Kernfusion – Die ultimative saubere Energielösung am Horizont

Die Kraft der Sterne

Kernenergie hat bei vielen Menschen einen schlechten Ruf. Das ist teilweise gerechtfertigt, da Katastrophen wie Tschernobyl oder Fukushima ihr Ansehen beschädigt haben.

Andere Menschen vertreten die gegenteilige Meinung und halten alles, was nicht das Spalten von Atomen ist, für eine primitive und ineffiziente Art, Energie zu erzeugen. Sie verweisen auch auf die geringen CO₂-Emissionen und die hochstabile Grundlastenergie, die Kernenergie bieten kann.

Es ist wahrscheinlich, dass Kernenergie Teil unserer zukünftigen Energiemischung sein wird, besonders da die 4^te Generation von Kernreaktoren in Betrieb geht, die sauberer, sicherer und effizienter sein wird.

Allerdings beruhen all diese Reaktoren auf dem Konzept der nuklearen Spaltung. Sie nehmen sehr schwere Atome wie Uran, Thorium oder Plutonium und gewinnen Energie, wenn diese in leichtere Elemente zerfallen.

Eine andere Form der Kernenergie ist die nukleare Fusion. Sie beruht darauf, sehr leichte Elemente zu nehmen und sie zu schwereren zu verschmelzen.

Kernfusion ist buchstäblich das, was das Universum antreibt, denn jeder Stern ist ein gigantischer Kernfusionsreaktor. Jede Sekunde verbraucht die Sonne 600 Millionen Tonnen Wasserstoff. Zum Vergleich bedeutet das, dass die Sonne in 70 000 Jahren eine Menge Wasserstoff verbraucht, die der gesamten Erdmasse entspricht.

Komischerweise bedeutet das, dass Solarenergie (wie auch Wind, Biomasse und letztlich fossile Brennstoffe) im Grunde nur Kernfusionsenergie (von der Sonne) ist, nur mit zusätzlichen Schritten.

Also, wenn wir nur einen kleinen Teil davon auf der Erde nachahmen könnten, hätten wir praktisch eine unbegrenzte Energiequelle. Im Gegensatz zu Uran oder Thorium, die relativ selten sind, macht Wasserstoff 74 % aller im Universum verfügbaren Materie aus.

Spaltung vs. Fusion

Wenn wir Moleküle wie Erdgas oder Öl verbrennen, setzen wir die in den chemischen Bindungen des Moleküls enthaltene Energie frei. Das ist ein relativ hoher Energiegehalt, liegt aber weit unter dem, was in den Atomen selbst steckt.

Deshalb enthält 1 kg Uran die gleiche Energiemenge wie 2,7 Millionen kg Kohle. Wasserstoff, wenn er fusioniert, ist noch kraftvoller.

Wenn man über Kernenergie spricht, kann es verwirrend sein zu verstehen, warum man sowohl aus Fusion als auch aus Spaltung Energie gewinnen kann.

Der Grund ist, dass die im Atomkern enthaltene Energie je nach Gewicht des Elements variiert. Schwere Elemente besitzen mehr Energie im Kern als mittelgewichtige, sodass beim Spalten ein Teil dieser Energie als Wärme und Strahlung freigesetzt wird. Diese Wärme sammeln wir in Kernkraftwerken, um Strom zu erzeugen.

Aber sehr leichte Elemente sind noch energiereicher. Wenn wir sie zu mittelgewichtigen Elementen verschmelzen, setzen sie noch mehr Energie frei.

Quelle: Nature

Infolgedessen kann Kernfusion 3‑10 mal mehr Energie erzeugen als das Spalten von Atomen.

In Kombination mit der extremen Häufigkeit des leichtesten Elements, Wasserstoff, macht das Kernfusion theoretisch zu einer Quelle unbegrenzter Energie, begrenzt nur durch die Gesamtmenge an Materie im gesamten Universum.

Selbst im Sonnensystem enthalten die Gasriesen und die Kometenwolken so viel Wasserstoff, dass er die gesamte Erdmasse bei weitem übertrifft.

Realistisch betrachtet würde selbst eine Zivilisation, die das 1.000‑fache unseres derzeitigen Energieverbrauchs nutzt, nie ohne Brennstoff auskommen.

Noch besser: Das Endprodukt der Wasserstofffusion, Helium, ist ein ungiftiges, leichtes und chemisch nicht reaktives Gas. Es gibt also keinen giftigen Atommüll, der nach dem Prozess entsorgt werden muss.

Fusion ist schwer

Warum haben wir die menschliche Zivilisation noch nicht mit Kernfusion versorgt?

Nun, das Problem ist, dass Kernfusion schwer zu erreichen ist. Die Kerne der Wasserstoffatome besitzen eine positive elektrische Ladung und stoßen sich gegenseitig ab. Deshalb ist es sehr schwierig, sie nahe genug zusammenzubringen, damit Fusion stattfindet – ähnlich wie bei zwei ultra‑starken Magneten, die sich abstoßen.

In der Natur reicht nur die gewaltige Schwerkraft eines gesamten Sterns aus, um Wasserstoffatome so stark zu komprimieren, dass Fusion ausgelöst wird. Selbst ein so großer Planet wie Jupiter ist dafür „zu klein“.

Also ist es auf der Erde extrem schwer, Wasserstoffatome nahe zusammenzubringen.

Dennoch wurde es bereits in den 1950er‑Jahren von Fusionsmaschinen erreicht. Diese zeigten die Machbarkeit von Fusion, konnten jedoch nicht genug Energie zurückgewinnen, um die zum Auslösen der Fusion aufgewendete Energie zu übertreffen.

(Technisch wurde großskalige Kernfusion bereits 1952 mit der ersten thermonuklearen Bombe erreicht, aber das ist kaum eine nutzbare Methode, um eine sichere Stromversorgung zu erzeugen.)

Ein weiteres Problem ist, dass das Plasma der Kernfusion extrem heiß ist, meist über 100 Millionen Grad Celsius. Es muss also perfekt eingeschlossen werden, sonst schmilzt der Reaktor.

Aufgrund all dieser zu lösenden Probleme ist die Kernfusion ein langsam voranschreitendes Feld, mit dem sarkastischen Kommentar, dass „Fusion immer 30 Jahre in der Zukunft liegt“.

Ersetzen der Schwerkraft

Dieses Problem, genug Energie aus der Fusion zurückzugewinnen, im Vergleich zu der Energie, die zum Auslösen der Kernfusionsreaktion benötigt wird, ist ein wiederkehrendes Thema im Feld. Da Fusion so schwer zu erreichen ist, ist das Komprimieren selbst weniger Wasserstoffatome extrem energieintensiv.

Bis jetzt wurden mehrere Methoden vorgeschlagen.

Jede wurde demonstriert, dass sie „funktioniert“, das heißt, sie lässt Wasserstoff oder andere leichte Elemente zu schwereren verschmelzen und Energie freisetzen.

Tokamaks

Fusionsreaktoren erzeugen einen donut‑förmigen Raum mit Magnetfeldern, in dem das Kernfusions‑Plasma eingeschlossen werden kann.

Dies ist derzeit eines der Designs, das die höchste Chance hat, zu einem kommerziellen Fusionsreaktor optimiert zu werden. Der erste Tokamak wurde 1958 gebaut und ist das Grundkonzept für ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), das größte Forschungsprojekt zur Entwicklung kommerzieller Fusion, an dem fast alle technologisch fortgeschrittenen Nationen teilnehmen.

Quelle: DOE

Allerdings ist ITER ein von Problemen geplagtes Projekt mit erheblichen Verzögerungen. Kürzlich wurde angekündigt, dass energieliefernde Reaktionen möglicherweise nicht vor 2039 stattfinden werden.

Andere magnetische Fusionsreaktoren

Neben Tokamaks nutzen andere Designs Magneten, um das Plasma zu komprimieren und zu halten. Dazu gehören Stellaratoren, Sphäromaken und kompakte Toroide.

In einem Stellarator ist die Donut‑Form unregelmäßig/verdreht. Theoretisch könnte er eine längere Fusionsdauer und ein stabileres Plasma ermöglichen. In der Praxis ist er jedoch sehr schwer zu bauen und gilt als schwieriger als Tokamaks. Diese zusätzliche Komplexität hat die Modellierung am Computer stark erschwert, was die Vorhersage und den Bau teurer macht.

Sphäromaken ähneln Tokamaks, unterscheiden sich jedoch in der Art, wie das Magnetfeld erzeugt wird.

Kompakte Toroide versuchen, Fusion ohne eine magnetische Spule im Zentrum des Toroids (Donut‑Form) zu erzeugen, wodurch der Bedarf an komplexen Magneten reduziert wird.

Laser

Statt Wasserstoffatome mit einem Magneten zusammenzupressen, versucht ein anderer Ansatz mit Lasern, sie so stark zu erhitzen, dass sie kollidieren und dabei sofort Stoßwellen erzeugen, die die Wasserstoffatome zusammendrücken.

Ein gutes Beispiel ist die US National Ignition Facility (NIF), die 192 leistungsstarke Laserstrahlen auf ein Ziel von etwa der Größe eines Bleistiftgummis richtet, verstärkt, reflektiert und fokussiert. Das liefert 500 Billionen Watt Spitzenleistung an einer Stelle.

Quelle: Britannica

Dies ist das andere Hauptdesign, das als wahrscheinlich gilt, eines Tages eine brauchbare kommerzielle Fusion zu liefern.

Magnetbasierte Fusion hat mit komplexer Mathematik und Supraleitermaterialwissenschaft zu kämpfen. Laserinduzierte Fusion hat Schwierigkeiten, die Energie korrekt zu liefern und das Brennmaterial dicht und homogen genug zu halten, damit Fusion stattfinden kann.

Elektrischer Schub

Eine letzte mögliche Methode, Fusion künstlich zu erreichen, ist die Nutzung von elektrischen Strömen, um das Magnetfeld zu erzeugen, das das Plasma stärker zusammendrückt, oder Magnetized Target Fusion (MTF).

Eine solche Methode ist der Z‑Pinch, eine andere Methode verwendet pneumatische Kolben und die Injektion von Plasma. Ein Teilchenbeschleuniger könnte vielleicht das gleiche Prinzip erreichen.

Quelle: IEEE

Im Allgemeinen sind diese Designs deutlich kompakter als Tokamak‑ oder Laser‑Fusion.

Bemerkenswert ist, dass dieser Ansatz von privaten Fusionsunternehmen wie General Fusion (GFUZ )  und Helion bevorzugt wird.

Schritte zur kommerziellen Fusion

Erträge

Wie oben erklärt, ist Fusion noch ein stark experimentelles Feld, ohne klaren Weg zu einem kommerziell nutzbaren Design.

Insgesamt verbessert sich die Ausbeute von Fusionsreaktoren, das heißt, sie erzeugen zunehmend mehr Fusionsenergie im Verhältnis zur eingespeisten Energie, die zur Auslösung der Fusion nötig ist.

Im Jahr 2022 kündigten Forscher der US National Ignition Facility an, dass sie „eine Reaktion erzeugt haben, die mehr Energie liefert, als sie hineingesteckt hat“.

In der Praxis ist diese Behauptung etwas irreführend: Das laserbasierte Design lieferte tatsächlich 2,05 MJ Energie und erzeugte 3 MJ Energie durch Fusion.

Dies ignoriert die Tatsache, dass zur Erzeugung der 2,05 MJ Laserenergie ein Gesamtenergieverbrauch von 322 MJ nötig war, um diese Laserstrahlen zu erzeugen. Praktisch ist die gesamte Energierückgabe also immer noch um das 100‑fache zu klein, um einen „realen“ positiven Ertrag zu erzielen. Und noch niedriger, weil nicht die gesamte erzeugte Wärme wieder in Strom umgewandelt werden kann.

Dennoch ist dies ein wichtiger Meilenstein und eine beeindruckende Leistung.

Plasmasstabilität und Reaktionsdauer

Der entscheidende Punkt wird sein, eine selbsttragende Fusionsreaktion zu erreichen, bei der die bereits freigesetzte Energie ausreicht, um weitere Fusion auszulösen. Bis vor kurzem dauerten Fusionsreaktionen höchstens einige Dutzend Sekunden. In einem zukünftig kommerziell nutzbaren Reaktor könnten solche Reaktionen Minuten bis Stunden andauern, dank stabilerem Plasma.

Das könnte näher liegen als viele erwarten, mit einem neuen Rekord einer durchgehend 6‑minütigen Fusion, erreicht vom WEST‑Gerät (Tungsten (W) Environment in Steady‑state Tokamak) in Frankreich.

Dies zeigt, wie der innovative Einsatz von fortschrittlichen Materialien wie Wolfram den Weg für drastische Verbesserungen gegenüber klassischen Fusionsreaktor‑Designs ebnen könnte. Mehr dazu in unserem Artikel „Tungsten – Das geheime High‑Tech‑Metall“.

Günstige Supraleiter

Dieser Schritt ist besonders für magnetbasierte Fusionsreaktor‑Designs, aber auch für andere, nötig, da die Leistungspegel meist den Einsatz von Supraleitermaterialien im System erfordern.

Glücklicherweise entwickeln sich bessere Supraleiter, sogar Raum‑Temperatur‑Supraleiter‑Technologien, rasant weiter. Details dazu finden Sie in unserem Artikel „Fortschritte in der Supraleitung – Wegbereiter einer neuen technologischen Revolution“.

KI

Plasma ist ein unglaublich komplexer Aggregatzustand, sehr verschieden von den anderen drei (fest, flüssig, gas). Es ist extrem heiß und wird insgesamt schnell sehr instabil.

Instabiles Plasma bleibt im Reaktor nicht lange eingeschlossen, was den Fusionsprozess unterbricht.

Um dem entgegenzuwirken, versuchen die Magneten von Kernreaktoren, das Plasma ständig zu stabilisieren, indem das Magnetfeld in Echtzeit angepasst wird. Die damit verbundenen mathematischen Modelle sind enorm komplex, und selbst Supercomputer kämpfen damit, besonders wenn sie schnell reagieren müssen, um die richtige Reaktion dem Magneten des Reaktors zu signalisieren.

Dies könnte sich dank Fortschritten in der KI ändern, wie wir in einem kürzlich erschienenen Artikel berichteten. Dort erklärten wir, wie KI gelernt hat, das Auftreten von Instabilitäten im Plasma bis zu 300 ms im Voraus vorherzusagen.

„Wir müssen nicht mehr warten, bis die Instabilitäten auftreten, und dann schnell korrigierend eingreifen, bevor das Plasma gestört wird.“

Sicherheit

Kernfusion ist von Natur aus viel sicherer als Kernspaltung. Die Fusionsreaktion stoppt automatisch, wenn das Plasma expandiert, sodass keinerlei Risiko einer unkontrollierten Kettenreaktion besteht.

Allerdings muss die Kernfusion, bevor sie zu einer großflächigen Energiequelle wird, noch einige Sicherheitsfragen klären:

• Viele Reaktordesigns verwenden Tritium, da diese Fusionsreaktionen leichter auszulösen sind als Deuterium‑Deuterium‑Fusion. Tritium ist jedoch radioaktiv, sodass ein Reaktorversagen zu (kleiner) radioaktiver Kontamination führen könnte.
• Plasma‑Instabilität und Hochenergie‑Physik bergen ein inhärentes Risiko. Die Sicherheit von Betreibern und die Unversehrtheit des Reaktors während kontinuierlicher Stromerzeugung erfordern gute Sicherheitsverfahren und wahrscheinlich Design‑Optimierungen.
• Kernfusion erzeugt gelegentlich Neutronen, die die Reaktorwand allmählich in radioaktiven Abfall umwandeln. Obwohl das Volumen minimal ist, müssen diese Abfälle am Ende der Lebensdauer der Komponenten bzw. des gesamten Reaktors ordnungsgemäß verarbeitet werden.

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Weltraum‑Fusionsantrieb

Derzeit wird Kernfusion hauptsächlich wegen ihres Potenzials zur Stromerzeugung auf der Erde verfolgt. Ein weiterer Sektor, der stark von der Beherrschung der Kernfusion profitieren würde, ist die Weltraumerkundung und -kolonisation.

Dank ihrer sehr hohen Effizienz im Vergleich zur Treibstoffmasse sowie extrem hoher Temperaturen eignen sich Kernfusionsreaktoren hervorragend als Antriebssysteme für die Tiefenraumfahrt.

Theoretisch könnte sie sehr schnelle Beschleunigung und Reisezeiten ermöglichen, mit geringem Treibstoffbedarf und erhöhter Sicherheit für die Besatzung im Vergleich zu Alternativen wie chemischen oder kernspaltungsbasierten Antrieben. Der leichte Zugang zu und die Überfülle an Wasserstoff im Weltraum sind ein zusätzlicher Bonus.

In der Praxis könnte es jedoch herausfordernd sein, einen Fusionsreaktor klein und leicht genug zu machen, um ihn auf ein Raumschiff zu passen, selbst wenn wir das Design auf der Erde bereits gemeistert haben.

Würde die Kernfusion kommerziell nutzbar, würde das die Aussicht auf eine weltraumbasierte Wirtschaft (die wir hier mit und ohne Fusion diskutieren) komplett revolutionieren und die Menschheit sofort zu einer weltraumfähigen Spezies machen.

Kalte Fusion

Kalte Fusion ist ein kontroverses Thema. Im Konzept ist dies die Idee, dass Kernfusion ohne Plasma bei niedrigen Temperaturen erreicht werden könnte.

Ein vorgeschlagener Ansatz wäre die Nutzung von Materialien, die ihre Form ändern, sodass Wasserstoffatome gefangen und zum Verschmelzen gezwungen werden. Wasserstoff‑infundierte Metalle wie Palladium, Erbium und Titan wurden dafür vorgeschlagen.

1989 behaupteten die Forscher Stanley Pons und Martin Fleischmann, sie hätten eine solche Fusion erreicht. Leider waren jahrelange Versuche der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die Ergebnisse zu reproduzieren, bislang erfolglos, was zu Vorwürfen von schlechter Wissenschaft oder sogar offenem Betrug führte.

Die folgende Kontroverse würde das Bild dieses Konzepts dauerhaft beschädigen. Trotzdem wird es von einer kleinen Zahl Wissenschaftler weiterverfolgt, meist unter den Namen Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Condensed Matter Nuclear Science (CMNS) oder Chemically Assisted Nuclear Reactions (CANR).

Ein erneutes Interesse an dem Feld ist in den 2020er‑Jahren aufgetreten, um das Stigma unsachlicher Forschung zu überwinden. Besonders bemerkenswert ist, dass die US‑Regierungsbehörde ARPA‑E 2023 eine Handvoll Förderungen für Forschungsgruppen ankündigte, die an Low‑Energy‑Nuclear‑Reactions (LENR) arbeiten, nach interessanten Ergebnissen von NASA‑Forschern im Jahr 2020.

Kalte Fusion ist derzeit sehr unsicher und spekulativ. Der Rückkehr ernsthafter und gut finanzierter Forschung könnte jedoch die Situation klären und bestimmen, ob dies ein gangbarer Weg zur Erreichung von Kernfusion sein könnte.

Blasenfusion

Eine weitere Idee ist, dass Kernfusion in Blasen auftreten könnte, wenn sie kollabieren; zum Beispiel können Blasen in Wasser durch Ultraschall entstehen, ein Konzept, das manchmal auch Sonofusion genannt wird.

Theoretisch könnten die durch den Kollaps einer Blase in einer Flüssigkeit erzeugten Stoßwellen stark genug sein, um Fusion zu verursachen, nicht ganz unähnlich den durch Laser induzierten Stoßwellen. Das könnte das Phänomen der Sonolumineszenz erklären (die noch nicht vollständig verstandene Lichtemission, wenn eine Blase kollabiert).

Die Idee ist ebenso umstritten wie die kalte Fusion, wobei ihr Hauptbefürworter stark kritisiert wird.

Allerdings könnte die Idee nicht so tot sein, wie die letzten zwei Jahrzehnte der Kontroverse vermuten lassen.

Im Mai 2024 veröffentlichte ein wissenschaftliches Papier mit dem Titel „Beobachtung von Neutronenemissionen während akustischer Kavitation von deuteriertem Titanpulver“, veröffentlicht in der ultra‑prestigeträchtigen Zeitschrift Nature, und behauptete, potenzielle Fusionsereignisse mit Blasen aus schwerem Wasser gemischt mit Titanpartikeln nachgewiesen zu haben.

Wir konnten die Neutronenproduktion mehrere Stunden lang aufrechterhalten und das Experiment unter verschiedenen Bedingungen mehrfach wiederholen. Wir vermuten, dass die beobachteten Neutronen aus der Kernfusion von Deuteriumionen stammen, die im Titan‑Gitter aufgrund der mechanischen Wirkung der einwirkenden Kavitationstrahlen gelöst sind.

Die Kombination eines Titan‑Gitters (wie bei kalter Fusion) mit Kavitation (Blasen) ist mehr als faszinierend, und die Veröffentlichung in einer sehr seriösen, peer‑reviewten Zeitschrift könnte das Interesse an diesem Sektor neu entfachen, vielleicht als „Kalt‑Blasen‑Fusion“ ein unerwarteter wissenschaftlicher Durchbruch.

Privater Sektor steigt ein

Seit seiner Entstehung wurden die Felder der Plasmaphysik und Kernfusion hauptsächlich durch staatliche Forschung aus öffentlichen Mitteln vorangetrieben.

Das ist verständlich, da sie für die Entwicklung von Kernwaffenprogrammen hoch nützlich waren, wobei zum Beispiel die US National Ignition Facility ursprünglich entwickelt wurde, um Kernwaffentests zu ersetzen, statt Kernfusion zu erforschen.

Als ein Wissenschaftszweig ohne direkte kommerzielle Anwendungen musste die Finanzierung für Fusion größtenteils aus dem öffentlichen und akademischen Sektor stammen.

Dies ändert sich dank der Konvergenz von 3 Faktoren:

1. Jahrzehntelange Erfahrung im Sektor haben ein großes, frei zugängliches Wissensfundament und ausgebildete Wissenschaftler hervorgebracht, die für kommerzielle Unternehmen arbeiten können.
2. Kernfusion scheint näher denn je an einer kommerziellen Realisierung zu sein, was das Interesse von Investoren steigert. Und „Moonshot“-Investitionen sind jetzt populär, wobei Kernfusion vielleicht das ultimative Moonshot‑Projekt zusammen mit Asteroidenbergbau ist, das dauerhaft die Probleme von Energiemangel und Rohstoffknappheit lösen könnte.
3. Klimawandel, Geopolitik und Ressourcenverknappung konvergieren, um die Nachfrage nach einer reichlichen, kohlenstoffneutralen Energiequelle zu erhöhen.

So wird nun eine neue Welle von Kernfusionsbemühungen von privaten Unternehmen vorangetrieben, die Reaktordesigns von Grund auf neu überarbeiten, neue Methoden untersuchen und versuchen, für den Fusionssektor das zu replizieren, was Unternehmen wie SpaceX (SPCX ) für die Raumfahrt erreicht haben (wie die einst für unmöglich gehaltene Wiederverwendbarkeit von Raketen).

Fusionsunternehmen

Derzeit sind keine der Unternehmen, die daran arbeiten, Kernfusion kommerziell nutzbar zu machen, börsennotiert. Dazu gehören Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy und NEO Fusion. Sie können eine umfangreiche Liste von Start‑ups im Kernfusionsbereich auf der dedizierten Dealroom‑Seite finden.

1. General Fusion

General ist eines der Start‑ups, das die Fusion zu einem privaten Sektor‑Unternehmen macht, statt zu einem öffentlich finanzierten Physikprojekt.

Das Unternehmen wurde bereits 2002 gegründet, um Magnetized Target Fusion (MTF) Technologie zu entwickeln.

MTF wird vom Unternehmen als ein kürzerer Weg zu energiepositiver Fusion und deutlich kostengünstiger angesehen. General Fusion war 2010 das erste Unternehmen weltweit, das einen kompakten Toroid‑Plasma‑Injektor im Maßstab einer Kraftwerksanlage baute und in Betrieb nahm, und hat seitdem viele weitere Meilensteine erreicht.

Quelle: General Fusion

Das Unternehmen plant, bis 2025 Fusion bei einer Temperatur von 100 Millionen Grad Celsius zu erreichen und bis 2026 einen positiven Energiebilanz‑Durchbruch (Energie‑Break‑Even) zu erzielen. Vorher wurde 2023 ein Modell im Maßstab 1/5 gebaut, dessen Leistung den Erwartungen aus Computermodellen entsprach.

Insgesamt hat General Fusion über zwei Jahrzehnte hinweg Schritt für Schritt jede Kerntechnologie seines endgültigen Designs aufgebaut, getestet und bislang erfolgreich validiert.

Als privates Unternehmen musste es keine Designänderungen mit internationalen Projekten wie ITER verhandeln. Es konnte Technologie nach eigenem Ermessen auswählen, ohne politische Vorgaben für bestimmte Länder berücksichtigen zu müssen.

Quelle: General Fusion

Deshalb erwarten viele, dass General Fusion und einige seiner Konkurrenten das schaffen, was große Regierungsprojekte nicht schaffen können.

2. Lockheed Martin Corporation

Eine bemerkenswerte Ausnahme von den privat‑geführten Start‑ups ist das börsennotierte Unternehmen Lockheed Martin Corporation (LMT ), ein Riese der Verteidigungsindustrie.

Lockheed arbeitete seit den frühen 2010er‑Jahren an Compact Fusion, einem Kernfusionsreaktor, den es für die 2020er‑Jahre vorgesehen hatte. Es wurde jedoch angekündigt, dass die Arbeit an dem Projekt 2021 eingestellt wurde.

Das Unternehmen war nach einer anfänglich sehr öffentlichen Ankündigung sehr zurückhaltend bezüglich dieses Projekts. Bis heute ist unklar, was das Unternehmen dazu veranlasste, die Idee aufzugeben.

Gleichzeitig scheint es das Konzept nicht vollständig aufgegeben zu haben, insbesondere mit Investitionen 2024 in Helicity, ein Start‑up, das einen Fusions‑Antrieb entwickelt.

Die Idee wäre, Raumfahrzeuge mit kurzen Fusions‑Impulse zu betreiben. Helicity plant, eine Plasmakanone zu nutzen, ähnlich dem Ansatz von General Fusion.

Möglicherweise haben interne Ergebnisse von Lockheed gezeigt, dass ihr Design keine Fusion in einer Weise aufrechterhalten kann, die mit Energieproduktion kompatibel ist.

Aber vielleicht reichen kurze Impulse für den Antrieb im Weltraum aus und kommen damit dem fertigen Produkt näher? Das würde besser zum allgemeinen Luft‑ und Raumfahrt‑ und Verteidigungs‑Profil des Unternehmens passen.

3. TAE Technologies

Früher bekannt als Tri Alpha Energy, konzentriert sich das kalifornische Unternehmen auf die Entwicklung von Fusions‑Energie‑Technologie. TAE Technologies rüstet seine Fusionsplattform Norman derzeit zu einer sechsten‑Generation‑Maschine namens Copernicus auf.

Quelle: TAE

TAE‑Technologie nutzt Teilchenbeschleuniger, um Energie in das Plasma zu injizieren und „als Verdickungsmittel zu fungieren, das es handhabbarer macht“.

Das Unternehmen verwendet außerdem ausgiebig 3D‑Druck bei der Herstellung von Copernicus, was schnelle Iterationen neuer Bauteile und schnellere Problemlösungen ermöglicht. Beispielsweise konnten sie einige Reaktorkomponenten mit halb so geringem Gewicht wie bei konventioneller Fertigung herstellen.

Quelle: TAE

Wenn alles glatt läuft, erwartet das Unternehmen, in den frühen 2030er‑Jahren sein erstes Prototyp‑Kraftwerk zu bauen, das an das Stromnetz angeschlossen werden kann, und die Skalierung zu einem „robusten und zuverlässigen“ kommerziellen Kraftwerk im Laufe des Jahrzehnts fortzusetzen. Fusion, so CEO Michl Binderbauer, würde uns in ein „Paradigma des Überflusses“ führen.

In den letzten 25 Jahren operierte das Unternehmen nach einem „Milestone‑basierten“ Finanzierungsmodell, bei dem jede Finanzierungsrunde nur auf Basis der erreichten Meilensteine an Investoren ausgezahlt wird.

2022 investierten Google und Chevron (CVX ) in TAE Technologies im Rahmen einer 250‑Millionen‑Dollar‑Finanzierungsrunde. Google arbeitet bereits seit einem Jahrzehnt mit TAE zusammen und stellt dem Unternehmen KI‑ und Rechenleistung zur Verfügung.

Das Unternehmen bietet zudem Life‑Science‑Dienstleistungen (Boron‑Neutron‑Capture‑Therapie – BNCT) und Energie‑Lösungen wie Batterien und E‑Mobilität an.

4. Helion

Helion strebt an, Fusion mit Deuterium und Helium‑3 zu erzeugen, anstatt den üblichen Ansatz zu verfolgen, der sich auf Fusion mit Tritium konzentriert.

Normalerweise ist Helium‑3 sehr schwer zu finden. Helion hat jedoch ein Verfahren entwickelt, um es aus Deuterium in seinem eigenen Reaktor zu produzieren. Andernfalls wären unbewiesene Mondbergbau‑Methoden nötig gewesen.

Wie die meisten privaten Fusion‑Unternehmen nutzt Helion die Plasmainjektions‑Technologie.

Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist die direkte Stromerfassung aus dem Plasma, wobei das Faradaysche Gesetz genutzt wird, um einen Strom zu induzieren und damit den üblichen Dampf‑Heiz‑Kreislauf von Kernkraftwerken zu überspringen.

Dieser Schritt ist recht kühn, könnte aber die Ausbeute zukünftiger Kraftwerke um das 2‑3‑Fache steigern, da die Umwandlung von Wärme zu Dampf zu Strom üblicherweise sehr ineffizient ist. Gleichzeitig ist das Verfahren kapitalintensiv.

Helions Fusionskraftwerk soll nahezu keine Brennstoffkosten, niedrige Betriebskosten, hohe Verfügbarkeit und konkurrenzfähige Kapitalkosten haben. Unsere Maschinen benötigen deutlich geringere Kapitalkosten, weil wir Fusion so effizient betreiben können und keine großen Dampfturbinen, Kühltürme oder andere teure Anforderungen traditioneller Fusionsansätze benötigen.

Helion betreibt derzeit Trenta, seinen 6. Generation‑Reaktor, der über 10 000 Impulse und Temperaturen von 100 Millionen Grad Celsius erreicht hat.

Quelle: Helion

Er wechselt derzeit zu Polaris, seinem nächsten Modell, das voraussichtlich 100‑mal schneller als Trenta sein soll und damit das erste Kernfusions‑Projekt werden würde, das einen Netto‑Energie‑Gewinn erzielt.

Es ist bemerkenswert, dass Polaris 19 m lang wäre, also weit entfernt von einer riesigen Installation im Vergleich zu anderen, klassischeren Fusionsreaktor‑Designs.