Zur Sonne, zur Freiheit

Im Gespräch Wird die Kernfusionsforschung eines Tages unser Energieproblem lösen? Der Astrophysiker Günther Hasinger meint: Ja

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

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16:48 16.07.2009

Ausgabe 38/2020

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