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Megaprojekt Kernfusion sprengt Budget

Eines der weltweit grössten Forschungsprojekte soll beweisen, dass die Kernfusion fast unbeschränkt Strom liefern kann. Doch der geplante Testreaktor ist teurer als geplant.

Das Modell der geplanten Kernfusion-Anlage.

• Infografik
• Der geplante Testreaktor Iter

Die Sonne gewinnt ihre Energie durch die Verschmelzung von Atomen. Könnte man diesen Prozess auf der Erde kopieren, wären unsere Energieprobleme gelöst. Diese Ansicht vertreten Physiker seit Jahrzehnten. Doch ebenso lange betonen sie, dass es noch Jahrzehnte dauern werde, bis Fusionsreaktoren Energie liefern würden.

«Wird die Kernfusion immer 40 Jahre entfernt sein?» So lautete der Titel einer Veranstaltung an einem europäischen Wissenschaftskongress, der diese Woche in Barcelona stattfindet. Die Antwort auf die Kernfrage: «Es wird noch immer 30 bis 40 Jahre dauern, aber jetzt wissen wir das besser», sagte Fusionsexperte Fritz Wagner, der seit über 30 Jahren auf diesem Gebiet forscht und nach wie vor zuversichtlich ist. Man habe nun eine genauere Roadmap für die weitere Entwicklung.

Nächster Schritt ist der Bau des Testreaktors Iter im südfranzösischen Cadarache. Iter (lateinisch: der Weg) soll zeigen, dass ein Fusionsreaktor realisierbar ist. Dass die Kernfusion in einem Reaktor gelingen kann, bewiesen die Physiker bereits in den 90er-Jahren mit der europäischen Anlage Jet im britischen Culham. Während einer Minute verschmolzen in Jet Wasserstoffatomkerne zu Heliumkernen. Die Leistung von 16 Megawatt hätte den Stromverbrauch einer Kleinstadt gedeckt, doch das Experiment verbrauchte mehr Energie, als die Fusion lieferte. Iter soll 30-mal mehr Energie produzieren - 500 Megawatt während zehn Minuten. Funktioniert die Testanlage, ist als Nächstes der Bau eines Demonstrationsreaktors geplant. «Ich bin überzeugt, dass die Fusion einen grossen Teil unseres Energiebedarfs decken wird», sagte David Ward von der britischen Atomenergiebehörde: «Und ich vermute, dass das erste Fusionskraftwerk in China gebaut wird.»

In China wurde vor zwei Jahren eine Art Mini-Iter in Betrieb genommen. Die Anlage hat ein ähnliches Design, ist aber viermal kleiner. Auch Südkorea meldete vergangene Woche, dass eine neue Versuchsanlage erste Tests bestanden habe. Früher hätten vor allem Europa und die USA bei internationalen Treffen den Ton angegeben, erzählte Ward, heute seien dies die Länder aus Asien. Neben China und Südkorea zählen die EU mit der Schweiz, Japan, Russland und die USA zu den Partnern des Iter-Projekts. Damit sei mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung vertreten, hat Ward ausgerechnet. Während der Testreaktor in Cadarache gebaut wird, koordiniert eine Organisation in Barcelona die europäische Beteiligung, die Materialtests finden in Japan statt - ein umständlicher Kompromiss, auf den sich die Partner in langwierigen Verhandlungen einigten. Denn neben Frankreich hatten sich sowohl Spanien und Japan um den Standort von Iter beworben.

Es braucht rund 700 Ingenieure

Inzwischen wurden in Cadarache eine Million Kubikmeter Erde und Gestein weggeführt, um den Bauplatz zu planieren. Zurzeit arbeiten 270 Angestellte vor Ort. Für die nächsten zehn Jahre sollen 700 Ingenieure angestellt werden. Beim gegenwärtigen Ingenieurmangel sei dies ein schwieriges Unterfangen, meinen die Verantwortlichen.

Noch grössere Sorgen bereiten die Kosten. Ursprünglich waren für Bau und Betrieb von Iter 10 Milliarden Euro veranschlagt worden. Eine Überarbeitung des Konzepts machte aber vor einem Monat klar, dass mit bis zu 30 Prozent Mehrausgaben zu rechnen ist. Neben technischen Veränderungen treibt der gestiegene Stahlpreis die Kosten in die Höhe. Zurzeit prüft eine unabhängige Kommission das Budget. Das Ergebnis soll sie im November bekannt geben. Explodieren die Kosten, könnten die beteiligten Nationen den Bau von Iter stoppen, wird bereits spekuliert. Doch Fritz Wagner glaubt, dass sich weitere Länder beteiligen und zusätzlich Geld einbringen werden. «Die Fusion ist ein sehr komplexer Prozess», gibt er zu.

Damit die positiv geladenen Atomkerne miteinander verschmelzen, braucht es ungeheuer hohe Temperaturen. Fast 200 Millionen Grad heiss muss es im Innern von Iter sein. Unter diesen Bedingungen haben sich die Elektronen von den Atomkernen losgelöst. Fachleute sprechen von einem Plasma. Kein Material könnte dieser Hitze standhalten. Das Plasma wird deshalb mit Magnetfeldern wie in einer Flasche eingeschlossen und kontrolliert. Damit die Felder stark genug sind, werden supraleitende Magnete verwendet, die man auf extrem tiefe Temperaturen abkühlen muss.

Trotzdem wird das umgebende Material stark aufgeheizt und mit Neutronen bombardiert, die jeden Stoff brüchig machen. Um die Materialprobleme zu lösen, testen die Ingenieure Beryllium, Wolfram, Verbundwerkstoffe aus Kohlenstoff, aber auch verschiedene Stahlarten. Noch weiss niemand, ob es Materialien gibt, die den harschen Bedingungen in einem Fusionsreaktor über Jahre standhalten werden. Die Neutronen, die bei der Kernfusion freigesetzt werden, machen die Reaktorwände zudem radioaktiv. Trotzdem entstehe bei der Kernfusion viel weniger radioaktiver Abfall als bei der Kernspaltung, die in heutigen AKW die Energie liefert, versichern die Experten. Da dieser Abfall relativ schnell zerfallen werde, sei er zudem keine so grosse Bürde für die nachfolgenden Generation, sagte Ward.

Nur kleine Menge Brennstoff nötig

Die Iter-Experten werden nicht müde, die Fusionsenergie als besonders umweltfreundlich darzustellen, auch weil dabei kein Kohlendioxid freigesetzt werde. Dass ein schwerer Unfall passieren könnte, sei ausgeschlossen, selbst wenn alle Sicherheitssysteme versagen würden. Denn im Fusionsreaktor befinde sich immer nur eine kleine Menge Brennstoff - etwa 0,1 Gramm. Laut Berechnungen würde es für ein 1000-Megawatt-Kraftwerk täglich nur ein Kilogramm Brennstoff brauchen. Dabei handelt es sich um Deuterium - eine Form von Wasserstoff - und Lithium.

Deuterium ist im Wasser in riesigen Mengen vorhanden. Lithium benötige man nur wenig, erklärte Ward. «Eine Laptopbatterie enthält genug Lithium, um den lebenslangen Energieverbrauch eines Europäers zu decken.» Dass die Ressourcen, die es zur Nutzung der Fusionsenergie braucht, fast unerschöpflich sind, rechtfertigt in den Augen des Iter-Teams denn auch die jahrzehntelange, teure Forschung. «Hätten wir mehr Geld zur Verfügung, ginge es schneller», sagte Iter-Pressesprecher Neil Calder und gab sich trotzdem optimistisch: «Wir werden die Welt retten.»