Kernfusion: Wendelstein 7-X ist bereit für Dauerbetrieb

Nach einem Umbau ist der Greifswalder Forschungsreaktor Wendelstein 7-X bereit für neue Plasma-Experimente.

Artikel veröffentlicht am 23. November 2021, 13:45 Uhr, Werner Pluta

Forschungsreaktor Wendelstein 7-X: Plasma im Dauerbetrieb (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Kernfusion gilt als die Energiequelle der Zukunft. In mehreren Versuchsanlagen wird intensiv an dem Thema geforscht. Am Greifswalder Forschungsreaktor Wendelstein 7-X ist der nächste wichtige Schritt vorbereitet worden: Dort soll künftig der Dauerbetrieb getestet werden.

Bislang wurde im Wendelstein 7-X ein Plasma nur für wenige Minuten erzeugt - 2018 war es erstmals gelungen, ein Plasma 100 Sekunden lang zu erhalten. In Zukunft wollen die Forscher fusionsrelevantes Plasma eine halbe Stunde erhalten.

Zwischen einem Plasma, das für Sekunden, und einem, das für eine halbe Stunde erzeugt werde, lägen technisch und physikalisch Welten, sagte Thomas Klinger, Leiter des Wendelstein 7-X, der Deutschen Presse-Agentur (dpa). Von einer halben Stunde zu einem Dauerbetrieb zu kommen, sei dann vor allem eine wirtschaftliche Frage. Um einen Dauerbetrieb demonstrieren zu können, wurde der Forschungsreaktor seit 2019 umgebaut. Unter anderem wurden 600 Wasserkühlkreise in die Anlage eingebaut. Die Arbeiten sind weitgehend abgeschlossen.

Kernfusion setzt sehr viel Energie frei

Kernfusion ist die Energiequelle der Sterne: Zwei Wasserstoffkerne verschmelzen zu einem Heliumkern, wobei sehr viel Energie freigesetzt wird. Genug etwa, um die Erde in einer Entfernung von etwa 150 Millionen Kilometern von der Sonne mit ausreichend Licht und Wärme zu versorgen. Um hier den Bedarf an Energie zu decken, wird versucht, den Prozess mit den Wasserstoffisotopen Deuterium (D) und Tritium (T) nachzubilden.

Das größte Problem dabei ist, dass sich die beiden positiv geladenen Atomkerne gegenseitig abstoßen. Sie verschmelzen nur unter extremen Bedingungen: bei einem Druck von 200 Milliarden Bar und einer Temperatur von 15 Millionen Grad Celsius. Solche Bedingungen herrschen nur im Innern eines Sterns wie der Sonne. Da sich ein solcher Druck auf der Erde nicht erzeugen lässt, muss die Zündtemperatur umso höher sein: Sie beträgt eben 100 Millionen Grad oder mehr.

Bei diesen Temperaturen geht Materie in den Plasmazustand über. Dabei werden die Elektronen von der Atomhülle abgetrennt. Es entsteht ein elektrisch leitendes Gemisch aus Elektronen und den ungebundenen Atomkernen, den Ionen. Kollidieren die Ionen dann, stoßen sie sich nicht gegenseitig ab, sondern verschmelzen zu einem Heliumkern. Dabei wird ein Neutron freigesetzt und Energie. Viel Energie: Mit der Fusion von einem Gramm Brennstoff könnten etwa 90.000 Kilowattstunden Strom erzeugt werden - etwa so viel wie durch die Verbrennung von elf Tonnen Kohle.

Es gibt zwei Reaktortypen

Derzeit gibt es zwei konkurrierende Konzepte für Fusionsreaktoren: den Stellarator wie der Wendelstein 7-X in Greifswald und den Tokamak wie der Versuchsreaktor Iter, der in Südfrankreich im Bau ist. Der Stellarator hat eine komplexe Magnetfeldgeometrie und ist deshalb aufwendiger. Dafür ermöglicht er einen Dauerbetrieb. Ein Tokamak hingegen arbeitet mit gepulstem Strom, bei dem das Plasma immer wieder neu gezündet werden muss.

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Der Stellarator Wendelstein 7-X in Greifswald. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)

Wendelstein 7-X ist jedoch ein reiner Forschungsreaktor, um zu testen, ob ein Stellarator ein für ein Fusionskraftwerk geeigneter Reaktor ist. Das erste Plasma wurde dort im Dezember 2015 gezündet. Bei späteren Experimenten wurde Plasma mit einer Temperatur von 20 Millionen Grad Celsius erzeugt. Im September kommenden Jahres soll das nächste Plasma in Greifswald erzeugt werden.

Kernfusion soll zwar künftig saubere Energie liefern. Kritiker wenden jedoch ein, dass sie einen hohen Aufwand erfordert und sehr teuer ist. Bis die Technik praxistauglich ist, sind zudem noch viele Probleme zu lösen. Die Kernfusion wird voraussichtlich nicht früh genug bereitstehen, um die geplante Klimaneutralität in der Europäischen Union bis zum Jahr 2050 zu erreichen.