Energiequelle der Zukunft Kommerzialisierung der lasergezündeten Trägheitsfusion im deutschen Fokus

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Von der Fusionsenergie versprechen sich nicht nur Wissenschaftler eine saubere, effiziente und langlebige Art der Energiegewinnung. Von einer Kommerzialisierung der Technologie sind wir allerdings noch meilenweit entfernt. In Deutschland will das Forschungsprojekt PriFUSIO der Trägheitsfusionsenergie Auftrieb verpassen.

Hohe Energiekosten belasten die Wirtschaft, denn dadurch steigen die Produktionskosten, die in Form von höheren Verbraucherpreisen oft an die Endkunden weitergegeben werden. Lassen sich die Energiekosten nicht anderweitig kompensieren, dann drohen im schlimmsten Fall Arbeitsplatz- und Kapitalverluste.

Um die Abhängigkeit von Industrie sowie Endkunden vom stetigen Wechselbad der Gefühle auf dem Strommarkt und im Geldbeutel zu verringern, erhofft man sich durch eine saubere und weitestgehend unendlich nutzbare Energiequelle eine Lösung. Fusionsenergie wird als vielversprechende Lösung betrachtet. Sie könnte einen bedeutenden wirtschaftlichen Nutzen bringen und die Abhängigkeit von teuren und umweltschädlichen Energiequellen reduzieren.

Dass die Fusionsenergie allerdings noch in den Kinderschuhen steckt, zeigte etwa die jüngste Erfolgsmeldung des koreanischen Tokamak-Fusionsreaktors KSTAR. Neben den technologischen Ansätzen, das Plasma mittels Magnetfeldern zu stabilisieren, wie in einem Tokamak oder einem Stellareator, verfolgen Wissenschaftler den Ansatz der Inertialen Einschlussfusionsenergie (IFE). Deuterium und Tritium werden dabei durch den Einsatz von hochenergetischen Laserpulsen oder geladenen Teilchen fusioniert.

PriFUSIO bringt Aufwind für Trägheitsfusionsenergie

In Deutschland verfolgt das Projekt PriFUSIO mit einem Konsortium aus den hoch spezialisierten Unternehmen Focused Energy GmbH, Marvel Fusion GmbH, Layertec GmbH, Laseroptik GmbH, Schott AG, Heraeus Group, Trump Laser AG, dem Laserzentrum Hannover sowie den Fraunhofer-Instituten ILT (Aachen) und IOF (Jena) das Konzept der Trägheitsfusion. Das Konsortium will die photonischen Schlüsselkomponenten für die laserbasierte Fusion erforschen und industriell nutzbar machen.

Bei der Trägheitsfusion wird versucht, winzige Brennstoffpellets aus Deuterium und Tritium durch hochenergetische Laser oder ionenbeschleunigte Teilchen zu zünden; das geschieht etwa in der National Ignition Facility (NIF in Kalifornien). Die enormen Drücke und Temperaturen, die durch diese Methode erzeugt werden, sollen die Fusion der Brennstoffe initiieren. Am NIF gab's in der Vergangenheit bereits bedeutende Fortschritte hinsichtlich der Machbarkeit des Konzepts zu feiern. „Am 5. Dezember 2022 gelang ihnen die Zündung eines Fusionsplasmas mithilfe von Hochenergielasern. Seither haben sie das Experiment mehrmals wiederholt und damit belegt, dass die Physik der Zündung und des selbsttragenden Abbrands eines Brennstoffgemischs aus den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium beherrschbar ist“, teilen die Fraunhofer-Institute mit.

Kommerzielle Nutzung erfordert Schlüsseltechnologien

Bis sich die Kernfusion in einem kommerziellen Umfeld bewähren kann, müssen allerdings noch viele Schlüsseltechnologien zur Anwendungsreife gebracht werden. „Dazu gehören die Entwicklung von leistungsfähigen, zuverlässigen und kostengünstigen Laserquellen und Optiken sowie automatisierte Lösungen für die Brennstoffzufuhr und die effiziente Nutzung der entstehenden Abwärme. Die NIF besitzt die größte und energiereichste Laseranlage der Welt. Sie kann nur wenige Schüsse pro Tag machen, da das System für grundlegende Plasmaexperimente und nicht für die Erforschung der Energiegewinnung gebaut wurde. Für ein Kraftwerk ist eine Laseranlage notwendig, die etwa die gleiche Energie erzeugen kann, diese aber mehr als zehnmal pro Sekunde abgeben kann. Dafür muss ihre mittlere Leistung um mindestens fünf Größenordnungen (x100.000) gegenüber der NIF-Laseranlage gesteigert werden“, so Fraunhofer.

Für eine effiziente Fusionsenergie sind entsprechend im Vergleich mit NIF verbesserte Lasersysteme nötig. Deswegen werden unter anderem Halbleiterlaser sowie keramische und kristalline Lasermedien erforscht. Der effiziente Betrieb für ein Kraftwerk erfordert zehn bis zwanzig Laserpulse pro Sekunde, weswegen auch Glas als Lasermedium untersucht wird. Bei Fraunhofer rechnet man damit, dass die Ergebnisse nicht nur die Fusionstechnologie voranbringen, sondern auch Hochenergielaser und optische Komponenten weiterentwickeln werden. Dies könnte die beteiligten Industriepartner stärken und neue Märkte erschließen.

Das Pri-FUSIO-Konsortium sieht in der starken Position Deutschlands in Laser- und optischen Technologien einen entscheidenden Vorteil, daher fördert die Bundesregierung das Projekt mit 18 Millionen Euro in den kommenden drei Jahren. Langfristig verfolgt die Bundesregierung das Ziel, in Deutschland eines der ersten Fusionskraftwerke weltweit zu entwickeln und zu bauen. (sb)

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