- „Fusion ist im Idealfall eine langfristige Alternative“
Kernfusion gilt vielen als Energiequelle der Zukunft. Doch wie realistisch sind die ambitionierten Versprechen von Politik, Forschung und Industrie? Der Kerntechniker Bruno Merk erklärt, warum der Weg zum kommerziellen Fusionskraftwerk noch deutlich länger sein könnte als häufig dargestellt.
Autoreninfo
Ulrich Gräber hat als Maschinenbauingenieur und Betriebswirt seit 1974 in der Kernkraftbranche gearbeitet. Er war unteren anderem Technikvorstand der EnBW Kraftwerke AG und Deutschlandchef des französischen Nukleartechnikkonzerns Areva. Demnächst erscheint sein Buch „Kniefall vor der Unvernunft. Der lange Schatten des Atomausstiegs“.
So erreichen Sie Ulrich Gräber:
Cicero Newsletter
Erhalten Sie täglich exklusive
Analysen und Hintergrundberichte
aus der Cicero Redaktion per E-Mail.
Obwohl Bundeskanzler Friedrich Merz den Ausstieg aus der Kernkraft für falsch hält, hat er ihn aufgrund der Entscheidungen der Vorgängerregierungen für irreversibel erklärt. Man hat jetzt den Eindruck, dass Politik, Wissenschaft und auch einige Unternehmen in Deutschland voll auf Kernfusion als Alternative zur Kernenergie setzen. Die Presse berichtete im Mai geradezu enthusiastisch über die Kernfusion-Projekte an den Standorten der Kernkraftwerke Biblis und Gundremmingen.
Mit dem Thema Fusion wird seit vielen Jahrzehnten die Hoffnung auf ein Ende aller Energieprobleme verbunden. Ich sprach hierüber mit Professor Dr. Bruno Merk. Er hält derzeit den von der Royal Academy of Engineering geförderten Chair in Emerging Technologies für die Kerntechnik des 21. Jahrhunderts an der University of Liverpool. Sein Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung neuer Technologien zum besseren Umgang mit Nuklearmüll, mit dem Ziel, ein Endlager für hochradioaktive Materialien zu vermeiden. Von 2015 bis 2020 hielt er die NNL/RAEng Forschungsprofessur für Computermodellierung in der Kerntechnik und war gleichzeitig Fellow für Reaktorphysik am National Nuclear Laboratory. Vor seiner Zeit im Vereinigten Königreich war er im Programm NUSAFE der Helmholtz-Gesellschaft für die Bereiche Waste Management und fortschrittliche Reaktoren zuständig. Er promovierte an der TH Karlsruhe in der Entwicklung mathematischer Methoden für die Simulation und graduierte an der TU München in Energie- und Kraftwerkstechnik.
Herr Merk, bevor wir tiefer in das Thema einsteigen, vielleicht erst einmal eine möglichst populärwissenschaftliche Erklärung der Grundlagen der Kernfusion und der wesentlichen Unterschiede zwischen Kernspaltungen und Kernfusion?
Grundsätzlich sind beides physikalische Kernumwandlungsprozesse, also die Veränderung von Atomkernen, die sehr viel Energie freisetzen, deutlich mehr als in chemischen Prozessen wie der Verbrennung von Öl oder Kohle. Fusion bindet zwei sehr leichte Kerne zusammen und setzt dadurch Energie frei, Spaltung trennt einen sehr schweren Kern in zwei Teile und setzt dadurch Energie frei, damit sind beide Prozesse erstmal eng verwandt. Die Fusion bildet die Reaktionen in der Sonne nach. Um erfolgreich zu sein, müssen wir nahe an die Temperatur und Druckverhältnisse der Sonne herankommen, das ist eine sehr große Herausforderung. Kernspaltung kann dagegen unter normalen Bedingungen auf der Erde stattfinden, es sind weder sehr hohe Drücke noch Temperaturen notwendig. Damit könnte man sagen, in vielen Bereichen haben Fusion und Spaltung ähnliche Probleme, aber die Herausforderungen in der Fusion sind noch deutlich höher als in der Spaltung.
Obwohl Forscher weltweit seit Jahrzehnten an Fusion arbeiten, existiert bislang kein kommerzielles Fusionskraftwerk. Werden aus Ihrer Sicht neben den rein wissenschaftlichen Aspekten auch die Herausforderungen der technischen Realisierung für die Energiegewinnung in Kernfusionskraftwerken ausreichend untersucht?
Die Kernfusion wird schon seit den 1950ern intensiv beforscht, zumeist geht es aber um die Demonstration der Machbarkeit, d.h. wie können wir die Reaktion gestartet bekommen und wie können wir die Reaktionskette aufrechterhalten. Als Energietechniker, das habe ich ursprünglich studiert, fehlt mir bei der derzeitigen Forschung das Thema: Wie ernten wir die Energie oder wie wandeln wir die freigesetzte Energie in nutzbare Energie, zum Beispiel Strom, um? Als Kerntechniker stellen sich mir die Fragen, wie werden wir die Brennstoffversorgung sicherstellen, denn zum Betrieb brauchen wir derzeit Tritium, ein radioaktives Wasserstoffteilchen, das bei der Fusion erschaffen oder, wie wir sagen, erbrütet werden muss. Tritium kommt nur in sehr geringen Mengen auf der Erde vor.
Damit haben wir zwei große, voneinander unabhängige Herausforderungen für die Realisierung eines Fusionskraftwerkes: das Ernten der Energie und die Versorgung mit Brennstoff, die beide mehr Beachtung verdienen würden. Es reicht eben nicht, die positive Energiebilanz der Fusion zu berechnen und damit darzustellen, dass mehr Energie freigesetzt als eingesetzt wurde. Die Energie muss auch geerntet und in nutzbare Energie umgewandelt werden. Sonst ist das wie die Aussage, wir sehen das Gras auf der Wiese wachsen, deshalb werden unsere Kühe im Stall nicht hungern, während wir vergessen, dass Gras und Kuh zusammenkommen müssen, damit die Kuh das Gras auch fressen kann!
RWE spricht vom Ziel, bis Mitte der 2030er-Jahre das weltweit erste Laserfusionskraftwerk zu errichten. Halten Sie dieses Ziel aufgrund der angesprochenen technisch nicht gelösten Probleme für realistisch?
Was bedeutet das Versprechen, das weltweit erste Laserfusionskraftwerk zu errichten? Wie viel Strom oder Wärme soll dort erzeugt werden? Sie können auch ein Kraftwerk bauen, das nur die Technologie demonstriert, aber kaum Leistung erzeugt. Wenn ich die Berichte lese, steht dort gerne eine Beschreibung, wieviel Energie Fusion freisetzen kann, wieviel Geld investiert wird; wenn ich aber das Wort Leistung, die wichtigste Kenngröße eines Kraftwerks, suche, bekomme ich keine Treffer – deshalb ist es schwer, irgendeine Aussage zu treffen. Solange nicht definiert ist, was die Gesellschaft für das ausgegebene Geld bekommt, kann alles als Erfolg definiert werden.
Was müsste bei den derzeitigen Fusionsprojekten Ihrer Meinung nach geändert oder optimiert werden, um das Ziel einer kommerziellen Nutzung schneller und verlässlicher zu erreichen?
Eine wirklich schwierige Frage. Ich persönlich glaube, dass derzeit das Thema Engineering zu kurz kommt. Ein Kraftwerk ist immer ein interdisziplinäres Gesamtpaket, und das ist auch bei einer Fusionsanlage so. Wir brauchen eine kontrollierte Reaktion (Physik), wir brauchen das Reaktionsgefäß (Materialien), wir brauchen Brennstoff (Tritium), und wir brauchen den Energieübertrag: Wie kommt die Energie von der Reaktion ins Arbeitsmedium, das später auf einer Turbine Bewegung erzeugt und den Generator für die Stromerzeugung antreibt? Das ist, was am Ende zählt. Es gibt also viele Schritte, die gleichzeitig notwendig sind. Bei der Fusion geht aber der größte Teil der F&E-Tätigkeit noch in die Grundlagen. Aus meiner Sicht muss mehr Fokus auf das Gesamtkonzept gelegt werden, insbesondere darauf, wie kann man die Energie aus dem neutralen Teilchen (Neutron), das bei der Fusion freigesetzt wird und die Energie trägt, ernten und wie kann man damit dann auch noch nebenbei den notwendigen Brennstoff (Tritium) erbrüten. Um wirklich Erfolg zu haben, brauchen wir eine konzertierte Aktion von Wissenschaft, Industrie, Technik, Gesellschaft und Politik, die ich noch nicht sehe. Venture Capital kann hilfreich für Investitionen sein, ist aber nicht alles.
Vielleicht sollten wir uns ein Beispiel an dem Einstieg Deutschlands in die Kernenergie in den 50er Jahren nehmen, als es gelang, in einer konzertierten Aktion von Politik, Wissenschaft und Industrie in gerade mal fünf Jahren den Einstieg in die friedliche Nutzung der Kernenergie in Deutschland zu schaffen. Nun aber noch eine Frage: Von den Befürwortern der Fusion wird immer hervorgehoben, dass im Gegensatz zur Kernspaltung bei der Kernfusion keine langlebigen radioaktiven Abfälle anfallen. Ist das so richtig ?
Das ist nur teilweise richtig. Beides sind Kernumwandlungsprozesse, die ein starkes Neutronenfeld erzeugen und damit Materialien aktivieren; das wird auch bei der Kernfusion nicht vermeidbar sein. Allerdings ist das Reaktionsprodukt der Fusion selbst nicht radioaktiv, im Gegensatz zu den Spaltprodukten der Kernspaltung.
Man sollte aber auch sehen, dass die Forschung zum Thema, wie wir besser mit den langlebigen Resten der Kernspaltung umgehen, in den letzten Jahren immense Fortschritte gemacht hat. In Entwicklung sind derzeit Konzepte, die das Ziel haben, ein Endlager, wie es im Standortauswahlgesetz vorgesehen ist, mit einer Sicherungszeit von einer Million Jahren zu vermeiden. Eine Verwahrung langlebiger Reste wird spätestens bei Betrieb und Rückbau von Fusions- als auch von Spaltungsreaktoren notwendig sein, und die Gesellschaft muss sich überlegen, wie sie damit umgehen wird. Diese Frage stellt sich übrigens genauso wie für alle anderen Arten von radioaktiven Abfällen, die beispielsweise auch in der Krebstherapie in Kliniken und bei der Herstellern von Medikamenten anfallen. Deshalb wurden für den sicheren Umgang und die Lagerung radioaktiver Abfälle in Deutschland 13 Landessammelstellen eingerichtet.
Viele Befürworter der Kernfusion gehen so weit, dass die derzeitigen Kernfusionsprojekte den weiteren Ausbau der herkömmlichen Kernenergie in Frage stellen könnten. Wie sehen Sie das, kann die Kernfusion eine kommerziell nutzbare Alternative z.B für die derzeit weltweit geplanten und teils schon im Bau befindlichen SMR-Kernkraftwerke (Small Modular Reactor) sein?
Dazu müsste erst einmal nachgewiesen werden, dass Fusionskraftwerke Leistung im benötigten Umfang und im industriellen Betrieb bereitstellen können. Für die Kernspaltung wurde genau das in Calder Hall, dem ersten kommerziell betriebenen Kernkraftwerk der Welt, ab dem 17. Oktober 1956 nachgewiesen. Bis die Kernfusion an diesem Punkt ist, wird noch viel Wasser den Rhein hinunterfließen. Übrigens benötigte die Kernenergie noch etwa 30 Jahre, um etwa 30 Prozent der deutschen Stromerzeugung zu decken. Damit sehe ich Kernenergie klar als mittelfristige Alternative, während Fusion im Idealfall eine langfristige Alternative sein kann. Kernenergieprojekte sind derzeit im Bau, z.B. im UK, um in den nächsten Jahren massive Mengen klimafreundlichen Stroms ins Netz zu liefern. Auch Kraftwerke der neuen Generation der SMR sind weltweit in Planung und z.B. in Kanada bereits im Bau. Voraussetzung für die weitere Nutzung und den Ausbau der Kernkraft sind natürlich entsprechende politische Entscheidungen.
Das Gespräch führte Ulrich Gräber.
