Die Kernfusion soll die Kernspaltung ablösen
Die Erdbeben- und Tsunami-Folgen für das japanische Kernkraftwerk direkt an der Küste in Fukushima bringt in Deutschland die Stromgewinnung aus Kernkraft noch mehr in Misskredit. Für die deutschen Kernkraftgegner ist die Katastrophe in Japan ein gefundenes Fressen – zumal angesichts der vielen Wahlen in diesem Jahr. Emotionen werden bedient, Ängste zusätzlich geschürt. Deutsche Medien wirken daran besonders mit. Für Kernkraftgegner kommt das große Unglück wie gerufen.
Aber Tsunamis kommen in Deutschland nicht vor
Dabei bestehen die Gefahren, wie sie Kernkraftwerken mit Standort in Japan drohen und wie sie für das Fukushima-Werk zur schrecklichen Realität geworden sind, für die deutschen Kernkraftwerke nicht. Diese unterliegen höchsten Sicherheitsauflagen und Sicherheitskontrollen. Tsunamis kommen in Deutschland nicht vor und Erdbeben wie in Japan und anderen Erdgegenden ebenfalls nicht; der Rheingraben hat dieses tektonisch-seismische Potential wie dort bei weitem nicht. Aber trotzdem gilt jetzt die friedliche Nutzung der Kernkraft hierzulande als politisch endgültig erledigt, obwohl sachlich, technisch und wirtschaftlich zuviel dagegen spricht.
Wie steht es um das Kernfusionsprojekt Iter?
Wenn also in Deutschland – anders als in vielen anderen Staaten – die Kernspaltung nun erst recht nicht mehr gewollt ist, wie steht es dann mit der Kernfusion? Und wie kommen die Arbeiten an dem großen geplanten Kernfusionsreaktor voran? An diesem internationalen Projekt ist nämlich auch Deutschland wesentlich beteiligt – zum einen finanziell, zum anderen wissenschaftlich mit dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) mit Standorten in Garching und Greifswald, dem Forschungszentrum Karlsruhe und dem Forschungszentrum Jülich. Es handelt sich um das Großexperiment International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).
Global betrieben, global finanziert
Gemeinsam betrieben und finanziert wird es von sieben Partnern gemeinsam: China, Europäischer Union, Indien, Japan, Russland, Südkorea und den Vereinigten Staaten und durch deren Forschungskapazitäten ins Werk gesetzt. Europa wird 45 Prozent der Investitionskosten tragen, die übrigen Partner je 9 Prozent. Nach Auskunft aus dem IPP Greifswald stellen die Partner diese Beiträge nicht in Form von Barmitteln zur Verfügung, sondern als Sachleistung, als fertige Bauteile. Der EU-Beitrag belaufe sich nach jetziger Kostenschätzung auf 6,6 Milliarden Euro. Lateinisch heißt iter der Weg. Inzwischen wird die Kurzbezeichnung des Projekts in dieser Bedeutung verwendet.
Der gewaltige Kernfusionsreaktor Sonne
Mit Iter wollen die Forschungsinstitute der beteiligten Staaten die Kernfusion für die Menschen ebenso nutzbar machen, wie es mit der Kernspaltung in den Kernkraftwerken von heute schon seit Jahrzehnten geschieht, aber ohne deren Nachteile. Das Beispiel dafür ist die Sonne. Sie ist ein „gewaltiger Kernfusionsreaktor“, in der riesige Mengen Wasserstoff zu Helium verbrannt werden. Und die Forscher arbeiten daran, um das, was in der Sonne stattfindet, auf der Erde gleichsam zu kopieren und den künftigen Energiebedarf der Menschen mit Hilfe dieser irdischen Kopie sicherzustellen. Es geht also, wie gern gesagt wird, darum, „das Sonnenfeuer auf die Erde zu holen“.
Doch die Sonne auf Erden kopieren ist schwer
Der Fusionsreaktor Sonne allerdings verwendet normalen Wasserstoff. Im Aggregatzustand als heißes Plasma wird er dort durch den ungeheuren Druck infolge der Schwerkraft der Sonne zusammengehalten. Anders im Fusionskraftwerk auf der Erde; hier muss die Verschmelzung kontrolliert in einem geschlossenen Behälter ablaufen und das heiße Brennstoffgemisch in einen Magnetfeldkäfig eingeschlossen werden, um es von den Wänden des Vakuumsgefäßes fernzuhalten. Doch um die beiden Brennstoffe in diesem „Ofen“ zur Fusion, zur Verschmelzung ihrer Kerne zu bringen, muss die aus ihnen bestehende Plasma-Masse mehr als höllisch-heiß erhitzt werden, nämlich auf rund 100 Millionen Grad der Kelvin-Skala.
Mikrowellen als „Zündholz“ für die Fusion
Um sie auf diese Hitze zu entzünden, verwendet man als „Streichholz“ zum Beispiel elektromagnetische Wellen – das Prinzip entspricht dem des Mikrowellenherdes – und strahlt sie mit einem starken Sender auf das Wasserstoffgas-Brennstoffgemisch ein, wo sie dieses rasch ionisieren und auf hohe Temperaturen aufheizen. Um den Kernfusionsprozess zu starten, bedarf es eines solchen „Zündungsimpulses“ von nur wenigen Sekunden Dauer mit einer Heizleistung von typisch 10 Mega-Watt. Die Energie dafür liefert elektrischer Strom. Diese einmaligen 10 Mega-Watt stoßen dann einen Prozess an, der kontinuierlich 3000 Megawatt (3 Gigawatt) als thermische Leistung liefert und so lange läuft, bis man den Reaktor – zum Beispiel für Wartungsarbeiten – abschaltet. . Auch Radiowellen könnte man als Zündholz benutzen und ins Plasma hineinstrahlen. Oder beschleunigte Wasserstoffteilchen ins Plasma hineinschießen.
„Rohstoffe“ der Fusion sind Deuterium und Tritium
Das Fusionskraftwerk soll Energie dadurch erzeugen, dass Deuterium- und Tritium-Kerne, zwei schwere Isotope des Wasserstoffs, zu Helium verschmelzen, so dass aus der Reaktionshitze die gewünschte Energie gewonnen wird. Von allen möglichen Verschmelzungsreaktionen, die für ein Fusionskraftwerk in Frage kommen, ergibt die Reaktion zwischen den beiden Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium die größte Energieausbeute bei der vergleichsweise niedrigsten Temperatur. Deuterium lässt sich aus Meerwasser gewinnen. Tritium wird aus dem Metall Lithium gewonnen, wobei geplant ist, es im Fusionskraftwerk selbst zu erzeugen.
Was in Garching steht und in Greifswald entsteht
Das Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) beschreibt den Vorgang so: „Das Fusionsfeuer zündet in einem über 100 Millionen Grad Celsius heißen Plasma. Das ist ein ionisiertes Gas, das berührungsfrei in einem Magnetfeld eingeschlossen wird. Der internationale Testreaktor Iter soll zeigen, dass die Reaktion mehr Energie liefert, als aufzuwenden ist, um die hohe Zündtemperatur aufrechtzuerhalten. Dazu erforschen die Wissenschaftler unterschiedliche Anlagentypen und die Prozesse, die darin ablaufen. In Garching wird (schon seit zehn Jahren) der Tokamak Asdex Upgrade betrieben, die zurzeit größte deutsche Fusionsanlage. Im Teilinstitut Greifswald entsteht Wendelstein 7-X, die nach ihrer Fertigstellung weltweit größte Fusionsanlage vom Bautyp Stellarator. In Experiment und Theorie wird hier untersucht, wie sich die Fusionsbedingungen am effizientesten schaffen lassen. Nicht zuletzt werden im IPP auch die sozio-ökonomischen Bedingungen studiert, unter denen die Kernfusion zum künftigen Energiemix beitragen kann.“
Allerdings: Strom aus Kernfusion frühestens 2050
Aber bis es soweit ist, wird es noch dauern. Nach Auskunft vom IPP Garching wird das erste Kernfusions-Großkraftwerk, das Strom ins öffentliche Netz liefern kann, frühestens erst 2050 fertiggestellt sein – falls alle bis dahin noch nötigen Experimente und Vorstufen ohne Rückschläge geglückt sind. Zu ihnen gehört die Stellarator-Anlage in Greifswald. Ihre Montage verläuft plangemäß. Vier von fünf Modulen stehen schon am vorgesehenen Platz, und 2014 wird die Anlage fertiggebaut sein. Die Fertigstellung der Iter-Anlage in Cadarache (Südfrankreich), ursprünglich für 2015 vorgesehen, hat sich auf 2018/2019 verschoben. Diese Anlage soll zeigen, dass man energielieferndes Plasma herstellen kann und ein Energie lieferndes Fusionsfeuer möglich ist (http://www.ipp.mpg.de/ippcms/ep/ausgaben/ep201004/0410_iter.html). Außerdem sollen wesentliche technische Funktionen eines Fusionskraftwerks entwickelt und getestet werden. Hierzu gehören supraleitende Magnetspulen, die Tritium-Technologie, das Abführen der erzeugten Wärme-Energie sowie die Entwicklung fernbedient auswechselbarer Komponenten; ebenso bearbeitet werden Sicherheits- und Umweltfragen. (http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/pr/forschung/iter/index.html). Mit den beiden Fusionsbrennstoffen Deuterium und Tritium arbeiten soll der Testreaktor dann von 2026/2027 an.
Wenn Iter funktioniert, kommt DEMO
Ist Iter fertiggestellt, wird mit ihm mindestens zwanzig Jahre experimentiert. Aber Iter ist kein fertiges Kraftwerk, sondern immer noch nur eine Forschungsanlage. Läuft alles wie geplant, wollen die Forscher noch während dieser Laufzeit den Prototypen eines Fusionskraftwerkes planen und bauen. Es soll dann alles können und demonstrieren, dass sich Strom über längere Zeit erzeugen lässt, daher abgekürzt DEMO genannt. Die Bauplanung für ihn wird jetzt in Angriff genommen. Bis er fertig ist, wird es 2030 oder auch erst 2035 geworden sein. Mit ihm wird das Verfahren im Dauerbetrieb getestet. Das Großexperiment soll nachweisen, dass sich die Kernfusion zur Energiegewinnung prinzipiell eignet und dass das Konzept, das heiße Plasma mit Hilfe von starken Magnetfeldern einzuschließen, zukunftsträchtig ist. Wenn auch DEMO erfolgreich läuft, ist das eigentliche Großkraftwerk zur kommerziellen Stromgewinnung an der Reihe. Das also wird nicht vor 2050 sein.
Hohe Sicherheit, nur geringer radioaktiver Abfall
Das Schöne an dieser Kernfusion ist: Der Brennstoff ist nicht nur so gut wie unerschöpflich vorhanden, sondern auch (anders als Kohle, Erdöl, Erdgas, Uran) gleichmäßig über den Erdball verteilt, denn gewonnen wird das Deuterium aus dem Meer und das Tritium aus dem in der Erdkruste überall vorhandenen (mindestens für 30 000 Jahre reichende) Lithium. Damit sind rohstoffpolitische Konflikte wie bei den fossilen Energierohstoffen nicht zu befürchten. Das Schöne ist ferner die in dem Verfahren selbst liegende Sicherheit, weil es sich bei Störung selbst abschaltet. Auch gibt es keine Emissionen, und der radioaktive Abfall ist (als eine Folge der Aktivierung der Reaktorgefäßwände) deutlich geringer als bei Kernspaltungsreaktoren, die Halbwertzeiten in einem Fusionskraftwerk sind sehr viel niedriger als bei der Stromerzeugung durch Kernspaltung, und eine Kernschmelze oder was ihr vergleichbar wäre, ist hier physikalisch nicht möglich. Eine gefährliche, unkontrollierbare Kettenreaktion, wie sie bei der Kernspaltung passieren kann (Beispiel Tschernobyl), ist damit ausgeschlossen.
Wie alles begann: die Initiatoren Gorbatschow und Reagan
Initiatoren für Iter sind 1988 nach dem Ende des Kalten Krieges gemeinsam die Präsidenten Gorbatschow (Sowjetunion) und Reagan (Vereinigte Staaten) gewesen. Die ersten Design-Phase lief von 1992 bis 1998. An ihr waren die Vereinigten Staaten, Russland, Japan und die Europäische Union beteiligt. 1998 haben sich die Vereinigten Staaten zunächst von der weiteren Zusammenarbeit zurückgezogen. Dann kam es zu einer Um- und Neukonstruktion, verbunden mit einer deutlichen Kostensenkung. Nach einer weiteren Einigung 2006 übernahm die EU 45 Prozent der Kosten. Dafür durfte der Reaktor in Europa, in Cadarache, errichtet werden, gleich neben einem Kernforschungszentrum. 2008 fand der erste Spatenstich statt. Das erste Plasma sollte ursprünglich 2015 gezündet werden, jetzt erst 2019. Die Kosten haben sich von den 2006 geplanten 5,9 Milliarden Euro bereits mehr als verdoppelt.