Durchbruch bei der Kernfusion – ein Meilenstein für die Zukunft der sauberen Energie

Beamte des US-Energieministeriums gaben am Dienstag eine historische Leistung auf dem Gebiet der Kernfusion bekannt: Zum ersten Mal haben US-Wissenschaftler mehr Energie aus der Kernfusion gewonnen als die Laserenergie, die sie zum Betrieb des Experiments verwendeten. Der so genannte „Netto-Energiegewinn“ ist ein wichtiger Meilenstein in einem jahrzehntelangen Versuch, saubere, unbegrenzte Energie aus der Kernfusion zu gewinnen – der Reaktion, die stattfindet, wenn zwei oder mehr Atome miteinander verschmolzen werden.

Bei dem Experiment wurden 2,05 Megajoule Energie in das Target eingebracht und 3,15 Megajoule Fusionsenergie erzeugt – das sind mehr als 50 % mehr Energie als eingebracht wurde. Dies ist das erste Mal, dass ein Experiment zu einem bedeutenden Energiegewinn führte. „Dieser monumentale wissenschaftliche Durchbruch ist ein Meilenstein für die Zukunft der sauberen Energie“, sagte der demokratische US-Senator Alex Padilla aus Kalifornien in einer Erklärung. Der Durchbruch wurde am 5. Dezember von einem Team von Wissenschaftlern in der National Ignition Facility des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien erzielt – einer Anlage von der Größe eines Sportstadions, die mit 192 Lasern ausgestattet ist. Energieministerin Jennifer Granholm nannte den Durchbruch am Dienstag einen „Meilenstein“.

„Mit der Zündung können wir zum ersten Mal bestimmte Bedingungen nachbilden, die nur in den Sternen und der Sonne herrschen“, sagte Granholm. „Dieser Meilenstein bringt uns einen bedeutenden Schritt näher an die Möglichkeit, unsere Gesellschaft mit kohlenstofffreier, reichlich vorhandener Fusionsenergie zu versorgen.“ Granholm sagte, dass die Wissenschaftler in Livermore und anderen nationalen Laboratorien Arbeiten durchführen, die den USA helfen werden, sich schnell in Richtung saubere Energie zu bewegen und eine nukleare Abschreckung ohne Atomtests aufrechtzuerhalten. „So sieht es aus, wenn Amerika die Führung übernimmt, und wir fangen gerade erst an“, sagte Granholm. „Wenn es uns gelingt, die Fusionsenergie voranzubringen, könnten wir sie zur Erzeugung von sauberem Strom, Kraftstoffen für den Verkehr, für die Schwerindustrie und für vieles mehr nutzen.“

Arati Prabhakar, Direktorin des Büros für Wissenschafts- und Technologiepolitik des Weißen Hauses, erzählte, wie sie als junge Wissenschaftlerin zu Beginn ihrer Karriere drei Monate in Lawrence Livermore an dessen Kernfusionsprojekt gearbeitet hat. Prabhakar reflektierte über die Generationen von Wissenschaftlern, die den heutigen Stand der Kernfusion erreicht haben. „Es brauchte nicht nur eine Generation, sondern Generationen von Menschen, die dieses Ziel verfolgten“, sagte sie. „Es ist ein Jahrhundert her, dass wir herausgefunden haben, dass die Kernfusion in unserer Sonne und allen anderen Sternen stattfindet. In diesem Jahrhundert waren so viele verschiedene Fortschritte nötig, die letztendlich dazu führten, dass wir diese Fusionsaktivität in einem Labor replizieren konnten.“

Wir sind noch sehr weit davon entfernt, dass die Kernfusion das Stromnetz mit Energie versorgt, warnen Experten. Das US-Projekt sei zwar bahnbrechend gewesen, habe aber nur genug Energie erzeugt, um etwa 2,5 Liter Wasser zum Kochen zu bringen, sagte Tony Roulstone, ein Fusionsexperte aus der technischen Abteilung der Universität Cambridge. Das mag nicht viel erscheinen, aber das Experiment ist dennoch von großer Bedeutung, denn die Wissenschaftler haben gezeigt, dass sie mehr Energie erzeugen können, als sie zu Beginn benötigt haben. Es sind zwar noch viele Schritte nötig, bis die Kernfusion kommerziell nutzbar ist, aber das ist eine große Hürde, die es zu überwinden gilt, sagen Experten.

Die Direktorin des Lawrence Livermore National Laboratory, Kim Budil, bezeichnete den Durchbruch ihres Labors am Dienstag als „fundamentalen Baustein“ auf dem Weg zu einer Stromerzeugung durch Kernfusion. Sie schätzte, dass es noch „ein paar Jahrzehnte“ dauern wird, bis es für die kommerzielle Nutzung bereit ist. „Ich denke, dass es in den Vordergrund rückt und wahrscheinlich mit konzertierten Anstrengungen und Investitionen ein paar Jahrzehnte der Forschung an den zugrunde liegenden Technologien uns in die Lage versetzen könnten, ein Kraftwerk zu bauen“, sagte Budil gegenüber Reportern. „Mit echten Investitionen und echter Konzentration kann dieser Zeitrahmen näher rücken.

Frühere Fusionsversuche, darunter auch einer im Vereinigten Königreich, haben zwar mehr Energie erzeugt, aber nicht annähernd so viel. So haben britische Wissenschaftler Anfang dieses Jahres eine Rekordenergie von 59 Megajoule erzeugt – etwa 20 Mal so viel wie bei dem Projekt in den USA. Dennoch wies das britische Projekt nur einen Energiegewinn von weniger als 1 Megajoule auf. Weder das US-amerikanische noch das britische Projekt „verfügen über die Hardware und die notwendigen Schritte, um Fusionsneutronen in Elektrizität umzuwandeln“, erklärte Anne White, Leiterin der Abteilung für Nuklearwissenschaft und -technik am MIT.

Budil sagte, dass sowohl die europäischen Fusionsprojekte, die mit Magneten arbeiten, als auch das US-amerikanische laserbasierte System nebeneinander arbeiten können, um die Fortschritte in der Fusion voranzutreiben. Granholm fügte hinzu, dass die Bundesregierung auch private Investitionen in die Kernfusion begrüße. Budil betonte, dass es in den kommenden Jahrzehnten noch viele weitere Schritte zu gehen gilt, bis die Kernfusionsenergie unser Licht zum Leuchten bringen und unser Wasser erwärmen kann.

„Ich möchte nicht den Eindruck erwecken, dass wir die (National Ignition Facility) an das Stromnetz anschließen werden; so funktioniert das nicht“, sagte sie. Roulstone wies jedoch darauf hin, dass große ehrgeizige Kernenergieprojekte irgendwo beginnen müssen: Im Jahr 1942 ließen Wissenschaftler in Chicago den ersten Kernspaltungsreaktor nur fünf Minuten lang laufen; 15 Jahre später ging in Pennsylvania das erste Kernkraftwerk in den USA ans Netz.