerativ" bezeichnet. Außerdem werden natürlich zur Herstellung von Sonnen, Wasser, Windkrftwerken sehr wohl Ressourcen verbraucht - es gibt einfach kein Perpetuum Mobile gibt. Wenn wir nun den selben Prozess, der die Sonne antreibt, auf die Erde holen, warum soll dieser nicht unter die gleichen Kriterien fallen? Die Brennstoffvorräte für die Fusion - Deuterium aus Wasser und Lithium aus Steinen oder ebenfalls aus Wasser - reichen für Millionen von Jahren aus.
3. Radioaktivität ist ein vollkommen natürlicher Prozess, an den sich der Mensch (und andere Lebewesen) seit Millionen von Jahren gewöhnt haben. Die natürliche Radioaktivität ist zum Beispiel in den Bergen deutlich höher, als am Meer; im Flugzeug ist sie noch viel höher. Wir müssen deshalb die durch menschliche Aktivität verursachte Radioaktivität (z.B. in der Medizin oder bei Kraftwerken; auch Kohleasche ist radioaktiv!) unter genauer Kontrolle und deutlich unter dem natürlichen Niveau halten. Hier haben Fusionskraftwerke den Vorteil, dass die Ausgangsstoffe Deuterium und Lithium nicht radioaktiv sind, dass ein Fusionsreaktor nicht durchgehen kann und dass die durch den Betrieb entstehende Radioaktivität eine sehr kurze Abklingzeit hat, so dass kein geologisches Endlager erforderlich ist.
Ich freue mich ebenfalls über das Feedback von Prof. Hasinger.
Zu Punkt 2:
Ich denke wir sind bei einer Diskussion um die Definition bzw. Belegung des Begriffs "regenerativ" angelangt.
Wikipedia gibt folgende Definition zum Begriff "erneuerbare" oder "regenerative" Energie (de.wikipedia.org/wiki/Regenerative_Energie):
"Erneuerbare Energien, auch regenerative Energien oder Alternativenergien, sind aus nachhaltigen Quellen sich erneuernde Energien. Sie bleiben − nach menschlichen Zeiträumen gemessen − kontinuierlich verfügbar und stehen hiermit im Gegensatz zu fossilen Energieträgern und konventionellen Kernbrennstoffen, deren Vorkommen bei kontinuierlicher Entnahme stetig abnimmt.
Physikalisch genommen kann Energie weder verbraucht noch erneuert werden; sie kann jedoch Systemen zugeführt und Systemen entnommen werden. Der Begriff „Erneuerbare Energie“ wird heute im allgemeinen Sprachgebrauch auf Systeme angewandt, mit denen aus den in der Umwelt laufend stattfindenden Prozessen Energie abgezweigt und der technischen Verwendung zugeführt wird.
[...]"
Wenn die für die Fusion nötigen Brennstoffe tatsächlich "nach menschlichen Zeiträumen gemessen" unausschöpfbar sind, wobei ich mir hier bei Lithium nicht ganz sicher bin, fällt die Fusionsenergie tatsächlich unter die regenerativen Energien.
Eindeutig aber ist die Fusion, zumindest auf der Erde, kein laufender, natürlicher Prozess, dieser wird vielmehr angestoßen, sei es durch Laser oder doch anderweitige externe Aufheizung.
Wenn man den "allemeinen Sprachgebrauch" von heute zum Maßstab nimmt, handelt es sich bei der Fusion somit um keine regenerative Energie.
Zu h.yuren:
Meiner Meinung nach existiert eine herrschaftsfreie und nachhaltige Energieversorgung, mit der auch die Grundlast gedeckt werden kann, noch nicht. Prognosen gehen zwar dahin, dass der Bedarf an Grundlast mit dem Ausbau erneuerbarer Energien sinken wird (www.solarthemen.de/?p=2999); trotzdem wird ein Rest der Energie in dauerbertiebenen Großanlagen erzeugt werden müssen. Hier stimme ich Prof. Hasinger zu, dass wohl ein Mix aus verschiedenen Technologien von Nöten sein wird.
Die Diskussion um Herrschaftstechnik versteh ich nicht ganz. Vor einiger zeit hab ich mal einen Bericht über eine dieser großen Hühnerfarmen in Norddeutschland gesehen. Da hat man auch eine Mitarbeiterin in der Schlachterei gefragt, wie sie diesen massenbetrieb sieht. Da hat sie ganz direkt gesagt, die Massen müssen ja schließlich ernährt werden. Mit ein paar Hühnern romantisch im Hinterhof gehts halt nicht. Die Frau hat recht gehabt. Bei der viel riesigeren Herausforderung Energieversorgng für Milliarden gehts wohl nicht anders, als dass sich Leute mit Wissen und Kapital zusammentun, um zu Lösungen zu kommen. Angesichts der immer lauernden Energiekrise frag ich mich nur, warum man die Kernfusion nicht viel stärker vorantreibt. Bei Apollo 11, das stand gerade in der Zeitung, haben anscheinend 400000 Leutchen mitgearbeitet. Um auf den Mond zu kommen! Da wär es doch wirklich viel nützlicher sich bei der Fusion ins Zeug zu legen um endlich vom arabischen Öl und russischen Gas wegzukommen. Wenigstens ansatzweise. Mit Windrädern, Solarenergie und Wasserkraft lässt sich das bestimmt nicht machen. Atomabfall fällt bei der Fusion kaum an, soweit ich das bisher verstanden hab, ist also mit der heutigen Atomtechnik nicht zu vergleichen.