Kernfusion

Die Kernfusion ist die Energiequelle der Sonne und der Sterne. Gelingt es, sie auf der Erde zu nutzen, steht der Menschheit eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung, welche die Umwelt nur gering belastet und keine Treibhausgase produziert. Die Kernfusion hat das Potenzial, zur Schlüsseltechnologie der nachhaltigen Entwicklung der Menschheit zu werden. Dahin ist es aber noch ein weiter Weg.

Umweltfreundliches verschmelzen von Atomkernen

In herkömmlichen Kernkraftwerken und in Brüterkraftwerken werden sehr schwere Atomkerne gespalten, um Energie zu gewinnen. Anders bei der Kernfusion: Hier werden sehr leichte Atomkerne zu schwereren Atomkernen verschmolzen («fusioniert»), wobei noch mehr Energie freigesetzt wird. Dieser Vorgang ist die Energiequelle unserer Sonne und der Sterne. Dort wird Wasserstoff – das leichteste Element im Universum – über mehrere Stufen zum Edelgas Helium verschmolzen. Bei dieser Kernfusion wird aus einem einzigen Gramm Wasserstoff etwa die gleiche Menge Energie freigesetzt wie bei der Verbrennung von acht Tonnen Erdöl oder elf Tonnen Kohle.

Ein wesentlicher Vorteil der Kernfusion liegt darin, dass der für den Betrieb eines Fusionskraftwerks nötige Rohstoff Lithium (der Ausgangsstoff für Tritium) auf der Erde in nahezu unbegrenzter Menge vorhanden ist. Zudem entstehen beim Fusionsprozess keine radioaktiven Brennstoffabfälle – das Fusionsprodukt Helium ist weder radioaktiv noch sonst gesundheitsschädlich. Beim Betrieb eines Fusionskraftwerks werden einzig die technischen Installationen im Reaktorinnenraum radioaktiv. Ihre Radioaktivität klingt jedoch innert 100 Jahren ab. Geologische Tiefenlager wären nicht nötig.

Extrem heisses Fusionsfeuer

Die Fusionsreaktion auf der Erde in einem Kraftwerk auszulösen, stellt die Wissenschaftler und Ingenieure vor grosse Herausforderungen. Denn das Fusionsfeuer zündet erst bei extrem hohen Temperaturen von über 100 Millionen Grad. Materialien für ein Reaktorgefäss, die diese Temperaturen aushalten, gibt es jedoch nicht. Der Kernbrennstoff muss daher frei in einem Magnetfeld im Reaktorraum schweben und darf die Wände nicht berühren.

Eine Option für die Zukunft

Bevor Kernfusionskraftwerke gebaut werden können, müssen die Wissenschaftler und Ingenieure noch gewaltige technische Herausforderungen meistern. Als nächster Schritt auf dieses Ziel hin wird in den kommenden Jahren in Cadarache in Südfrankreich der internationale thermonukleare Versuchsreaktor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) gebaut. Mit dem ITER-Projekt, an dem sich Wissenschaftler aus aller Welt beteiligen, soll die wissenschaftliche und technische Machbarkeit der Fusion zur Energieerzeugung gezeigt werden. «ITER» ist auch ein lateinisches Wort und bedeutet «der Weg».

Globale Zusammenarbeit

Das enorme Energiepotenzial der Kernfusion ist die Triebfeder für die weltweite Forschung auf diesem Gebiet. In den letzten Jahrzehnten wurden bedeutende Fortschritte erzielt. Ende der 1990er-Jahre zeigten die Wissenschaftler der europäischen Versuchsanlage JET in Grossbritannien, dass die Kernfusion auf der Erde grundsätzlich möglich ist.

Aufgrund dieses Erfolgs haben sich zahlreiche Länder zusammengefunden und im Jahr 2006 die ITER-Organisation gegründet. Ziel von ITER ist es, in Südfrankreich einen grossen Versuchsreaktor zu bauen. Am Projekt beteiligt sind die Europäische Atomgemeinschaft Euratom (und damit auch die Schweiz), China, Indien, Japan, Russland, Südkorea und die USA.

Mit dem Versuchsreaktor ITER wollen die beteiligten Länder die technische Machbarkeit der Energiegewinnung aus Kernfusion nachweisen. Erstmals soll ein Kernfusionsreaktor mehr Energie liefern, als er selbst zum Betrieb benötigt. Zudem wollen die Wissenschaftler herausfinden, welche praktischen Hindernisse der kommerziellen Nutzung der Kernfusion noch im Weg stehen.

Schweiz ist mit dabei

Im Rahmen des Euratom-Vertrags beteiligt sich die Schweiz seit 1979 an der Fusionsforschung und am ITER-Projekt. Für die Fusionsforschung gibt der Bund jährlich 20 bis 25 Millionen Franken aus. Das ist etwas mehr als für die Forschung im Bereich der Kernspaltung, aber deutlich weniger als für die erneuerbaren Energien und die Energieeffizienz.

Hauptakteur der Fusionsforschung in der Schweiz ist das «Swiss Plasma Center» der ETH Lausanne mit angegliederten Forschungsgruppen am Paul Scherrer Institut (PSI). Eine Übersicht der Forschungstätigkeiten finden Sie hier. Die Schweizer Industrie ihrerseits profitiert von Auftragsvergaben und vom Technologietransfer.