Kernfusion am KIT: wie Deutschland die Zukunft erforscht

Die alte Kuppel des Karlsruher Forschungsreaktors steht noch. Seit Jahren werden die alten Versuchsanlagen aus der Atomforschung – ein Mehrzweckreaktor, ein Schneller Brüter und eine Wiederaufbereitungsanlage – auf dem Campus Nord des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in Eggenstein-Leopoldshafen dekontaminiert und demontiert.

Keine zwanzig Meter weiter forschen Physiker und Materialwissenschaftler heute an der Kernfusion. „KTE Rückbauprojekt Heiße Zellen“ steht auf einem Wegweiser. In den gasdichten kleinen Räumen wurden früher Brennstäbe aus dem Forschungsreaktor zerlegt und analysiert, heute testen die Forscher dort verschiedene Metalle darauf, ob sie den Belastungen in einem Fusionsreaktor standhalten könnten.

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Nach dem Atomausstieg war es lange Jahre auch um die Fusionsforschung still geworden. Heute sind Wissenschaftler und Politiker überzeugt, dass es sich lohnt, die Technik weiterzuerforschen, mit der Energie gewonnen werden soll. Nach dem Willen der schwarz-roten Bundesregierung soll in Deutschland der erste Fusionsreaktor stehen. Bundesforschungsministerin Dorothee Bär (CSU) hat die Förderung der Fusionsforschung in ihre „High-Tech-Agenda“ aufgenommen, gefördert werden drei „Hubs“, nämlich Garching, Biblis und Karlsruhe. In dem technologischen Wettbewerb sind China und die USA starke Konkurrenten.

Seit 1956 wird in Karlsruhe auch aufgrund der politischen Initiative des „Atomministers“ Franz-Josef Strauß zur Kerntechnik geforscht. Sogar Günter Grass ließ sich die Anlagen 1969 während des Bundestagswahlkampfes mal zeigen. Die SPD war damals noch eine 40-Prozent-Partei und hielt die Atomtechnik für einen Segen des Fortschritts. Der Rückbau der drei alten Forschungsanlagen und fünf weiterer Anlagen soll irgendwann in den 2070er-Jahren beendet sein, inklusive des Abtransports der radioaktiven Abfälle in das Bundesendlager Schacht Konrad. Die Kosten sollen bei 11,7 Milliarden Euro liegen.

Deuterium und Tritium verschmelzen zu Helium

Seit mehr als dreißig Jahren wird auf dem Campus Nord zur Kernfusion geforscht. In den 1990er-Jahren gründete man ein „Tritium-Labor“ und begann, die technologischen Grundlagen des Brennstoffkreislaufs zu entwickeln, der zukünftig den Treibstoff für die Fusion bereitstellen soll: die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, die bei 150 Millionen Grad unter enormer Energiefreisetzung in einer Kernreaktion zu Helium verschmelzen.

Die Forscher auf dem Campus im Karlsruher Hardtwald haben besondere Kompetenzen bei den entscheidenden Forschungsfragen dieser Technologie, nämlich der Erforschung des Tritiumkreislaufs sowie der Materialentwicklung für die Fusionsreaktoren. Bis 2040 soll der Prototyp eines Forschungsreaktors stehen.

„Wenn es optimal läuft, könnten wir 2040 einen Kraftwerksprototyp mit einer Leistung von etwa einem Gigawatt in Betrieb nehmen“, sagt Christoph Kirchlechner, Direktor des Instituts für angewandte Materialforschung: „Dass der Prototyp sauber und sicher ist und auch Energie produziert, werden wir hinbekommen. Die Frage ist aber: Werden wir hinreichend Materialien für den Fusionsreaktor finden, die zuverlässig, kostengünstig und niedrig aktivierbar sind?“ Die Stellschrauben hierfür würden in der Forschung jetzt und in den nächsten Jahren gestellt.

Maik Rietschel verschiebt mit motorgestützten Greifarmen ein kleines metallenes Werkstück in der heißen Zelle. „Wir setzen das Werkstück durch die Bestrahlung einer hohen Belastung aus und prüfen dann am optischen Mikroskop und am Elektronenmikroskop, wie sich der Werkstoff verändert“, sagt er. Die Erkenntnisse der Materialforschung, die hier gewonnen werden, sind auch für die Lasertechnologie und die Hochleistungselektronik relevant.

„Wir wollen in den Fusionsreaktoren niedrig aktivierbare Materialien einsetzen, also solche, die möglichst kurz und möglichst schwach selbst radioaktiv werden.“ Normales Eisen eigne sich da nahezu perfekt, ihm fehlt aber die Stabilität. „Nickellegierungen wären gut geeignet, sie strahlen aber über viele Generationen“, sagt Kirchlechner. Die entscheidende Frage sei also, bezahlbare Materialien zu finden, die die hohen Temperaturen bei der Kernfusion aushalten und nur für kurze Zeit radioaktiv werden: „Von der Materialforschung hängt viel ab.“

Die politischen Parteien haben unterschiedliche Haltungen zur Kernfusion: Union und FDP halten die Technik für die Zukunftstechnologie schlechthin, die SPD ist skeptisch, und bei den Grünen gibt es sowohl Befürworter als auch Gegner.

In einer Stellungnahme der Grünen-Bundestagsfraktion werden Vor- und Nachteile der Technologie gegeneinander abgewogen: Nachteilig seien die externe Kühlung und die Entsorgung von schwach- und mittelradioaktiven Abfällen; von Vorteil sei die Entwicklung von supraleitenden Magneten und neuer Lasertechnik. In jedem Fall handele es sich um eine Technologie, die „verantwortungsvoll“ weiterentwickelt werden müsse.

Die AfD hält wenig von der Kernfusion. Sie will den schnellen Wiedereinstieg in die Atomenergie – wobei auch Atomreaktoren, wenn sie jetzt neu geplant würden, kaum vor dem Jahr 2050 ans Netz gehen könnten.

Fast hätte nur Bayern die Förderung bekommen

Die baden-württembergische Wissenschaftsministerin Petra Olschowski (Grüne) lässt sich an einem Sommertag die Fortschritte der Fusionsforschung zeigen. Um ein Haar wäre das Bundesland beim Ausbau einer neuen Forschungsallianz, initiiert vom bayerischen Wissenschaftsminister Markus Blume (CSU), leer ausgegangen. Blume initiierte die Allianz zunächst mit fünf weiteren Bundesländern, wollte sie nach eigener Darstellung auch nicht auf unionsregierte Länder beschränken, aber Baden-Württemberg war zunächst nicht dabei.

Er rechtfertigte das bayerisch-selbstbewusst mit der Formulierung, man könne „nicht auf die Letzten warten“. Faktisch wurde das in Stuttgart als Versuch wahrgenommen, Baden-Württemberg im Wettbewerb um Forschungsgelder ins Abseits zu stellen. Nach Darstellung des bayerischen Ministeriums soll die Fachebene in Stuttgart kein Interesse gezeigt haben.

Olschowski sprach von einem „ungewöhnlichen Vorgehen“ und konnte eine nachträgliche Aufnahme in die Allianz erreichen. Im Rahmen der High-Tech-Agenda wird der Karlsruher Kernfusions-Hub nun mit insgesamt 27,5 Millionen Euro gefördert. Zehn Millionen Euro sowie die jährlichen Betriebskosten in Höhe von 2,75 Millionen Euro kommen aus dem Landeshaushalt.

Olschowski sitzt im Besprechungsraum des hallenartigen Forschungsgebäudes. Die Wissenschaftler demonstrieren anhand einer grafischen Darstellung, wie das „Erbrüten von Tritium“ technisch funktioniert. Vor zehn oder 15 Jahren, meint die grüne Ministerin, hätte sie sich vermutlich weniger für die Kernfusion interessiert. Dass das heute anders sei, hänge auch mit der Notwendigkeit CO₂-freier Energiegewinnung sowie der dringenden politischen Notwendigkeit zusammen, von fossilen Energielieferungen aus diktatorisch regierten Ländern unabhängig zu werden.

„Forschungspolitik ist immer eine vorausschauende Politik. Wir werden in jedem Fall neue Lösungen in der Energiegewinnung brauchen, auch mit Blick auf energieintensive Technologien wie KI. Es wäre aber sicher falsch, die heutige Energiepolitik, also den Ausbau der erneuerbaren Energien, von den Chancen der Kernfusion abhängig zu machen“, sagt Olschowski. Beim Thema Materialforschung für künftige Kernfusionsanlagen sei das KIT „die Spinne im Netz“, deshalb sei die im Juli vom Bundesforschungsministerium bewilligte neue Förderung ein wichtiger Schritt. In jedem Fall benötige man für die Investitionen in die Fusionsforschung auch gesellschaftlichen Rückhalt, für den sie als Grüne ausdrücklich werbe.

Alle Gesprächspartner beklagen die Schwarz-Weiß-Debatte über die Kernfusion. Es sei falsch, aus den Erfolgen „einen politischen Hype“ zu machen, und ebenso falsch, die neue Technologie kleinzureden, lautet die übereinstimmende Auffassung der Forscher. Thomas Hirth, Vizepräsident des KIT, unterstützt die Ministerin. „Man muss sehen, dass wir nicht über Kernspaltung reden – und auch nicht darüber, den Ausbau von erneuerbaren Energien wie der Windkraft zu reduzieren“, betont er.

Rückkehr zur Atomenergie? – „Ausgeschlossen“

Für die Privatversorgung seien erneuerbare Energiequellen mit leistungsfähigen Speichern weiterhin das Richtige. Für große Industriestandorte mit Strombedarf rund um die Uhr Strom könne die Kernfusion aber künftig eine gute Lösung werden. „Wir müssen an dieser Technologie dranbleiben“, sagt Hirth. Gemeinsam mit den Forschern in Italien und Frankreich gebe es jetzt große Chancen, die Technologie „hochzueskalieren“.

Kirchlechner hält den unaufgeregten baden-württembergischen Weg bei der Förderung der Fusionstechnologie für richtig: Er könne helfen, bei den Bürgern wieder Vertrauen in die Zukunftstechnologie zu schaffen. „Eine Rückkehr zur Atomenergie“, sagt Kirchlechner, „halte ich gesellschaftspolitisch für ausgeschlossen. Die Frage der Endlagerung ist nicht gelöst. Der Rückbau der Atomkraftwerke wird somit weitergehen.“ Der Forscher denkt aber perspektivisch schon an die 2040er-Jahre. Dann werde man die Standorte der alten Atomkraftwerke in Neckarwestheim oder Gundremmingen wahrscheinlich gut gebrauchen können. „Dort ist die gesamte technische und personelle Infrastruktur vorhanden, die man für Kraftwerke braucht.“

Bis dahin ist es noch ein langer und auch teurer Weg. Bis zur kommerziellen Nutzung von Fusionskraftwerken könnte es noch vierzig bis fünfzig Jahre dauern, allein in der Europäischen Union müssten etwa 30 Milliarden Euro investiert werden. Die Forscher am KIT sind dennoch der Meinung, dass man den Weg weitergehen sollte. Dafür sprächen nicht nur die Chancen der Technologie, sondern auch ein geopolitisches Argument.