Kernfusion zur Energieversorgung: Das Milliardenprojekt von Focused Energy

Wer an die Energieversorgung von morgen denkt, kommt an einer Frage nicht vorbei: Wie lässt sich eine resiliente, bezahlbare, verlässliche und nachhaltige Strom- und Wärmeversorgung schaffen, die Industrien wie Chemie, Stahl, Chipfertigung und Rechenzentren tragen kann?

Vor diesem Hintergrund hätte es angesichts der aktuellen Weltlage keinen besseren Zeitpunkt geben können, die 123. Wirtschaftsgespräche am Main einem Thema zu widmen, über das seit Jahrzehnten gesprochen wird: der Kernfusion. Markus Roth, Mitgründer und Chief Science Officer des Laserfusions-Start-ups Focused Energy, außerdem Professor für Laser- und Plasmaphysik an der Technischen Universität Darmstadt, skizzierte im Gespräch mit F.A.Z.-Herausgeber Carsten Knop das Potential der Kernfusion.

Roths Unternehmen gilt als einer der entschiedenen Treiber der Laserfusion. Bei anderen Kernfusionsprojekten steht ein dünnes, magnetisch eingeschlossenes Plasma im Vordergrund. Focused Energy aber setzt auf die ultrakurze, hochintensive Kompression winziger Brennstoffkügelchen durch Laser.

Zuletzt hat sich auch RWE zu dem Projekt bekannt: Der Energiekonzern ist mit zehn Millionen Euro eingestiegen, weil er einen realistischen Weg darin sieht, ehemalige Kraftwerksstandorte für Laserfusion zu nutzen, wie Focused Energy es auf dem Gelände des früheren Atomkraftwerks Biblis plant. Insgesamt hat das Start-up bereits knapp 200 Millionen Euro eingesammelt und beschäftigt rund 150 Mitarbeiter, davon laut Roth viele namhafte Fusionsforscher aus aller Welt.

Der Ausgangspunkt von Roths Argumentation: Eine nachhaltige Energieversorgung werde auch langfristig ohne grundlastfähige Kraftwerke nicht funktionieren, schließlich schwanke die Verfügbarkeit von Wind- und Sonnenenergie stark. Um das Problem über die Speicherung von Strom in Batterien zu lösen, wären Investitionen von gut 3,8 Billionen Euro notwendig. Das sei in absehbarer Zeit kaum möglich.

Die andere Möglichkeit: mehr nachhaltige Energie produzieren. Vor diesem Hintergrund setzte Roth die Kernfusion ins Verhältnis zu konventionellen Energiequellen: Für ein Gigawatt Leistung im Jahr benötigten die entsprechenden Kraftwerke etwa 21.000 Zugwaggons Kohle oder zehn Millionen Barrel Öl. Bei der Produktion von einem Gigawatt Strom in einem klassischen Kernkraftwerk falle ungefähr ein Zugwaggon voller Atommüll an.

Mittels Kernfusion hingegen könnte die gleiche Leistung mit lediglich 600 Kilogramm Wasserstoff erbracht werden. „Wenn Sie ein Wasserglas vollmachen mit flüssigem Wasserstoff, könnten Sie Ihr Haus seit Christi Geburt mit Strom versorgen“, sagte Roth. Das sei die Pointe der Fusion: „Wir entkoppeln Energieversorgung von Ressourcenbedarf.“ Zwar wird auch für die Herstellung von Wasserstoff Strom benötigt, dafür könnten allerdings die Überschüsse genutzt werden, die an besonders sonnen- und windreichen Tagen entstehen.

Roth ging auch auf Sicherheitsbedenken ein. Im Gegensatz zur Kernspaltung bestehe bei der Kernfusion nicht die Gefahr einer unkontrollierten Kettenreaktion. Zudem sei die Restwärme, die bei der Spaltung aus dem radioaktiven Zerfall entstehe, kein Problem, und es gebe keinen lange strahlenden radioaktiven Abfall.

Bei der Fusion verschmelzen leichte Wasserstoffisotope zu Helium. Der Brennstoff ist in der Reaktion vollständig gebunden, je Fusionsereignis sind es 2,5 Milligramm. Geht etwas schief, sinkt die Leistung, aber eine sich aufschaukelnde Kettenreaktion ist ausgeschlossen. Der Reaktor selbst werde zwar aktiviert, sagte Roth, doch die Materialwahl, etwa Stähle oder Vanadium, ziele darauf ab, dass Bauteile nach 50 bis 100 Jahren auf ein unkritisches Verstrahlungsniveau abklingen.

Historisch konkurrierten bei der Kernfusion zwei Wege, erläuterte der Physikprofessor weiter: einmal Magnetfusion, die ein sehr dünnes Plasma über starke Magnetfelder einschließt. Darum geht es etwa beim internationalen Großprojekt ITER in Südfrankreich, dessen Terminpläne sich allerdings noch bis 2039 ziehen. Ein „Management-Desaster von vornherein“ sei das, sagte Roth. Bei der Laserfusion dagegen werde kein dünnes, sondern ein „auf tausendfache Festkörperdichte“ komprimiertes Plasma eingesetzt, in dem die Reaktion rasend schnell abläuft: in einer Zehntelmilliardstelsekunde.

Deutschland habe jahrzehntelang fast ausschließlich auf die Magnetfusion gesetzt, sagte Roth, dies sei ein strategischer Fehler gewesen. Als in den Vereinigten Staaten der Durchbruch der Laserfusion gelang (2021 erfolgte die Zündung, 2022 wurde mehr Fusionsenergie gemessen, als der Brennstoff durch den Laserbeschuss absorbierte), sei das „für manche das bedeutendste Experiment des Jahrhunderts“ gewesen.

Focused Energy wurde vier Wochen vor jenem ersten Erfolg in Kalifornien gegründet und hat heute Standorte in der Bay Area, in Berlin und in Darmstadt. Demnächst wird, wegen der Kapriolen des US-Präsidenten, die deutsche GmbH zur Muttergesellschaft und die US-Inc die Tochter.

Für die hessische Landesregierung ist das Projekt in Biblis von strategischer Bedeutung: Sie hat sich das Ziel gesetzt, das Bundesland zum Leitstandort für Laserfusion zu machen, in Berlin ist die Fusion zudem Teil einer Hightech-Agenda.

Roth sagt, für die Verlagerung von Aktivitäten nach Deutschland hätten auch die verfügbaren ehemaligen Kraftwerksgelände gesprochen. In Biblis etwa gebe es nicht nur die erforderlichen Schienen und Kühlsysteme, sondern auch geeignete Fachkräfte. Man habe dort bereits das ehemalige Notkühlsystem von Block A und B übernommen, baue Lasersysteme ein. Bis Oktober soll das erste Laserlicht produziert werden.

Die Finanzierungsfrage ist trotz 200 Millionen Euro Risikokapital nicht endgültig gelöst. Das Pilotkraftwerk in Biblis, das Focused Energy in Partnerschaft mit einer RWE-Tochter aufziehen will, wird Roth zufolge insgesamt rund zehn Milliarden Euro kosten.

Focused Energy hatte sich vor gut einem Jahr mit dem Who’s who der deutschen Energie- und Optikindustrie in Biblis getroffen, um einen Plan auszuarbeiten, wie der derzeit ungenutzte Standort umfunktioniert werden könnte: RWE, Siemens Energy, Trumpf, Schott. Daraus soll nun ein Industriekonsortium werden, das den Bau eines Fusionskraftwerks „made in Germany“ vorantreibt.

Auch wirtschaftlich sei die Laserfusion der Magnetfusion überlegen, sagt Roth. Laser und Reaktorkammer seien getrennt. Im Betrieb ließen sich einzelne Laser-Module warten und tauschen, während das Kraftwerk weiterlaufe. Die Magnetfusion koste deutlich mehr. Derzeit baue man  Lasersysteme noch „wie Satelliten: hochpräzise“. Doch Deutschland müsse so weit kommen, sie „wie Autos“ herzustellen: in Serie. Man sei im Rennen um die skalierbare und industriell nutzbare Energiegewinnung aus Kernfusion „weit vorne“, sagte Roth. Es gelte nun, diese Position zu halten und schnell voranzukommen.