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Ein Milliarden Grab für Steuergelder

Stellungnahme zum Forschungsprojekt von Physikerin Karin Wurzbacher

Kernfusion – teuer und überflüssig

Die Kernfusion gilt in Politik und Wissenschaft als Hoffnungsträger und als schier unerschöpfliche Quelle für eine sichere und saubere Energieversorgung. In Zukunft wird bereits eine geringe Menge Wasserstoff ausreichen, um die Energieprobleme der Menschheit zu lösen, so der Traum der Verfechter der Fusionstechnologie. Ein Fusionskraftwerk könnte die Atom- und Kohlekraftwerke ersetzen und wäre die ideale Ergänzung zu den fluktuierenden erneuerbaren Energien – eine verlockende Perspektive angesichts der zu Ende gehenden fossilen und nuklearen Brennstoffe und der drohenden Klimakatastrophe. Dabei wird gerne übersehen, dass es sich immer noch um eine Technologie handelt, die bisher nur in der Theorie funktioniert. Seit mehr als 50 Jahren wird angekündigt, dass die Technik in 50 Jahren zur Verfügung stehen würde. Heute heißt es, frühestens 2060 könnte der erste einsetzbare Fusionsreaktor stehen.

Übersehen wird auch, dass der Strom, der heute in Deutschland zu 80 Prozent aus fossilen Brennstoffen und Atomenergie stammt, in 40 Jahren zu mehr als 80 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen kommen soll. Die emittierte Menge an Kohlendioxid soll dann um 80 - 95 Prozent unter der des Jahres 1990 liegen. Dazu haben sich die Industrieländer verpflichtet, um die Klimaerwärmung auf tolerierbare + 2 Grad Celsius zu begrenzen. Wenn man an diesem Ziel festhalten will, wäre es ein Fehler, auf die Perspektive Kernfusion zu setzen, denn erstens käme sie sowieso zu spät und zweitens würde sie dann nicht mehr gebraucht. Der Sachverständigenrat für Umweltfragen und auch das Umweltbundesamt halten eine vollständige Energieversorgung mit erneuerbaren Energien in 2050 für möglich, sicher und wirtschaftlich. Im Energiekonzept der Bundesregierung ist die Kernfusion auch nicht erwähnt.

„Künstliche Sonnen“

Die Kernfusion ist eine Reaktion, die natürlicherweise auf der Sonne abläuft. Bei Temperaturen von etwa 15 Mio. Grad Celsius und bei einem Druck von etwa 100 Mio. bar verschmelzen im Innern der Sonne Wasserstoff-Atomkerne unter Freisetzung von Energie zu neuen Atomkernen, nämlich Helium. Dabei ist die Masse des entstandenen Kerns geringer als die Summe der Massen der Ausgangskerne. Die Massendifferenz bedeutet, so Albert Einstein, gewonnene Energie.

Im Jahr 1934 gelang es Ernest Rutherford, die Verschmelzung der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium erstmals im Labor durchzuführen. Aber die technische Nutzung der Fusion wurde zunächst nur unter Geheimhaltung mit dem Ziel der militärischen Waffenentwicklung verfolgt. Eine Fusionsbombe, bekannt als Wasserstoffbombe, versprach eine wesentlich höhere Sprengkraft als die Ende des zweiten Weltkriegs nach dem Prinzip der Kernspaltung gebaute Atombombe. 1952 wurde die erste Wasserstoffbombe gezündet. Damit war nachgewiesen, dass Kernfusion große Energiemengen künstlich freisetzt.

Die Idee, das Prinzip der Kernfusion zur Energiegewinnung zu nutzen und einen Fusionsreaktor zu bauen, hatten Physiker erstmals in den fünfziger Jahren. Seit den 1960er Jahren arbeiten die großen Industrieländer an der Entwicklung der erforderlichen Technologien. Es ist der Versuch, in einem Reaktor nachzuahmen, was auf der Sonne passiert – ein Wagnis, bei dem die Forscher nach 60 Jahren Forschung immer noch weit von der Realisierung ihrer Visionen entfernt sind.

Um eine Kernfusion künstlich zu initiieren, braucht man kurzzeitig viel Energie, so viel, dass sie nicht einfach dem vorhandenen Stromnetz entnommen werden kann. Man benötigt dafür eigene Generatoren. Der enorme Energieverbrauch bedeutet das größte Problem der Fusionsforschung: Noch muss man mehr Energie in die Herstellung der Fusionsbedingungen stecken, als man bei einer Fusion tatsächlich gewinnen kann. Nur einmal 1997 ist es in der europäischen Anlage JET (Joint European Torus) in Großbritannien gelungen, kurzzeitig für wenige Sekunden ein Sonnenfeuer zu entzünden. Dabei wurden nur 65 Prozent der hineingesteckten Heizenergie als Fusionsenergie wieder gewonnen. Die Energiebilanz blieb negativ.

Die fortschrittlichsten, aktuell im Bau befindlichen Testreaktoren sind ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in Südfrankreich und Wendelstein 7-X in Greifswald. Die internationale Testanlage ITER, ein Tokamak-Reaktor, soll den Nachweis der Kraftwerkstauglichkeit liefern. Die Anlage soll in Pulsen von fünf Minuten mehr Leistung liefern als hineingesteckt werden muss. Wendelstein 7-X soll Erkenntnisse liefern, die in den Betrieb von ITER eingehen. Mit einem so genannten Stellarator, einer ringförmigen Anlage, verfolgt das Greifswalder Experiment eine neue Technologie, die zukünftigen Fusionskraftwerken einen Dauerbetrieb ermöglichen soll. Beide Konzepte werden parallel verfolgt, wobei das Tokamak-Prinzip derzeit die Nase vorn hat. ITER wird aber immer noch eine Forschungsanlage sein und kein fertiges Kraftwerk. Das Jahr 2025 gilt als „decision point“. Dann muss entschieden werden, ob das geplante Demonstrationskraftwerk DEMO, Nachfolgeanlage von ITER, gebaut werden kann. Wenn alles nach Plan geht, soll DEMO über einen längeren Zeitraum Strom erzeugen können. Mit dem ersten kommerziell tauglichen Fusionsreaktor wäre dann, wenn überhaupt, frühestens in 2060 zu rechnen. Gegen Ende des Jahrhunderts, so die Träume, würde die weltweite Verbreitung erfolgen.

Ein extrem hoch gestecktes Ziel

Im Zentrum eines Fusionsreaktors befindet sich in einem Käfig aus Magnetfeldlinien das ringförmige und heiße Plasma, ein ionisiertes Gas, bei dem Elektronen und Atomkerne getrennt vorliegen. Das Gas muss für einige Sekunden auf 100 Mio. Grad Celsius erhitzt werden, heißer als das Sonnenfeuer. Für die Zündung sind sogar 400 Mio. Grad Celsius nötig. Das Plasma wird umgeben von der inneren Verkleidung, dem „Blanket“ und dem Vakuumgefäß, auf dem die Magnetfeldspulen angebracht sind. Das Plasma schwebt dann vor den Wänden des Gefäßes, ohne dass es zu einem abkühlenden Wandkontakt kommt. Sobald man das Plasma an die Wand fahren lässt, fällt es zusammen.

Das ringförmige Magnetfeld beim Typ Tokamak reicht nicht allein aus, um das Plasma zuverlässig einzuschließen. Es wird deshalb von einem zweiten induzierten Magnetfeld überlagert. Dazu kommt, dass der Tokamak derzeit nur gepulst betrieben werden kann. Für ein mögliches Fusionskraftwerk wäre das denkbar ungünstig. Der Typ Stellerator ist für den Dauerbetrieb konzipiert. Der Plasmaeinschluss wird allein durch das Magnetfeld gewährleistet, das aber dazu ebenso wie die Magnetspulen eine komplexe und komplizierte Form besitzen muss. Durch diese Verdrillung wird das Plasma von den Wänden ferngehalten. Beide Varianten schaffen es derzeit nicht, die notwendigen Voraussetzungen zu erfüllen: Tokamaks erreichen die nötige Plasmatemperatur, laufen aber gepulst und erreichen nicht den nötigen Druck. Stelleratoren heizen ungenügend, das Plasma erreicht aber die nötige Dichte.

Derzeit arbeiten die Wissenschaftler daran, das Feuer zu entfachen. Um das Plasma zu zünden, muss kurzzeitig Heizenergie mit einer Leistung von 50 bis 100 MW zugeführt werden. Dies kann durch Einstrahlung von Mikro- oder Radiowellen erfolgen, oder durch das Einschießen von beschleunigten Wasserstoffteilchen. Wesentlich schwieriger ist es, danach die Temperatur lange genug aufrecht zu halten. Dazu benötigt man eine gute Wärmeisolation, die zunimmt, je besser der Magnetfeldkäfig und je größer die Anlage ist. Jede Änderung der Betriebsbedingungen, wie zu heiß, zu kalt, zu wenig Gas, zu viel Gas, sorgt dafür, dass das Feuer wieder erlischt. Man muss den genauen Arbeitspunkt treffen und ständig Brennstoff nachliefern, also gefrorene Wasserstoffkügelchen einschießen.

Bei den Fusionsreaktionen selbst entstehen, sobald man sie in Gang gesetzt hat, schnelle Heliumkerne, die im Magnetfeld ihre Energie über Stöße an das Plasma abgeben. Die äußere Heizung kann dann weitgehend abgeschaltet werden: das Plasma brennt im Idealfall selbstständig weiter und hält die Fusionstemperatur aufrecht. Die dabei entstehenden Neutronen verlassen ungehindert das Plasma und werden im Blanket abgebremst, wo sie ihre gesamte Bewegungsenergie als Wärme abgeben. Außerdem erzeugen sie im Blanket aus Lithium den Brennstoff Tritium. Dieser muss mit Hilfe eines Spülgases vom Blanket entfernt und dem Brennstoffkreislauf zugeführt werden. Das Helium, die „Asche“ der Fusionsreaktion, muss durch den so genannten Divertor abgeführt werden.

Aber die Neutronen, die dabei auf die Wände des Reaktorgefäßes treffen, verwandeln dieses durch Aktivierung auch in eine radioaktive Hülle. Material, das durch Neutronenbeschuss einer hohen Belastung ausgesetzt wird, versprödet. Bestimmte Teile der Gefäßwand müssen deshalb mehrmals ausgetauscht werden. Die Wände halten, so die Erwartung,  fünf bis acht Jahre der Belastung stand. Der Austausch würde dann jeweils ein bis zwei Jahre in Anspruch nehmen. Die ausgebauten Teile sind radioaktiver Müll, der abklingen und bis zu einige 100 Jahre gelagert werden muss.

Um Strom zu erzeugen, muss die in Blanket und Divertor erzeugte Wärme abgeführt werden. Die Stromerzeugung selbst würde auf dieselbe Weise wie in einem konventionellen Kraftwerk stattfinden: eine Kühlflüssigkeit wird erhitzt, sie verdampft und die thermische Energie wird über Turbine und Generator in Elektrizität umgewandelt. Ein zukünftiges Fusionskraftwerk würde deshalb äußerlich kaum von einem Atomkraftwerk zu unterscheiden sein. Nur im Herzen des Reaktors würden Atomkerne miteinander verschmolzen und nicht gespalten.

Die Kosten explodieren

Seit Jahrzehnten träumt die Industrie weltweit auf Kosten der Steuerzahler einen teuren Traum. Die Fusionsforschung kommt wenig voran und verschlingt ungeheure Geldsummen. Andere Forschungsbereiche bleiben auf der Strecke. Auch haben sich in der Vergangenheit sämtliche Kostenprojektionen der Forscher in der Praxis als zu niedrig herausgestellt.

Die Kostenschätzungen für den Bau des ITER im französischen Cadarache stiegen von fünf auf zuletzt 16 Mrd. Euro. Damit hätte der Anteil der EU 7,2 Mrd. Euro betragen. Mittlerweile wurde er auf 6,6 Mrd. Euro begrenzt. Die Kostensteigerungen sollen durch Umschichtungen aus dem Agrar- und dem Forschungsetat gedeckt werden. Mit 45 Prozent ist die EU der größte Projektpartner neben den USA, Russland, Japan und China. Kanada ist aufgrund der hohen Kosten ausgestiegen. 18 Forschungseinrichtungen aus 16 europäischen Staaten sowie Industriefirmen aus sieben europäischen Ländern sind in das Programm eingebunden.

Auch auf nationaler Ebene verschlingt die Fusionsforschung Milliardenbeträge. Die gesamten deutschen Fördermittel seit 2001 belaufen sich laut Bundesforschungsministerium auf etwa 1,2 Mrd. Euro. An ITER beteiligt sich die Bundesregierung mit weiteren Mitteln, die sich beim derzeitigen Planungsstand insgesamt auf 1,3 Mrd. Euro belaufen. Die bisher in die europäische Fusionsforschung investierten Mittel haben jedoch nicht zu den erwarteten Aufträgen an deutsche Unternehmen und Forschungsinstitute geführt.

Die Ausgaben für die Kernfusion stehen in keinem Verhältnis zum Nutzen. Eine kommerzielle Verwertbarkeit von Ergebnissen aus der Fusionsforschung ist nicht belegt. Bürger und Mittelstand profitieren nicht davon. Die Kernfusionsforschung ist eher ein teures Spielzeug für eine kleine Gruppe von Wissenschaftlern. Deren Glaube, die gewaltigen Vorgänge in der Sonne auf die Erde holen zu können, grenzt an Größenwahn.

Die Autorin ist Dipl. Physikerin und Sprecherin des Landesarbeitskreis Energie und Klima des Bund Naturschutz in Bayern e.V. sowie Expertin im Umweltinstitut München e.V. für Radioaktivität. Außerdem Leiterin des Arbeitskreis Energie und Klimaschutz der Agenda 21 (STAgenda) in Starnberg.