Ist Kernfusion die Lösung? 
Teil II: Plasma, Energie und Sicherheit

Am weitesten sind die Entwickler seit 1946 in der Frage gekommen, wie ein „Gefäß“ für das etwa 100 Millionen Grad heiße Plasma aussehen muss [1]. Gas wechselt bei einigen tausend Grad in den Plasma-Zustand, der übrigens neben gasförmig, flüssig oder fest der häufigste Aggregatszustand im Universum ist [2]. Kein Material hält solche Temperaturen aus, ohne selbst explosionsartig zu verdampfen. Nur mit starken Magnetfeldern lässt sich die superheiße Materie bändigen. Dennoch braucht man zusätzlich zu den Magnetfeldern einen „Topf“, den Torusraum, der luftleer gepumpt werden muss. Das heiße Plasma kommt nirgends mit den Metallwänden in Kontakt. Im Torusraum dürfen sich nur wenige Milligramm des Wasserstoffs aufhalten, den man fusionieren will – sonst nichts. Fortschritte in den Materialwissenschaften, wachsende Kenntnisse zu Supraleitern und die moderne Plasmaforschung haben dazu beigetragen, dieses Problem (fast) zu lösen.

Möbiusband oder Donut? ▲

Der klassische Tokamak wie am Max-Planck-Institut (MPI) in München-Garching erinnert im Modell an einen großen Donut [3] (Abb. 1, links). Es ist heute der häufigste Forschungsreaktor-Typ. Der britische Nobelpreisträger J. J. Thomson dachte als erster daran, den Plasmaeinschluss mit starken Magnetfeldern so zu bewerkstelligen. Die toroidale Form ermöglicht den effizientesten Einschluss – für eine Kugelform ließe sich kein stabiles Magnetfeld herstellen und bei einer „Wurst“ würde sich das Plasma an beiden Enden entladen.

Was anfangs einfach erschien, stellte sich mit der Zeit – ähnlich wie beim Brennstoff – als wesentlich komplexer heraus. Im Bereich der Plasmaphysik gibt es Nicht-Linearitäten, die eine Skalierbarkeit und Reproduzierbarkeit immer wieder in Frage stellen – daran haben die Plasmaforscher nach wie vor „zu knabbern“ (➥ Ist Kernfusion die Lösung? Teil I: Brennstoffe und Strahlung, Erster Reaktor 2028?). Die negativ geladenen Elektronen des Plasmas und die positiven Atomkerne interagieren jeweils anders mit den Magnetlinien. Außerdem entsteht durch die „Biegung“ zum Ring in der Teilchenbewegung ein Drall, der durch zusätzliche bzw. besonders geformte Magnetfelder korrigiert werden muss. Neben dem ringförmigen Magnetfeld setzt man dazu ein poloidales (senkrecht verlaufendes) Magnetfeld ein (vgl. Abb.2). Weitere Magnetfelder sorgen z.B. dafür, den Divertor (Umlenker) anzusteuern, der u.a. Spuren störender Fremdstoffe und künftig das Fusionsergebnis 4Helium („Asche“) aus dem Plasma entfernen soll. Der Divertor oder Abscheider hat letztlich eine ähnliche Funktion wie die Ablassschraube an der Ölwanne eines Verbrennermotors, wenn auch ungleich komplexer.

Um die Teilchen „bei der Stange zu halten“ kann ins elektrisch leitende Plasma mit einem großen, mittigen Transformator ein Stromfluss induziert werden (Tokamak), man kann aber auch zusätzliche äußere Magnetfelder aufbauen wie beim Stellarator. Beim Tokamak hat man ein Problem: Die Spannung muss sich permanent ändern, um die Induktion aufrecht zu erhalten [8], deswegen wird der Tokamak ITER – das internationale Vorzeigeobjekt im südfranzösischen Cadarache – nur gepulst betrieben werden. Man könnte auch einfach formulieren: der Ofen geht immer wieder aus und muss neu angeheizt werden. Der Pulsbetrieb stellt durch seine wechselnden Belastungen besondere Ansprüche an Steuerung und Material [9].

Komplexes Design für den Dauerbetrieb ▲

Der Stellarator [10] scheint für den Dauerbetrieb eher geeignet zu sein, allerdings auf Kosten erheblicher zusätzlicher Komplexität. Hier wird der Einschluss nur durch äußerlich einwirkende Magnete erzielt, im Plasma selbst fließt kein Strom.

Das Design der 50 etwa 3,5 Meter hohen komplexen Magnetspulen aus Niob-Titan des Greifswalder Stellarators wurde in der Vergangenheit mehrfach überarbeitet.

Erst moderne Rechenkapazitäten und KI ermöglichten die heutige Optimierung [11]. Die Magnetspulen (Abb. 4) müssen sehr hochwertig gefertigt und millimetergenau, exakt ausgerichtet werden, was eine Wartung schwierig und teuer macht (Zum Thema Wartung: ➥ Ist Kernfusion die Lösung? Teil I: Brennstoffe und Strahlung). Trotz allem sehen Experten im Stellarator-Modell inzwischen mehr Chancen als für den Tokamak.

Die Greifswalder Forscher glauben naturgemäß fest, dass dem Stellarator die Zukunft gehört. Dessen Aufbau erinnert an ein dreidimensionales, mehrfach gefaltetes Möbiusband (Abb. 1, rechts). In Europa wurde bisher nur ein Forschungsreaktor dieses Typs gebaut, eben der Wendelstein X-7 in Greifswald [12]. Der Durchmesser des Versuchsreaktors beträgt 11 Meter [13]. Man hat am 22. Mai 2025 bewiesen, dass mit diesem Reaktortyp ein Dauerbetrieb möglich sein wird: das 30 Millionen Grad heiße Plasma konnte 43 Sekunden lang aufrecht erhalten werden [14]. Probleme machen noch die Isolation (die Magnetspulen „heizen“ sich auf und verlieren die Supraleitfähigkeit), Plasmaverluste (Randturbulenzen führen zum permanenten „Verlust“ von Wasserstoff-Atomen) und die thermische Belastung des Divertors. Die Wissenschaftler gehen aber davon aus: wenn das Plasma 10 Minuten aufrecht erhalten werden kann, dann kann man das theoretisch auch für Stunden und Tage ma­chen [15]. Man hofft, diese Grenze 2025 oder 2026 zu überschreiten. Im Fokus stehen momentan aber höhere Heizleistungen, ein Austesten der Graphitwände, die Erforschung der turbulenzgesteuerten Transportprozesse im Plasma und die Abfuhr von Wärme und „Teilchen“.

Vakuum, Mikrowelle und Supraleitung ▲

Zu Beginn eines Testlaufs pumpen extrem laute Vakuumpumpen alles aus dem Reaktorgefäß, soweit es geht. Schon wenige Spuren von „Schmutz“ könnten den Aufbau des Plasmas stören. Zu Beginn des Anheizens werden in das Plasmagefäß wenige Milligramm Wasserstoff injiziert. Die Masse des eingeschlossenen Plasmas beträgt nur 5 bis 30 Milligramm, die sich auf ein Volumen von etwa 30 Kubikmetern verteilen [16]. Riesige Mikrowellen-Generatoren induzieren Wärmeenergie ins Plasma, in Garching verwendet man zusätzlich den mittigen Transformator und die „gute, alte Ohm’sche Heizung“ [17]. Die Plasmateilchen selbst „zappeln“ schließlich mit Geschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Sekunde im Ring herum, ohne dabei insgesamt einer eindeutigen Richtung zu folgen [18]. Durch die hohe Temperatur wird trotzdem ein Druck von 1 Bar erreicht [19]. State of the Art sind heute 3 x 3,2 mm kleine tiefgefrorene „Wasserstofftabletten“, die permanent über einen Injektor ins Plasma geschossen werden [20] (Abb. 6).

Irgendwann ist der Zeitpunkt erreicht, an dem die Ionen mit ausreichend Energie aufeinanderprallen und einige verschmelzen (Durchbrechen der Coulomb-Barriere). Dabei entsteht u.a. Wärmeenergie, die durch das Tauschsystem im Blanket (Divertor) abgeführt und mit Dampfturbinen in Elektrizität verwandelt werden soll – so die Konzeption. Die Temperatur im Reaktor ist rund zehnmal höher als im Inneren der Sonne und zwischen Plasma und Raumtemperatur liegen nur ca. 50 Zentimeter. Im Fusionsreaktor werden die höchsten Temperaturen des gesamten Sonnensystems erzeugt. In den wenige Zentimeter dahinter liegenden Magnetspulen (Abb. 7) herrschen dagegen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, das sorgt für Supraleitfähigkeit. Die Kupferleitungen im Inneren werden von flüssigem Helium umspült [21]. Wenn einmal der Strom fließt, wird Energie nur noch für die Kühlung der Spulen benötigt.

Um die 50 jeweils etwa 150 Tonnen schweren Magnetspulen des Stellarators Wendelstein 7-X in Greifswald auf die benötigten 4,5 K (-268,65 Grad Celsius) zu kühlen, werden etwa 49 Mega­watt­stun­den an Energie benötigt. Um die Temperatur dann zu halten, sind „nur noch“ etwa 10 bis 100 KW elektrische Leistung erforderlich [22].

Es gibt zwar bereits sogenannte Hoch­tem­pera­tur­supra­leiter, die auch bei höheren Temperaturen supraleitend sind – z.B. BSCCO (Bi2Sr2Ca2Cu3O10) oder YBCO (YBa2Cu3O7). Diese haben aber technische Einschränkungen: sie sind schlecht formbar (spröde, da Keramik), benötigen extremen Druck oder die benötigten magnetischen Flussdichten können mit ihnen nicht erreicht werden [23].

Mini-Bomben mit Laserzündung? ▲

Neben den beiden klassischen Ansätzen – dem Tokamak und dem Stellarator – werden seit einigen Jahren viele weitere Ideen zur Kernfusion verfolgt. Einer dieser Ansätze will in einem Pulsbetrieb kleine Wasserstoffbomben zünden: Millimeterkleine Wasserstoff-Pellets [24] werden in ein Gefäß befördert und mit starken Lasern beschossen, bis es zu einer Verschmelzung kommt – der sogenannten Trägheitsfusion [25]. Allerdings benötigen die Laser zum „Anheizen“ sehr viel Energie – so viel, dass ein wirtschaftlicher Betrieb noch weit außer Reichweite scheint [26]. Die Laser müssten wesentlich effizienter werden und z.B. zehn „Schüsse“ pro Sekunde abgeben, um dauerhaft Energie zu gewinnen. Diese Taktung wäre so schnell, dass sie – vergleichbar einem herkömmlichen Explosionsmotor – zu einer scheinbar gleichmäßigen Energieerzeugung führte [27]. Für ein Brutkonzept zur Erzeugung von Tritium fehlen hier allerdings noch jegliche Konzepte [28]. Diese Lösung wird derzeit in den USA vermutlich deshalb favorisiert, weil sie sich so oder so militärisch verwerten lässt: Das Militär hat großes Interesse an hocheffizienten Lasern und genauso an „Mininukes“ auf H-Bomben-Basis [29].

Das amerikanische Unternehmen Gauss Fusion will bis Anfang der 40er Jahre für 20 Milliarden Euro ein Kraftwerk bauen [30]. Auch die deutschen Firmen Focused Energy und Marvel Fusion setzen auf die Laserfusion. Die Münchner Marvel Fusion GmbH verspricht ein erstes Kraftwerk als Prototyp sogar bis 2033 [31]. Das Unternehmen First Light Fusion wurde in England gegründet [32]. Dort will man das fallende Wasserstoffpellet von oben mit einem „Projektil“ beschießen: Durch die Wucht des Aufpralls soll der Wasserstofftropfen stark zusammengepresst und die Atome sollen zur Fusion gebracht werden. Ein „Vorhang“ aus Lithium rund um die Fusionskammer soll die Neutronenstrahlung „absorbieren“ und Tritium erbrüten. Dieser Ansatz führe zu preisgünstigeren Kraftwerken, heißt es. Das kanadische Unternehmen General Fusion setzt auf das Konzept der Magnetized Target Fusion (MTF), bei der eine hohle, rotierende Kugel aus flüssigem Metall schockartig zusammenpresst wird, nachdem man Wasserstoff-Plasma injiziert hat. Ein erster Testreaktor soll schon laufen [33].

Bor statt Tritium? ▲

Einige Unternehmen wollen keine D-T-Reaktion, sondern Bor mit Wasserstoff beschießen. Vorteil: Bei der Fusion (und dem anschließenden Zerfall in Helium) entstünde theoretisch keine Neutronenstrahlung – in der Praxis allerdings schon. Hierfür sind deutlich höhere Temperaturen erforderlich als bei der Wasserstoff-Fusion. Forschern des Unternehmens TAE Technologies um Magee soll es 2023 erstmals gelungen sein, am Large Helical Device (LHD, Abb. 5), dem weltweit nach Wendelstein 7-X zweitgrößten Stellarator, Bor mit Wasserstoff zu verschmelzen [34]. Der Claim des Unternehmens lautet vollmundig „Saubere Energielösungen für eine glänzende Zukunft“, doch treten auch bei der Bor-Wasserstoff-Reaktion Gamma- und Röntgenstrahlung auf, in einer Nebenreaktion entsteht auch Neutronenstrahlung. Auf geschilderte Weise wird so das umgebende Material „aktiviert“ (➥ Neutronenstrahlung: Wir haben da ein Problem). Bei einer weiteren möglichen Nebenreaktion entsteht zusätzlich radioaktiver Kohlenstoff (11C, Halbwertszeit 20 Minuten) und bei Verunreinigungen werden weitere radioaktive Nuklide erzeugt. Gewisse Spuren anderer Elemente im Plasma lassen sich nie hundertprozentig ausschließen.

Der deutsche emeritierte Professor Heinrich Hora und sein australischer Kollege Warren McKenzie haben das Unternehmen HB11 gegründet, das Wasserstoff-Plasma (Proton) und Bor verschmelzen will [35].

Wie holen wir die Energie da raus? ▲

Häufig hört man die kopfschüttelnde Kritik, wir würden mit der stärksten Kraft des Universum am Ende nichts anderes anfangen, als Wasser heiß zu machen [38]. Ingenieure sind – anders als der Astrophysiker Harald Lesch – eher froh, „dass wir zumindest auf dieser Seite eine Technologie nutzen, die wir wirklich vollends verstanden haben“ [39] und sehen in der Stromerzeugung durch Dampfturbinen eher einen Pluspunkt, selbst wenn bei der Umwandlung in Elektrizität Verluste auftreten. Das altbewährte Prinzip – seit 150 Jahren bekannt und funktionabel mit einem vernünftigen Wirkungsgrad von bis zu 50% [40] – ist das gleiche wie bei Atomkraftwerken, man hat damit jahrzehntelange Erfahrungen.

Dennoch bleibt es unbefriedigend, wenn die Hälfte der Fusionsenergie als Abwärme „verplempert“ wird [41]. Diese Abwärme trägt übrigens – wie Industrieabwärme allgemein – zur Erwärmung unserer Atmosphäre bzw. Gewässer geringfügig bei. Es ist immerhin genug, um – anders als vielfach behauptet und wiederholt – sagen zu können, Fusionsenergie ist nicht vollkommen klimaneutral.

Ginge das nicht eleganter, direkter? Doktorant Thun in Greifswald erwähnt eine Idee, Strom direkt über Induktion aus dem Plasma zu gewinnen: Magnetohydrodynamische (MHD-) Generatoren können eine elektrische Spannung abgreifen, wenn ein elektrisch leitendes Plasma gezielt durch ein starkes Magnetfeld strömt. Theoretisch ließen sich damit bessere Wirkungsgrade erzielen als mit Dampfturbinen.

Leider gibt es auch hierzu in der Praxis viele ungelöste Probleme: Das Plasma im Fusionsreaktor strömt nicht in eine Richtung, eine solche gezielte Strömung könnte sogar den Plasmaeinschluss stören. Ein MHD-System könnte mit seinen zusätzlichen Magnetfeldern die vorhandenen Felder durch Interferenzen beeinflussen und damit die Stabilität des Wasserstoff-Plasmas gefährden. Die gewonnene Fusionsenergie besteht hauptsächlich aus Wärme und Neutronenstrahlung, die ein MHD-System nicht verwerten kann. Der Wirkungsgrad von MHD-Generatoren liegt derzeit nur bei 10-20%. Die MHD-Elektroden zum Abführen der Spannung müssten Temperaturen von 100 Millionen Grad aushalten, was nicht möglich ist [42].

Ein anderer spannender Ansatz wird am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erforscht. Das Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR) am KIT entwickelt unter anderem Konzepte zur Wandlung von Neutronenstrahlung in elektrische Energie. Ziel ist es, Materialien zu finden, die bei Neutronenbeschuss Ladungsträger freisetzen oder Temperaturgefälle erzeugen und dann durch thermoelektrische Effekte Strom liefern könnten. Die Kombination aus Wolfram mit nanostrukturierten keramischen Einschlüssen – z.B. Siliziumkarbid (SiC) oder Bismut-Tellurid-Nanopartikel (Bi2Te3) – gilt derzeit als besonders aussichtsreich [43]. Eine Hülle aus solchem Material um den Torus könnte dann die Neutronenstrahlung aus der Kernfusion direkt in Strom wandeln, vergleichbar einem Solarpaneel.

Auch australische Forscher des erwähnten Unternehmens HB11 wollen direkt Strom aus dem Reaktor gewinnen, ohne Umweg über Dampfturbinen. Der Wirkungsgrad soll bei dieser Methode bei 90% liegen. Bei der geplanten Wasserstoff-Bor11-Reaktion werden positiv geladene Heliumkerne frei. „Diese sind elektrisch positiv geladen und bestrebt, die fehlenden vier Elektronen zurückzubekommen. Wenn man diese Elektronen elektrische Arbeit verrichten ließe, ehe sie wieder auf die Umlaufbahn um den Heliumkern einschwenken, hätte man einen perfekten Stromerzeuger“ [44]. Der Unternehmens-Mitbegründer Professor Heinrich Hora verspricht einen Reaktor-Prototypen für 2030, obwohl bisher alles nur Theorie ist.

Sicherheit ▲

Anders als bei Kernreaktoren gibt es beim Fusionsreaktor nicht die Gefahr eines Super-GAUs, wenn die Kühlung versagt. Es finden ja keine Kettenreaktionen statt. Erwärmen sich die supraleitenden Magnetspulen minimal, bricht das Magnetfeld sofort zusammen und das Plasma erlischt in Sekundenbruchteilen [45]. Das Plasma kühlt ab und wird zu Gas. Eine Notabschaltung kann durch „Ablassen“ des harmlosen Edelgases Helium erfolgen, dass die Magnetspulen kühlt.

Auch wenn es nur wenige Milligramm sind – es muss verhindert werden, dass gefährliches, radioaktives Tritium beim geplanten oder ungeplanten Abriss des Plasmastroms in die Umwelt gelangt. Wenn Tritium in den Organismus kommt, sind schwere Zellschäden durch Alphastrahlung die Folge. Dies setzt für Reaktoren wie ITER, wo D-T-Reaktionen stattfinden werden, entsprechende aufwendige Sicherheitsmaßnahmen voraus. Tritium stellt – wie in Teil I dargestellt – allgemein ein erhöhtes Sicherheitsrisiko dar. Es diffundiert selbst Stahl oder Aluminium. Erbrüten, Abtrennen, Transport und Isotopentrennung sind daher technisch schwierig und gefährlich. Zwar besteht eine einzelne Plasmaladung nur aus etwa 30-50 Milligramm (15-25 Milligramm Tritium), doch pro Jahr rechnet man im Dauerbetrieb (Gigawattbereich) mit einem Bedarf von 70 Kilogramm Tritium. Dies ist schon eine erhebliche Menge, die das derzeit weltweite Vorkommen weit übersteigt [46]. Eine dauerhafte Leckage – auch durch unerkannte Diffusion – könnte zu einer erheblichen Gefahr für Mensch und Umwelt werden. Jeder Ingenieur weiß: Kein System ist in der Praxis perfekt.

Das anerkannt größte Sicherheitsrisiko stellt aber die energiereiche Neutronenstrahlung dar, die bei der Verschmelzung von Deuterium und Tritium in erheblichem Maße entsteht. Die aktuellen Blanket-Konzepte sehen eine Abschirmung vor bzw. Nutzung der Neutronenstrahlung für das Erbrüten von Tritium. 5-10% der Strahlung werden jedoch trotzdem in das Reaktorgebäude gelangen, mit allen bekannten negativen Wirkungen. Darüber hinaus ist mit allen anderen Strahlungsarten zu rechnen: Gammastrahlung, Röntgenstrahlung (Bremsstrahlung), Alpha- und Betastrahlung. Insbesondere Neutronen- und Gammastrahlung verändern die Materialien des Reaktors – vom Plasmagefäß bis zu den hochspezialisierten Steuergeräten und Sensoren, die eine Vielzahl von teils seltenen Elementen enthalten. Die Schäden können nur statistisch bewertet werden. Wann z.B. ein Sensor genau versagen wird, lässt sich im konkreten Fall nicht exakt vorhersagen, sondern nur einschätzen. Daher ist stets ein gewisses Ausfallrisiko vorhanden, das die vielbeschworene Grundlastfähigkeit des Fusionsreaktors in der Praxis in Frage stellen könnte.

Auch bei der Kernfusion wird jede Menge Atommüll produziert [47], wenngleich im Schnitt mit kürzeren Halbwertszeiten als in einem Atomreaktor. Nach 100 Jahren – so wird im Schnitt argumentiert – sind die meisten der durch Neutronenstrahlung „aktivierten“ oder durch Neutroneneinfang veränderten Materialien radioaktiv abgeklungen. Einige Metalle wie der Stahl der Trägerstruktur bilden aber auch langlebigere Isotope. Ein Beispiel wären Blanket-Platten aus Li2TiO3 – durch Neutroneneinfang können sich Titanisotope bilden, die radioaktiv sind und im ß-Zerfall zu Vanadium werden. Vanadium kann wiederum durch Neutroneneinfang u.a. das sehr langlebige Isotop 50V bilden (Halbwertszeit 1,4 * 1017 Jahre) [48]. Die Folgen der Neutronenstrahlung sind komplex und die Reihen der möglicherweise entstehenden Isotope noch nicht vollständig begriffen. Gerne spricht man von vernachlässigbar kleinen Mengen. Die Müllfrage wird in der öffentlichen Diskussion oft heruntergespielt durch Vergleich mit Kernreaktoren – ein echter Vergleich müsste aber herkömmliche Kraftwerke und die Erneuerbaren einschließen, wo wirklich keinerlei strahlender Abfall erzeugt wird.

In jedem Fall entsteht durch den Neutronenbeschuss in einem Fusionsreaktor ein vielfältiges radioaktives Isotopengemisch und darunter können dann auch langlebigere, gefährliche Strahler sein. Dieser „Müll“ bzw. die spröde gewordenen Bauteile des Reaktors müssen nach einiger Betriebsdauer (in Greifswald spricht man von 2-3 Jahren) entfernt und für Jahrzehnte sicher gelagert werden. Mit dem Abbau, Transport und der Lagerung sind für die Beteiligten und die Umwelt immer gewisse Risiken verbunden.

Und nun? ▲

Auch wenn die sehr komplexe und damit teure Technologie vielleicht nicht überzeugt, ist es wichtig, dass Deutschland in der Grundlagenforschung weltweit mitmischt und Knowhow entwickelt. Im Bereich der Materialwissenschaften, der praktischen Kernphysik, beim Umgang mit Plasma und Neutronenstrahlung, im Maschinenbau sind Erkenntnisse und Neuentwicklungen wichtig fürs Land. Es ist sicher gut und richtig, in diesen Bereichen international nicht den Anschluss zu verlieren, auch wenn Strom aus Kernfusion keine Zukunft haben sollte. „Andere Technologien sind billiger und schneller als Kernfusion“, kritisiert z.B. Claudia Kemfert, Energieexpertin beim Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) [49]. Was anfangs als einfache Idee erschien, wird auch in Zukunft immer komplexer werden – und damit störanfälliger. Hinzu kommt, dass durch Dezentralisierung der Elektrizitätsversorgung und eine Diversifizierung der Stromerzeugung das Argument „Grundlast“ in einigen Jahrzehnten möglicherweise keine Rolle mehr spielen könnte [50].

Es gibt heute bereits zahllose Ansätze zu einer lokalen Energieerzeugung. Mit solchen „Kraftwerken“ kann vielleicht kein Aluminiumwerk betrieben werden, aber potentiell der eine oder andere Privathaushalt (Beispiele: ➥ Energie einfach aus der Luft – endlich). Da werden Solarfarben für Fassaden oder Zäune entwickelt mit einem Wirkungsgrad von 5% [51], triboelektrische Nanogeneratoren (TENG) wandeln jede Berührung, jeden Windstoß oder Regentropfen in Energie. Selbst Fußgänger oder Meeresbrandung lassen sich so zur Energiegewinnung nutzen [52]. Osmotische Kraftwerke können den Druckunterschied zwischen Süß- und Salzwasser an Flussmündungen zur Erzeugung von Strom verwenden [53]. In diese Richtungen Innovation zu fördern und Erkenntnisse aus der Forschung schneller in Produkte zu verwandeln, wäre eine wichtige Aufgabe von Politik.

Wir haben schon einen Fusionsreaktor, den wir täglich genießen, der auf der Erde keinen radioaktiven Abfall erzeugt, keine Strahlungsgefahr mit sich bringt und dessen Hitze nicht mit Hilfe von Technik aus dem 19. Jahrhundert (Dampfturbinen) in Strom übersetzt werden muss: unsere Sonne. Wir machen aus dem Licht unseres Zentralgestirns mit Solarelementen direkt und indirekt mit Windturbinen Strom, eine technisch deutlich modernere Form der Energieerzeugung. Schon 1999 hatte die weltweit erzeugte Elektrizität aus Erneuerbaren die Kernenergie überholt [54]. Kernenergie – und damit auch Kernfusion – ist möglicherweise ein Auslaufmodell, sagt der Trend. Neuerdings werden weltweit große Wasserstoff-Vorkommen im Boden vermutet. Wenn sich das bewahrheitet, ist auch die Grundlastversorgung in Zukunft kein Thema mehr [55].

Heutige Solarpanels haben zwar nur einen Wirkungsgrad von 6 bis 23% [56], da die Strahlungsquelle aber quasi unerschöpflich zur Verfügung steht [57], spielt dieser in der Praxis keine Rolle. Die Photosynthese der Pflanzen, die alle Menschen und Tiere auf dem Planeten mit Sauerstoff und Nahrung versorgt (und mit Kohle und Öl), hat nur einen Wirkungsgrad von einem Prozent.

Wenn man die Energieversorgung dezentraler organisierte, würden auch weniger Netzentgelte nötig und damit sänken die Preise. Die Stromspeichertechnik hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Die 200 Mio € des Bundes, die jährlich in die Kernfusion fließen [58], könnten zum Teil vielleicht besser in die Digitalisierung von Energienetzen investiert werden [59]. Auch in diese Richtung zu forschen, sollte am Ende deutlich mehr bringen, als wenn wir krampfhaft versuchen, die Sonne auf die Erde zu holen.

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[1] Der britische Nobelpreisträger J.J. Thomson lies sich 1946 als erster ein System patentieren, das vorsah mit Magnetspulen und Ringströmen Plasma zu kontrollieren. Er versuchte sogar, durch hochfrequente Wellen Deuterium zu erhitzen – (ME) S. 5. ▲

[2] Die genaue Temperatur hängt vom Gas und vom Druck ab. Um aus Deuterium und Tritium ein vollständig ionisiertes Plasma herzustellen, sind Temperaturen von über 10.000 Grad Celsius erforderlich – base.bund.de: Wie funktioniert die Kernfusion? Im Plasma lösen sich die Elektronen von den Atomkernen (man spricht dann von Ionen oder Alphateilchen), wenn die Bewegungsenergie höher als die Bindungsenergie wird. Die Teilchen sind somit positiv oder negativ geladen und bewegen sich spiralförmig um Magnetlinien (Lorentzkraft). Die Temperatur von Elektronen und Ionen kann durchaus unterschiedlich sein. Zur Messung verwendet man speziell entwickelte Laser-Detektoren, welche die Thomson-Streuung durch das Plasma bestimmen. Diese ist proportional zur Temperatur – scienceinschool.org: Ein Thermometer, das bis 200 Millionen Grad geht. ▲

[3] Witz: „Tokamak“ ist aus der Apachensprache und bedeutet: „Heißer Geist, der niemals bleibt“ 😀. Aber der Begriff „Tokamak“ stammt auch nicht aus dem Japanischen, wo „Takamari“ soviel bedeutet wie „steigende Spannung“. Der Begriff ist vielmehr eine russische Abkürzung für „Toroidalnaya Kamera Magnitnaya Katuschka“ (Тороидальная Камера с Магнитными Катушками), auf deutsch etwa: „Toroidale Magnetspulen-Kammer“. Der erste derartige Magnetring wurde ab 1950 von Andrej Sacharow und Igor Tamm in der UdSSR entwickelt. ▲

[4] Stand: Juli 2025. nucleus.iaea.org: Fusion Device Information System. ▲

[5] heise.de: Chinesischer Fusionsforschungsreaktor hält 18 Minuten lang 100 Millionen Grad, (NO) 5:40 min – 30 Nationen. ▲

[6] (NO), 6:05 min. ▲

[7] Das Plasma konnte für die DT-Reaktion 5,2 Sekunden lang aufrecht erhalten werden – ipp.mpg.de: Kernfusion: Europäisches Experiment erzielt Energierekord. ▲

[8] (JG), 9:27 min, (HZ), 41:18 min. ▲

[9] ITER soll in Pulsen von etwa 15 Minuten arbeiten – n-tv.de: Plan der neuen Koalition – Kann Deutschland den ersten Fusionsreaktor der Welt bauen? Wikipedia gibt die geplante Pulsdauer mit 400 sec an = 6,67 min – wikipedia.org: Wendelstein 7-X, Grundlagen und Ziele des Projekts. Schwachpunkt bzw. Bruchstelle ist der Divertor, er könnte bei ITER die zehnfache Wärmelast eines Space Shuttles erfahren – olcf.ornl.gov: To predict the impact of removing exhaust heat from the ITER tokamak, researchers call on Titan. ▲

[10] Der Begriff „Stellarator“ hat keine technische Bedeutung wie der des „Tokamak“. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort „stella“ (= Stern) und dem englischen „generator“ (= Erzeuger) ab. Wörtlich übersetzt bedeutet er also „Erzeuger von Sternenergie“ – energyencyclopedia.com: Construction and Working Principle of Stellarator. ▲

[11] In Greifswald setzte man bei der Formung der kompliziert geformten Magnetringe des Stellarators auf Künstliche Intelligenz – (TT). ▲

[12] Die Anlage ist noch vor dem Large Helical Device in Japan die weltweit größte Forschungsanlage vom Typ Stellarator – wikipedia.org: Wendelstein 7-X. Wenn man in der Betriebshalle steht, erscheint einem der Stellarator dennoch klein – man denke an die Millionen Grad des Plasmas, die Mengen an Energie, die extrem kalten supraleitenden Magneten. Und verglichen z.B. mit den Ausmaßen einer gewöhnlichen Ölraffinerie. ▲

[13] wikipedia.org: Wendelstein 7-X. ▲

[14] telepolis.de: Meilenstein für die Kernfusion: Wendelstein 7-X stellt neuen Weltrekord auf, scinexx.de: Kernfusion: Neuer Rekord für Wendelstein 7-X, heise.de: Wendelstein 7-X stellt neuen Fusionsrekord auf. Der Titel bei Heise ist, wie vieles in der Berichterstattung über Kernfusion, irreführend. Für den Wendelstein 7-X sind gar keine Fusionen geplant, es geht hier nur um die Aufrechterhaltung des Plasmaeinschlusses. ▲

[15] (TT). Da im Forschungsbetrieb keine Energie gewonnen wird, ist ein tagelanger Dauerbetrieb nicht geplant. Denn dieser benötigt viel Energie, die in Mecklenburg-Vorpommern übrigens überwiegend von den Erneuerbaren kommt: Rund 75 % des in diesem Bundesland erzeugten Stroms stammen von Wind, Sonne und Biomasse – boell-mv.de: Energiewende: Chance für Mecklenburg-Vorpommern. ▲

[16] wikipedia.org: Wendelstein 7-X. ▲

[17] An einem elektrischen Widerstand – beim Tokamak das Plasma – entsteht Wärmeenergie nach der Formel Q = P*t. Q ist die Wärmeenergie in Joule (J), P die elektrische Leistung in Watt (W) und t die Zeitdauer in Sekunden (s). ▲

[18] Vgl. (HZ), 24:40 min. Dabei bewegen sich Elektronen und Ionen unterschiedlich schnell, was die Berechnung von Plasma-Turbulenzen zusätzlich erschwert – vgl. auch olcf.ornl.gov: To predict the impact of removing exhaust heat from the ITER tokamak, researchers call on Titan. ▲

[19] (TT). ▲

[20] Der Pellet-Injektor wurde am Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums in Tennessee entwickelt – heise.de: Wendelstein 7-X stellt neuen Fusionsrekord auf. Pro Sekunde werden im laufenden Betrieb zwei Pellets eingeschossen, um die Verluste durch Ablation, abwandernde Partikel und Ineffizienz auszugleichen. Auch Störungen durch sogenannte Edge Localized Modes (ELMs), Sägezahn­oszillationen (sawtooth crashes) oder Makroinstabilitäten wie Resistive Wall Modes können auftreten – allesamt nicht-lineare Faktoren, die eine Skalierung von Fusionsanlagen erschweren. ▲

[21] wikipedia.org: Wendelstein 7-X, Grundlagen und Ziele des Projekts. ▲

[22] Berechnungen des Bing Copilot, 29.06.2025. ipp.mpg.de: Wendelstein 7-X, bing.com: Energiebedarf Magnetspulen Stellarator Greifswald. ▲

[23] electricity-magnetism.org: Welche Materialien können als Supraleiter fungieren? ▲

[24] Die Pellets bestehen aus einem entsprechenden Gemisch aus Deuterium und Tritium – (HZ), 27:40 min. ▲

[25] US-Forscher hatten am 5. Dezember 2022 auf diese Weise erstmals Atomkerne verschmolzen – n-tv.de: Potenziell unendliche Energie – Brechen mit der Kernfusion „goldene Zeiten“ an? Die weltweit größte Anlage befindet sich in den USA: das National Ignition Facility in Livermore – (HZ), 53:05 min. ▲

[26] Bei Sensationsmeldungen, wonach bei dieser Methode erstmals mehr Energie erzeugt worden sein soll, als hineingeflossen ist, wurde diese Anheizenergie für die riesigen Laser nicht berücksichtigt. Den damaligen Angaben zufolge benötigte die Anlage etwa 300 Megajoule Energie, um zwei Megajoule Laserenergie zu liefern, die drei Megajoule Fusionsausbeute erzeugten – (JG111) und n-tv.de: Potenziell unendliche Energie – Brechen mit der Kernfusion „goldene Zeiten“ an? ▲

[27] (HZ), 28:10 min. ▲

[28] (JG110), 30:00 min. ▲

[29] Vgl. (HZ) 43:45 min. ▲

[30] So die Geschäftsführerin Milena Roveda – n-tv.de: Potenziell unendliche Energie – Brechen mit der Kernfusion „goldene Zeiten“ an? Wir erinnern uns: ITER soll 22 Milliarden Euro kosten. ▲

[31] bayern-innovativ.de: Marvel Fusion GmbH. ▲

[32] n-tv.de: Simpler Ansatz für Kernfusion – Löst dieser Krebs all unsere Energieprobleme? Das Unternehmen wurde 2011 von Nick Hawker und Yiannis Ventikos als Spin-Out der University of Oxford gegründet. ▲

[33] heise.de: Kanadisches Startup General Fusion erzeugt erstes Plasma, n-tv.de: Simpler Ansatz für Kernfusion – Löst dieser Krebs all unsere Energieprobleme? Der geplante 150-Megawatt-Reaktor nach dem MTF-Prinzip soll nur eine Milliarde Dollar kosten – der Forschungsreaktor ITER wird dagegen voraussichtlich 22 Milliarden Dollar benötigen. ▲

[34] forschung-und-wissen.de: Alternativer Brennstoff – Erstmals Bor-Wasserstoff-Fusion im Plasma ausgelöst. ▲

[35] edison.media: Jede Menge Strom aus dem HB11-Fusionsreaktor. Die Abkürzung „HB11“ steht für Wasserstoff (H) und das avisierte Bor-Isotop 11B. Die Wasserstoff-Bor-Reaktion ist streng genommen keine Fusion, sondern eine Kernspaltung: p + 11B ➜ 3 4He + 8,7 MeV. Neutronenstrahlung entsteht bei dieser Reaktion nicht, wohl aber Gammastrahlung. Es können Nebenreaktionen auftreten, bei denen dann doch Neutronen frei werden sowie in jedem Fall die als „Bremsstrahlung“ bekannte Röntgenstrahlung. Auch diese Strahlungsarten bewirken eine Aktivierung des Umgebungsmaterials, wenn auch in wesentlich geringerem Maße als bei der D-T-Reaktion – wikipedia.org: Proton-Bor-Fusion. ▲

[36] n-tv.de: Plan der neuen Koalition – Kann Deutschland den ersten Fusionsreaktor der Welt bauen, n-tv.de: Deutsches Energie-Startup – „Wollen Fusionskraftwerk bis 2038 am Netz haben“. Das internationale Fusionsprojekt DEMO soll ab 2040 starten – wikipedia.org: DEMO. ▲

[37] Einen Beleg dafür bietet Förderprogramm Fusion 2040 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung – bmbf.de: Förderprogramm Fusion 2040 – Forschung auf dem Weg zum Fusionskraftwerk. Bayern legt ein eigenes Fusionsförderprogramm auf. Der „Masterplan Kernfusion bündelt fünf essentielle Maßnahmen von Expertengremium über Ausbildungsoffensive, Bavarian Fusion Cluster mit Demonstrationskraftwerk, und Förderprogramm bis zu nationaler Gesamtstrategie“ – bayern.de: Bayern startet die Mission Kernfusion: Ministerpräsident Dr. Markus Söder und Wissenschaftsminister Markus Blume stellen Masterplan vor. Die Erforschung der Kernfusion an den Universitäten will Bayern mit 100 Millionen € fördern – br.de: Millionen für Fusionsforschung: „Masterplan“ oder „Luftschloss?“. Sind dieses Söder-Programm – wie auch Bayerns Raumfahrtambitionen – vergleichbar mit den Traumschlössern Ludwigs II.? ▲

[38] Harald Lesch zitiert aus (HL),  ▲

[39] (JG111), 6:22 min. Auch (TT) sinngemäß. ▲

[40] leifiphysik.de: Wärmekraftmaschinen, edison.media: Jede Menge Strom aus dem HB11-Fusionsreaktor. ▲

[41] n-tv.de: Deutsches Energie-Startup – „Wollen Fusionskraftwerk bis 2038 am Netz haben“. ▲

[42] wikipedia.org: Magnetohydrodynamik, MHD-Generator. erfinderclub-muenchen.de: Die Revolution des magnetohydrodynamischen Generators. ▲

[43] inr.kit.edu: Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik. ▲

[44] edison.media: Jede Menge Strom aus dem HB11-Fusionsreaktor. ▲

[45] (JG111), 22:00 min f. ▲

[46] Vgl. ➥ Ist Kernfusion die Lösung? Teil I: Brennstoffe und Strahlung, FN 22. ▲

[47] Gaßner vergleicht die Menge mit der eines Kernreaktors – (JG111), 22:43 min. ▲

[48] Ist Kernfusion die Lösung? Teil I: Brennstoffe und Strahlung, FN 45. ▲

[49] n-tv.de: Potenziell unendliche Energie – Brechen mit der Kernfusion „goldene Zeiten“ an? ▲

[50] (GJ), 34:28 min. ▲

[51] theconstructor.org: Solar Paint: Transforming Surfaces into Energy Generators. ▲

[52] scienceaq.com: Triboelectric Nanogenerator (TENG)—Sparking an Energy and Sensor Revolution. ▲

[53] de.solar-energy.technology: Blaue Energie oder osmotische Energie – Was ist das und wie funktioniert es? wikipedia.org: Osmosekraftwerk, ardalpha.de: Osmose-Kraftwerk –
Aus Fluss und Meer wird Strom. ▲

[54] ourworldindata.org: The world is getting more of its electricity from renewables but less from nuclear power. ▲

[55] spektrum.de: Liefert die Erde den Wasserstoff für die Energiewende? ▲

[56] regional-photovoltaik.de: Solarzellen Wirkungsgrad Tabelle: Alles über Effizienz und Entwicklung. ▲

[57] Ein paar Milliarden Jahre, welche die Sonne noch existiert, sind nach menschlichen Maßstäben unendlich. ▲

[58] Hinzu kommen noch Sonderprogramme wie Bayerns „Masterplan“, vgl. ➥ FN37. ▲

[59] So auch Heinz Smital, Atomexperte von Greenpeace – n-tv.de: Potenziell unendliche Energie – Brechen mit der Kernfusion „goldene Zeiten“ an? ▲

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Beitragsbild: ITER-Forschungsgelände im südfranzösischen Cadarache, ITER Organization/EJF Riche, 14.05.2025.

2011.1   Links: S. Li, H. Jiang, Z. Ren, C. Xu, CC BY 4.0, via Wikimedia CommonsMirke, 05.05.2025. Rechts: Max-Planck Institut für Plasmaphysik, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons, 05.05.2025.  ▲

2011.2   DaveBurke, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons, 03.06.2025.  ▲

2011.3   Members: Domestic Agencies, 22.07.2025.  ▲

2011.4   Mirke, 17.01.2025.  ▲

2011.5   National Institute for Fusion Science, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons, 28.07.2025.  ▲

2011.6   Mirke, 17.01.2025.  ▲

2011.7   Mirke, 17.01.2025.  ▲

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