Verschmelzen statt spalten – Teil 2
Kernfusion – die Sonne auf Erden: seit mehr als einem Jahrhundert wird geforscht,
aber nach wie vor weiß niemand, ob es
dieses „Weltwunder der Energie“ überhaupt jemals geben wird.
Eine Bestandaufnahme von Hans-Jürgen Mahlitz (Teil 2)
Die Militärs haben derlei Zweifel längst hinter sich. Das so genannte Manhattan-Projekt brauchte gerade einmal drei Jahre, um die ersten Atombomben zu bauen. Sie gewannen ihre zerstörerische Energie aus der Spaltung von Urankernen (zu über 80 Prozent das instabile, also radioaktive Isotop U235).
Als ob die Bomben von Hiroshima und Nagasaki noch nicht schrecklich genug gewesen wären: Nur sieben Jahren nach ihrem Einsatz mit Hunderttausenden Toten zündeten die Amerikaner 1952 die erste Wasserstoffbombe. Die Quelle ihrer tödlichen Energie war nicht die Spaltung schwerer, sondern die Verschmelzung leichter Atomkerne, nämlich der Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium – mit der 500-fachen Sprengkraft einer Kernspaltungsbombe. Eine solche wurde allerdings auch noch benötigt: als Zünder, um die explosionsartige Fusion in Gang zu bringen.
Erst nachdem der zerstörerische Nutzen der Kernbindungskräfte erwiesen war, wurde auch nach Möglichkeiten einer friedlichen Nutzung gesucht. Gilt also auch hier das zweieinhalb Jahrtausende alte Wort des griechischen Philosophen Heraklit (Πόλεμος πάντων μέν πατήρ εστί)? Ist also wieder einmal „der Krieg der Vater aller Dinge“?
Dass wir überhaupt wissen, woher die Energie stammt, die laut Goethe „die Welt im Innersten zusammenhält“, haben wir vor allem Albert Einstein zu verdanken. 1905 formulierte er seine Formel E=mc2 und stellte damit klar: Energie und Masse sind quasi zwei Seiten einer Medaille. 15 Jahre später entdeckte der britische Astrophysiker Arthur Eddington, dass Kernfusion die Energiequelle der Sonne und aller Sterne, also des gesamten Weltalls ist. Wiederum 18 Jahre danach beschrieb der deutsch-amerikanische Physiker Hans Bethe erstmals, wie diese Fusionsprozesse im Detail ablaufen; 1967 erhielt er dafür den Physik-Nobelpreis.
Dank Einstein, Eddington und Bethe wissen wir: Bei der Verschmelzung von vier Protonen, also Wasserstoffkernen, entstehen ein Heliumkern (zwei Protonen, zwei Neutronen) und ein Neutrino. Der neue Kern aber ist leichter als die Summe der Ausgangsteilchen. Der Masse-Überschuss wird, wie von Einstein vorhergesagt, in Form von Energie freigesetzt. Und nach Einsteins Formel ist das eine ganze Menge: Ein Gramm Fusions-Brennstoff, also Wasserstoff-Plasma, würde so viel thermische Energie liefern wie 12,3 Tonnen SKE (Steinkohleeinheiten), umgerechnet 100 MWh (100.000 Kilowattstunden). Das würde einer vierköpfigen Familie bei durchschnittlichem Verbrauch an Haushaltsstrom (ohne Heizung, Warmwasser und Elektromobilität) für 25 Jahre reichen.
Und Brennstoff ist mehr als genug vorhanden: Die Weltmeere enthalten 46 Billionen Tonnen des besonders geeigneten Wasserstoff-Isotops Deuterium, auch bekannt als Schwerwasser (je ein Proton und ein Neutron). Das ebenfalls gut geeignete Tritium (ein Proton, zwei Neutronen) kommt nur in der oberen Atmosphäre natürlich vor, kann aber leicht aus Lithium gewonnen werden – gute Nachrichten für die energiehungrige Menschheit insgesamt, eine schlechte Nachricht hingegen für alle Öl-Scheichs und Gas-Zaren dieser Welt.
Im Innern der Sonne läuft dieser Fusionsprozess seit nunmehr 4,5 Milliarden Jahren ab. Zur Zeit werden pro Sekunde 600 Tonnen Wasserstoffplasma zu 596 Tonnen Heliumkernen verschmolzen. Die dabei freigesetzten Energiemengen reichen locker aus, um das gesamte Sonnensystem mit Licht und Wärme zu versorgen. Bislang ist erst ein Zehntausendstel der Sonnenmasse verbrannt. Auch wenn der Fusionsvorgang sich mehr und mehr beschleunigt, wird der Vorrat an Brennstoff für weitere mindestens fünf Milliarden Jahre reichen.
Jedoch ist die Wasserstoff-Helium-Fusion bei weitem nicht die einzige: Ist der Wasserstoff erst einmal verbraucht, entstehen im Laufe der Zeit durch Verschmelzung immer schwerere Elemente; die dabei freigesetzte Energie nimmt allerdings kontinuierlich ab. Beim Eisen endet die positive Bilanz, Schwergewichte wie Gold oder Uran sind für die Natur ein Verlustgeschäft.
Ein solches ist bislang auch die internationale Fusionsforschung. Das Projekt, auf dem nun alle Hoffnungen beruhen, heißt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) und soll irgendwann den Nachweis erbringen, dass tatsächlich das „Prinzip Sonne“ auch auf der Erde praktikabel, also als Stromquelle kommerziell nutzbar sein kann.
Die Idee eines solchen internationalen Großprojekts stammte vom sowjetischen Generalsekretär Michail Gorbatschow, aufgegriffen haben sie 1985 die Präsidenten Frankreichs und der USA, Francois Mitterand und Ronald Reagan. Zentrum der daraus resultierenden konkreten Planungen war das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching/München. Erste Entwürfe in den 1990-er Jahren sahen eine Zielmarke von 1500 Megawatt Fusionsleistung mit entsprechend gigantischem Bauvolumen vor.
Sieben gleichberechtigte Partner beteiligen sich an dem Projekt: Euratom mit den 27 EU-Staaten, Großbritannien und der Schweiz, ferner die USA, China, Südkorea, Japan, Russland und Indien. Die Kosten wurden so verteilt: Die EU trägt fünf Elftel (davon Frankreich allein zwei Elftel), die restlichen sechs Partner je ein Elftel (9,1 %). Um den Standort bewarben sich Frankreich, Spanien, Japan und Kanada, das allerdings 2004 aus dem Projekt ausstieg. 2005 fiel die Entscheidung zugunsten Cadarache in Südfrankreich.
Die Baukosten wurden anfangs mit 5,5 Milliarden Euro beziffert. 2007 wurde mit dem Bau begonnen, ein Jahr später war der Kostenrahmen bereits um mehr als zehn Prozent überschritten. Fortan kletterten die Kosten wesentlich rasanter in die Höhe als die damit finanzierten Bauten. Schon 2010 räumte die EU-Kommission ein, ihr Kostenanteil habe sich von ursprünglich 2,7 Milliarden auf satte 7,3 Milliarden Euro verdreifacht. 2014 schlugen die Amerikaner Alarm, berechneten das US-Elftel mit 6,5 Milliarden Dollar. Doch selbst die von Washington hochgerechneten Gesamtkosten von über 50 Milliarden Dollar sind längst überholt; man nähert sich dem dreistelligen Milliardenbereich.
Als unrealistisch erwiesen sich auch die ursprünglichen Zeitvorgaben. Optimisten wollten anno 2016 erstmals ein Plasma zünden. Heute wird das aktuelle Zieldatum 2035 bereits wieder angezweifelt. Und was man erblickt, wenn man sich von Avignon aus dahin bewegt, wo einst van Gogh seine Sonnenblumen malte, darf mit einigem Wohlwollen allenfalls als Rohbau bezeichnet werden. Schon sagen Spötter, man habe einen baulichen Zustand erreicht, in dem mit einer Fertigstellung nicht mehr zu rechnen sei.
Die Ursachen sind vielfältig. Oft erwiesen sich bürokratische Vorgaben der einzelnen Partner als unvereinbar, oft wurde in teilnehmenden Ländern vorrangig darauf geachtet, der eigenen Industrie lukrative Aufträge zuzuschanzen, mit dem Ergebnis, dass teure Einzelkomponenten nicht passten, zu früh oder zu spät geliefert wurden. Zudem erweist sich die aktuelle weltpolitische Zeitenwende als nicht förderlich.
Ist das Projekt also zum Scheitern verurteilt? Wieder einmal eine grandiose Idee, leider für das wirkliche Leben völlig ungeeignet? Ende der Illusion, auch höchst unterschiedliche Partner könnten ein derartiges Projekt gemeinsam durchziehen?
Nein, trotz Kostenexplosion, trotz Zeitverzögerung, trotz Streit zwischen schwierigen Partnern! Mein Optimismus stützt sich auf einen „Kernbereich“ im wörtlichen Sinne: Da, wo die Kernfusionsforscher – die weltweit besten ihres Faches – unter sich sind, zum Beispiel an den Max-Planck-Instituten in Garching und Greifswald, funktioniert die internationale Zusammenarbeit. Da denkt niemand ans Aufgeben, da ist man fest überzeugt davon, alle technischen Schwierigkeiten überwinden und das Ziel erreichen zu können. Der Optimismus ist nicht unbegründet: Die Wissenschaftler haben eindeutig bewiesen, dass das Projekt „Sonne auf Erden“ physikalisch möglich und technisch machbar ist, dass „es geht“. Von den Kritikern hingegen hat noch keiner beweisen können, dass „es nicht geht“.
Und wenn tatsächlich, frei nach Heraklit, der Krieg das Maß aller Dinge sein sollte: Was allein dieser eine Krieg Russlands gegen die Ukraine bis jetzt schon gekostet hat, würde locker reichen für den ersten kommerziell funktionierenden Fusionsreaktor, inklusive aller bisherigen Kostensteigerungen und aller Hürden, die noch zu nehmen sind.