Neben der Magnetfusion will das Bundesministerium für Bildung und Forschung künftig auch Technologien für die Laserfusion fördern. Bedarf besteht an Lasertechnik, widerstandsfähigem Material, Magnetspulen und Diagnostiksystemen.
Blick in den Fusionsreaktor ASDEX Upgrade
MPI für Plasmaphysik/Volker Rohde
„Deutschland hat die Chance, bei der Realisierung der Zukunftsenergie Fusion eine führende Rolle einzunehmen. Die Ausgangslage ist exzellent.“ So schreibt es das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in einem kürzlich veröffentlichten Positionspapier zur Fusionsenergieforschung. Das mag ein stückweit überraschen, denn deutsche Forschungseinrichtungen und Unternehmen sind im Wesentlichen bislang nur auf einem Teilgebiet der Fusionsforschung tätig. Die Laserfusion, die im Dezember 2022 in den USA erstmals erfolgreich getestet wurde und viel Aufmerksamkeit auf das Thema Fusionsenergie lenkte, wird bislang nur wenig von deutschen Instituten und Unternehmen erforscht.
Stattdessen konzentriert man sich in Deutschland und Europa in erster Linie auf die Magnetfusion, bei der es sich laut BMBF aber immerhin um den international am weitesten fortgeschrittenen Ansatz handelt. Die weltweit größten Anlage zur Erforschung der Magnetfusion, der International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), wird unter deutscher Beteiligung in Frankreich errichtet; mit Wendelstein 7-X in Greifswald und der ASDEX Upgrade in Garching finden sich weitere Forschungsanlagen in Deutschland.
Bislang konzentriert sich Deutschland auf Magnetfusion
Bei der Magnetfusion wird ein Gemisch aus Deuterium und Tritium in einem Magnetfeld eingeschlossen, sodass es die Reaktorwände nicht berührt, und auf Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius erhitzt, wodurch eine Fusionsreaktion stattfinden kann. Bei der Laserfusion hingegen wird ein millimetergroßes Kügelchen – das Target – aus einem Deuterium-Tritium-Gemisch mit hochintensiver Laserstrahlung beschossen. Der Brennstoff wird komprimiert, wodurch die Fusionsreaktion in Gang kommt.
Per Laserfusion gelang es Wissenschaftlern im Dezember 2022 an der National Ignition Facility (NIR) in Kalifornien erstmals netto Energie zu erzeugen. Die Reaktion erzeugte circa 50 % mehr Energie, als durch den Laserstrahl in die Reaktion eingebracht wurde. Allerdings sinkt der berechnete Wirkungsgrad des Experiments auf unter 1 %, wenn man auch den hohen Energieverbrauch für den Betrieb der Laseranlage in die Bilanz mit einbezieht.
BMBF: Deutschland auch für Laserfusion exzellent aufgestellt
Dennoch will das BMBF infolge des erfolgreichen Versuchs die eigene Forschungsförderung neu bewerten und künftig neben der Magnetfusion auch die Entwicklung von Technologien für die Laserfusion unterstützen. Dabei verweist das Ministerium auch auf das stark gestiegene Engagement privater Investoren in der Laserfusion, das sich in den letzten zwei Jahren auf 4,8 Milliarden US-Dollar belief – ein Vielfaches der 117 Millionen US-Dollar aus öffentlicher Hand.
Obwohl deutsche Akteure bislang kaum an Laserfusionsanlagen forschen, sieht das BMBF Wissenschaft und Industrie auch für diesen Bereich exzellent aufgestellt. Das Ministerium verweist dabei auf die Grundlagenforschungen an Hochenergielasern an Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft und der Fraunhofer-Gesellschaft. Zudem gehöre die deutsche Industrie auch in den Bereichen Lasertechnik, optische Komponenten und Sensorik zu den führenden Nationen im Bereich der Laserfusion.
Neue Technologien sind zweit- und drittverwertbar
Bedarf an Forschung und Technologieentwicklung sieht das BMBF für die nächsten Jahre unter anderem in den folgenden Bereichen:
Magnetfusion | Laserfusion |
Hochfeldmagnetspulen Material für die Reaktorwand und Erforschung der Plasma-Wand-Wechselwirkung Widerstandsfähige und niedrig aktivierbare Divertor-Werkstoffe Tritium-Kreislauf inklusive Konzepten für Tritium-Brut-Blankets Diagnostiksysteme für den Anlagenbetrieb, zum Beispiel zur magnetischen oder Mikrowelldiagnostik und zur Plasmamessung Simulationstools für das Verständnis der Plasmaphysik Remote-Handling-Systeme für kritische Kraftwerksteile | Konzepte und Materialien für Hochenergielaser Fertigung und Handhabung von Targets Optische Komponenten, zum Beispiel im Bereich von großen Aperaturen, Verstärkermaterialien, Gläsern oder Beschichtungen UV- und strahlungsresistente Komponenten Strahlungsresistente Diagnostiksysteme, zum Beispiel zum Erfassen der Targetkompression Materialien für die Reaktorwand |
Interessant ist die Entwicklung entsprechender Technologien laut BMBF unter anderem auch vor dem Hintergrund möglicher Zweit- oder Drittverwertungen. Hochfeldmagnetspulen und Supraleiter seien beispielsweise seitens der Medizintechnik gefragt, während Materialien für extreme Einsatzbedingungen auch im Spezialmaschinenbau oder in der Luft- und Raumfahrt zur Anwendungen kommen könnten.
Mit dem nun vorgestellten Positionspapier will das BMBF eine Grundlage für Konsultationen mit Akteuren aus der deutschen Fusionsforschung schaffen. Stellungnahmen aus Wissenschaft und Industrie sollen dann in ein Förderprogramm zur Fusionsforschung einfließen. Die Veröffentlichung ist soll noch bis Ende 2023 erfolgen.
