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Hoffnung auf unerschöpfliche Energie aus Kernfusion

China holt bei der Erforschung von Fusionsenergie weiter auf. Der Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) in Hefei ist ein Projekt.
Der Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) in Hefei

Temperaturen, heißer als im Inneren der Sonne. Für Laien kaum vorstellbar. Für Fusions-Forscher gehören sie zum Alltag. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in China ist es kürzlich gelungen, das Plasma in ihrem Fusionsreaktor auf 70 Millionen Grad Celsius aufzuheizen – und diesen Zustand für mehr als 17 Minuten aufrechtzuerhalten. Im Mai vergangenen Jahres wurde sogar eine Temperatur von 120 Millionen Grad erreicht, die für 101 Sekunden erhalten werden konnte. Das klingt kurz, markiert aber einen Durchbruch. Denn es zeigt die Machbarkeit der neuen Technik.

Wie andere Staaten will China den großen Traum von der Fusionsenergie endlich wahr werden lassen. Seit mehr als 60 Jahren forschen Menschen an dieser neuen Energieform. Sie verspricht Energie im Überfluss, ohne fossile Energieträger, ohne Klimaschäden, ohne langlebigen Atommüll. Das sind verlockende Perspektiven für ein Land wie China mit seiner hohen Abhängigkeit von Kohlestrom und einem weiter wachsenden Energiebedarf. Die Volksrepublik betreibt daher selbst gleich mehrere experimentelle Fusionsreaktoren.

Doch bisher ist es weltweit noch keinem Wissenschaftsteam gelungen, mehr Energie aus einem Fusionsreaktor zu gewinnen, als vorher zugeschossen wurde, um die Fusionsprozesse in Gang zu setzen. Das könnte sich mit den jüngsten Erfolgen der chinesischen Wissenschaftler jedoch bald ändern.

Kernfusion: China mit „beeindruckenden“ Ergebnissen

Europäische Forscher sehen China auf einem guten Weg in der Fusionsforschung. Das Fusionsplasma für 1.000 Sekunden aufrechtzuerhalten, sei ein „beeindruckender technologischer Erfolg“, sagt Dr. Hartmut Zohm, Leiter des Bereichs Tokamak-Szenario-Entwicklung am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching gegenüber China.Table.

Auch Volker Naulin, Leiter der Abteilung Fusionswissenschaft bei Eurofusion, sagt: „Ein Plasma für lange Zeit und bei hohen Temperaturen stabil zu halten, ist beeindruckend.“ Eurofusion ist ein Zusammenschluss europäischer Forschungsgremien zur Festigung der europäischen Zusammenarbeit in der Fusionsforschung.

Doch so bemerkenswert die Ergebnisse der chinesischen Experimente klingen, sollten sie nicht überbewertet werden. Denn damit ein Plasma innerhalb eines Fusionsreaktors für die Energieerzeugung nutzbar ist, müssen drei Bedingungen erfüllt sein. Die drei Parameter Temperatur, Plasma-Dichte und Energieeinschlusszeit müssen eine bestimmte Größe erreichen, damit das Fusionsfeuer dauerhaft brennt. Die notwendige Temperatur wurde von den Chinesen schon erreicht. „Bei der Plasmadichte und der Energieeinschlusszeit sind die chinesischen Kollegen noch deutlich von den notwendigen Werten entfernt“, sagt Dr. Zohm vom Max-Planck-Institut. Europäische Forscher seien bei den drei Bedingungen schon deutlich weiter.

Europa ist führend bei der Fusionsenergie

Insgesamt ist Europa noch führend in der Fusions-Forschung, so die einhellige Meinung europäischer Wissenschaftler. Die chinesischen Kollegen seien noch „nicht ganz auf dem Stand der besten Institute weltweit“, sagt Hartmut Zohm. Die hohen Temperaturen und die Stabilität des Plasmas, die Chinas Wissenschaftler jüngst erreicht haben, seien auch schon in europäischen Experimenten erreicht worden, sagt Tony Donné, Programm-Manager (CEO) von Eurofusion.

Europa hat zudem einen Forschungs-Vorsprung beim besten „Treibstoff“ von Fusionsreaktoren. Laut Wissenschaftlern ist ein Gemisch aus Deuterium und Tritium sehr vielversprechend, um zukünftige Energie-liefernde Fusionsreaktoren zu betreiben. Es liefert „die meiste Energie zu den am einfachsten zu erreichenden Bedingungen“, sagt ein Pressesprecher von Eurofusion. Bisher ist das sogenannte JET-Experiment in Großbritannien das einzige Fusionsexperiment weltweit, das mit einem Deuterium-Tritium Gemisch betrieben wird, so Donné.

Das JET-Experiment, bei dem mehr als 30 europäische Forschungsinstitute zusammenarbeiten, hat weltweit auch die größte Energieeffizienz erzielt. „Die in diesen Geräten erreichte Fusionsleistung und -energie wurde bisher nirgendwo anders erreicht“, sagt der Programm-Manager von Eurofusion. Doch auch die JET-Forscher haben noch nicht den Punkt erreicht, an dem mehr Energie gewonnen als investiert wird. Das soll durch ITER erstmals gelingen. Dabei handelt es sich um einen internationalen Versuchsreaktor in Frankreich, an dem auch China, Russland und die USA beteiligt sind.

Peking gibt Kernfusion hohe Priorität

Auch laut Volker Naulin hat Europa damit „ganz eindeutig die Führungsrolle in der Fusionsforschung“. Doch „China holt stark auf“, so seine Einschätzung. Die Volksrepublik investiert große Summen in die Erforschung der neuen Technik. Anders als der Rest der Welt räumt China der Fusionsenergie „eine sehr hohe Priorität für die zukünftige Energieversorgung“ ein, sagt Zohm vom Max-Planck-Institut. In Hefei wurde beispielsweise ein eigener Forschungs-Campus eröffnet. Dort werden die Technologien entwickelt, um „Fusionsmaschinen ökonomisch und dauerhaft zu betreiben“, sagt Naulin.

Auch plant China einen Demonstrationsreaktor, der die technologische Machbarkeit der Energiegewinnung aus Kernfusion zeigen soll. Auf internationaler Ebene sei das erst im Anschluss an das Großexperiment ITER geplant, sagt Zohm. Die endgültige Entscheidung zur Finanzierung des chinesischen Demonstrationsreaktors wurde jedoch kürzlich erst verschoben, wie Naulin registriert hat.

China selbst möchte schon um das Jahr 2040 Energie aus Kernfusion gewinnen, sagt der chinesische Plasma-Wissenschaftler Song Yuntao. Die Erreichung dieses ambitionierten Ziels sei „nicht ausgeschlossen“, so Zohm. Denn China „investiert viel Geld in diese Technologie und macht rasante Fortschritte“. Exakte Prognosen sind indessen schwierig. Besonders im Bereich der Kernfusion. Schon mehrmals dachten Wissenschaftler, sie stünden kurz vor dem großen Durchbruch. Tony Donné von Eurofusion schätzt das chinesische 2040-Ziel als „etwas optimistisch“ ein.

In Europa fehlt die politische Unterstützung für die Kernfusion

China investiert jedoch insgesamt so massiv in die Fusionsforschung, dass die Volksrepublik europäische Forscher bald überholen könnte. „In drei bis vier Jahren könnte die Krone der Forschung woanders liegen, nämlich in China“, sagt Naulin. In Europa fehle die notwendige politische Unterstützung. Der Wissenschaftler von Eurofusion beklagt: „Wenn man jetzt nachlässt und keinen Demonstrationsreaktor baut, dann verliert Europa das notwendige Know-how wieder.“ Denn während China investiert, werden die Mittel in Europa gekürzt. Das Budget für Eurofusion habe in den letzten Jahren abgenommen, sagt Donné.

Zudem wird die Fusionsforschung auf politischer Ebene als Nuklear-Technologie aufgefasst. Somit könne sie nicht von Geldern aus dem Bereich des EU Green Deal profitieren. Auch bürokratische Hürden erschweren die Forschung in Europa. Naulin weist darauf hin, dass das Groß-Experiment ITER „nach Sicherheitsmaßstäben gebaut wurde, die an ein Atomkraftwerk angelegt werden“. Das sei jedoch nicht notwendig. „Es macht die Sache komplizierter und kostspieliger, als sie sein müsste.“ Die Energiegewinnung durch Fusion ist vergleichsweise sicher: Eine Kernschmelze wie bei einem herkömmlichen Atomkraftwerk ist ausgeschlossen.

China und Europa kooperieren bei der Fusionsforschung

Doch Chinas Aufstieg in der Fusionsforschung ist nicht nur den massiven Finanzmitteln zu verdanken. In der Forschung gibt es einen intensiven Austausch. Die guten Fähigkeiten, die China in der Kernfusion entwickelt hat, gehen auch auf die „offene wissenschaftliche Zusammenarbeit“ zurück, sagt Naulin.

„Europa und China haben ein sehr aktives Kooperationsprogramm“, bestätigt Tony Donné. So haben viele der Fusionsexperimente internationale Beratungskomitees, in denen Teilnehmer aus China und westlichen Staaten sitzen. Bei den Treffen präsentieren auch die chinesischen Wissenschaftler ihre Daten offen, sagt Donné. „Die chinesischen Kollegen veröffentlichen alle Ergebnisse und laden uns ein, an ihren Experimenten teilzunehmen“, bestätigt auch Zohm vom Max-Planck-Institut.

Doch China scheint derzeit mehr von der Partnerschaft zu profitieren. Naulin und Zohm erklären, dass derzeit mehr Wissen Richtung China fließe als umgekehrt. Das sei aber kein Grund zur Sorge und dem Vorsprung Europas beim Forschungsstand geschuldet. Von politischer Ebene würde aber schon weniger Geld für den Austausch bereitgestellt. „Die Verantwortlichen haben das Gefühl, dass der Austausch einseitig in Richtung China geht“, sagt Volker Naulin.

Europas Forscher werden mit ihrem Wissen geiziger

Ein gewisses Maß an Konkurrenz und Vorsicht ist in der westlich-chinesischen Zusammenarbeit jedoch durchaus zu erkennen. „Ich würde das Verhältnis als freundliche Konkurrenz beschreiben“, sagt Zohm. Und Donné von Eurofusion ergänzt, wenn „wir an Technologien und Komponenten arbeiten, die von strategischer Bedeutung sind, sind wir vorsichtiger“. Wenn Fragen des geistigen Eigentums tangiert werden, sei Eurofusion inzwischen vorsichtiger beim Teilen von Details. Donné geht „davon aus, dass die chinesische Seite das Gleiche tut“, wenn es um geistiges Eigentum geht.

Derzeit ist noch nicht absehbar, ob China oder Europa das erste kommerziell anwendbare Fusionskraftwerk gelingt, das auch Energie liefert. Die Europäer wollen am 9. Februar neue Ergebnisse eines JET-Experiments präsentieren. Und die Wissenschaftsgemeinde blickt gespannt auf das Groß-Experiment ITER, an dem auch China beteiligt ist. Nach jahrelanger Bauzeit sollen im Jahr 2025 die ersten ITER-Experimente starten.

Einig sind sich jedoch fast alle Experten: Kurzfristig wird die Fusionsenergie keinen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Aber ab Mitte des Jahrhunderts könnte sie zur Deckung des Strombedarfs beitragen – wenn bei der Erforschung alles nach Plan läuft.

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