Proxima Fusion’s Durchbruch bringt die kommerzielle Kernfusion näher

Die Dekarbonisierung des Energiesektors ist entscheidend, um die Herausforderung des Klimawandels zu bewältigen. Der Bedarf an kohlenstofffreien Energiequellen verstärkt sich weiter durch den Aufstieg neuer Technologien wie künstlicher Intelligenz (KI), die viel Energie verbraucht.

Neben sauberem Strom gibt es auch eine wachsende Energienachfrage für kohlenstofffreie Wärmeerzeugung, Wasserentsalzung und direkte Kohlenstoffabscheidung aus der Atmosphäre.

Während erneuerbare Energiequellen wie Solar, Wind und Geothermie an Bedeutung gewinnen, gibt es eine noch leistungsfähigere Option, die hohe Zuverlässigkeit, hohe Kapazität und Beständigkeit bietet und dabei einen relativ geringen CO₂‑Fußabdruck aufweist.

Diese leistungsstarke kohlenstofffreie Energiequelle sind Fusionskraftwerke, die einen bedeutenden Teil des zukünftigen weltweiten Bedarfs an sauberer Energie decken sollen.

Fusionsenergie ist der Weg, die Dekarbonisierung zu beschleunigen

Fusion ist eine der umweltfreundlichsten Energiequellen, weil es keine schädlichen atmosphärischen Emissionen gibt. Das bedeutet, dass Fusion nicht zu Treibhausgasemissionen (THG) beiträgt und damit indirekt die globale Erwärmung.

Gleichzeitig deuten Schätzungen darauf hin, dass der Preis für Fusionsenergie bereits relativ früh in ihrer technologischen Entwicklung wettbewerbsfähig sein wird. Studien extrapolieren Kapazitätskosten für zukünftige Fusionskraftwerke im Bereich von 1–10 $/W, was zu Kostenschätzungen für Fusionsenergie von 20–100 $/MWh führt.

Der Fusionsprozess verbindet zwei leichte Elemente zu einem schwereren Kern und setzt dabei enorme Energie frei. Die Reaktionen finden in einem Materiezustand namens Plasma statt, einem heißen, geladenen Gas aus positiven Ionen und frei beweglichen Elektronen mit einzigartigen Eigenschaften.

Dies ist anders als die Kernspaltung, bei der ein schweres Element gespalten wird in Fragmente. Als Brennstoff nutzt die Fusion Quellen wie Wasserstoff und Lithium, die reichlich und leicht verfügbar sind.

Ein Fusionsreaktor ist ein Gerät, das Kernfusion nutzt, um Strom zu erzeugen. Der ITER Tokamak ist der weltweit größte und leistungsstärkste Fusionsreaktor. 

ITER ist ein internationales Forschungs- und Ingenieurprojekt zur Kernfusion, an dem China, die Europäische Union, Indien, Japan, Korea, Russland und die Vereinigten Staaten beteiligt sind und das darauf abzielt, Energie durch einen Fusionsprozess zu erzeugen, der dem unserer Sonne und den Sternen ähnelt.

Die Replikation dieser Kernfusion im industriellen Maßstab auf der Erde kann praktisch unbegrenzte saubere, sichere und erschwingliche Energie liefern. Daher werden kontinuierlich Anstrengungen unternommen, sie nachzubilden und die daraus gewonnene Energie zu nutzen.

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Einführung einer kommerziell nutzbaren Fusionsenergie

Seit Wissenschaftler vor vielen Jahrzehnten erstmals die Theorie der Kernfusion verstanden haben, arbeiten groß angelegte Projekte daran, die Lücke zu einer Fusionskraftwerkslösung mit magnetischer Einschlussmethode zu schließen.

Dazu gehören das STEP‑Sphärische‑Tokamak‑Programm im Vereinigten Königreich, der SPARC‑Tokamak in den USA, CFETR in China sowie der Tokamak ITER.

Obwohl Tokamaks als der vielversprechendste Weg zu einem Fusionskraftwerk gelten, stehen sie vor Herausforderungen, weil sie anfällig für Plasmaphänomene sind. Dies stellt ein erhebliches Hindernis für kommerziell nutzbare Betriebe dar. Daher wird geforscht, dieses Problem durch Vorhersage‑ und Minderungs‑Methoden zu lösen. Bislang gab es jedoch keine experimentellen Nachweise, die die Machbarkeit eines Kraftwerks belegen.

Ein Forschungspapier des deutschen Start‑ups Proxima Fusion zeigt den ersten quasi‑isodynamischen (QI) Stellarator mit geringen schnellen Teilchenverlusten. Das Design des Fusionsreaktors soll den schnellsten Weg zu kommerziell nutzbarer Fusionsenergie bieten.

Stellaris, so heißt es, sei „für den Dauerbetrieb konzipiert und intrinsisch stabil“, sagte Proximas Mitbegründer und CEO Francesco Sciortino. „Kein anderes Design eines Fusionskraftwerks hat bisher gezeigt, dass es dazu in der Lage ist.“

Während Stellaratoren hinsichtlich der Energieeinschluss‑Eigenschaften dem Tokamak ähneln, vermeidet ihr Design problematische, stromgetriebene Plasmaphänomene. Diese Stellaratoren ohne nettes toroidales Strom im Plasma können im Dauerbetrieb laufen. Das bedeutet, dass sie intrinsisch thermische und mechanische Bauteilmüdigkeit reduzieren und die Notwendigkeit eines teuren Plasma‑Stromantriebssystems eliminieren.

Stellaratoren haben also mehrere Vorteile gegenüber Tokamaks, etwa höhere Stabilität und geringeren Energiebedarf. Das Fehlen einer Greenwald‑ähnlichen Dichtegrenze bei Stellaratoren bedeutet zudem, dass sie bei deutlich höheren Dichten betrieben werden können, was wegen der günstigen Skalierung der Fusionsleistung mit der Brennstoffdichte vorteilhaft ist.

Der QI‑Stellarator ist derzeit besonders vielversprechend für Reaktoranwendungen, da er von Natur aus reduzierte selbstinduzierte Ströme aufweist. Unter den untersuchten Stellarator‑Optionen hat der modulare, low‑shear QI‑Stellarator den höchsten Technologiereifegrad, der im weltweit größten Stellarator, dem Wendelstein 7‑X, erforscht wird. Er ist Ergebnis von über 1,3 Mrd. € Fördermitteln der deutschen Bundesregierung und der Europäischen Union.

Der W7‑X ging vor einem Jahrzehnt in Betrieb, erreichte jedoch erst vor einigen Jahren seine vollen Design‑Spezifikationen. Die Experimente am W7‑X haben nun die Reduktion des neoklassischen Transports auf ein Niveau erreicht, bei dem Turbulenzen der Haupttreiber für den Wärmetransport im Plasma sind.

Das bedeutet, dass optimierte Stellaratoren nun so konzipiert werden können, dass sie neoklassische Transportwerte erreichen, die denen von Tokamaks ähneln. Folglich sind optimierte Stellaratoren grundlegend denselben physikalischen Beschränkungen wie Tokamaks unterworfen, behalten jedoch die entscheidende Stabilität der Stellaratoren bei.

Während der Wendelstein 7‑X für die Forschung entwickelt wird und am Max‑Planck‑Institut für Plasmaphysik (IPP) in Deutschland steht, könnte Stellaris eines Tages das Stromnetz versorgen.

„Das IPP ist ein Vorreiter der Stellarator‑Optimierung. In den letzten Jahren konnten wir Stellaratoren entwerfen, deren physikalische Eigenschaften voraussichtlich beispiellose Leistungen ermöglichen. Dennoch bleiben zahlreiche technologische und ingenieurtechnische Herausforderungen, Probleme, die Proxima Fusion in Zusammenarbeit mit dem IPP in dieser bahnbrechenden Studie mutig angegangen ist,“ sagte Prof. Dr. Per Helander, Leiter der Stellarator‑Theorie‑Abteilung am Max‑Planck‑IPP. „Dies ist wichtige und notwendige Arbeit auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk, das wir durch diese Zusammenarbeit beschleunigen wollen.“

Das Design wird mit Proximas erstem Demonstrator zum Leben erweckt, der voraussichtlich in sechs Jahren fertiggestellt wird. Der Demonstrations‑Stellarator Alpha wird das allererste Fusionsgerät sein, das eine Nettoenergieproduktion im Dauerbetrieb demonstriert.

Dies wird die Grundlage für den ersten 1‑GW‑Fusionsreaktor des Unternehmens schaffen, den es hofft, irgendwann in den 2030er‑Jahren in Betrieb zu nehmen.

KI nutzen, um die größte Herausforderung zu bewältigen

Aus dem Max‑Planck‑Institut für Plasmaphysik ausgegründet, hat das in München ansässige Proxima letzten Sommer 20 Mio. € an Finanzierung erhalten, um die erste Generation von Fusionskraftwerken auf Basis von QI‑Stellaratoren mit Hochtemperatur‑Supraleitern zu bauen und die Fusion zu einem tragfähigen Geschäft zu machen.

Die vorauseilende und überzeichnete Seed‑Runde wurde von der Schweizer VC‑Firma Redalpine geleitet, mit Beteiligung des von der deutschen Regierung unterstützten DeepTech & Climate Fonds, des bayerischen, von der Regierung unterstützten Bayern Kapital und der Max‑Planck‑Stiftung.

Seine bestehenden Investoren, darunter der Tomorrow Fund, Wilbe, High‑Tech Gründerfonds, UVC Partners und Plural, haben ihre Vor‑Seed‑Investitionen ebenfalls verdoppelt.

Der Fokus von Proxima Fusion liegt, wie wir bereits erläuterten, auf QI‑Stellaratoren, die, so das Unternehmen, ein sicheres, kohlenstofffreies und praktisch unbegrenztes Energiepotenzial bieten. Ein Stellarator ist ein Ring aus Magneten in Donut‑Form. Diese Magneten sind präzise positioniert und können das Plasma einschließen.

Zu diesem Zeitpunkt bemerkte das Unternehmen, dass die Ergebnisse der Stellar‑Optimierung das Feld der Kernfusion revolutioniert haben und es ermöglichen, die Herausforderungen mit einem Ansatz anzugehen, der sich auf Ingenieurwesen und Simulation konzentriert und fortschrittliche Rechenleistung nutzt.

Fortschritte in der Rechenleistung ermöglichen es Proxima Fusion, die größte Herausforderung bei Stellaratoren – die Komplexität ihrer Konstruktion und ihres Baus – zu bewältigen. Genau diese Komplexität veranlasste Wissenschaftler in den 1960er‑Jahren zur Wahl des Tokamaks.

Heute unterstützen KI‑Supercomputer das Proxima‑Team, zu dem Ingenieure von Google, SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), MIT und McLaren Formula‑1 gehören, beim Entwurf ihres Fusionsreaktors.

KI ermöglicht es dem Unternehmen, die besten Fusionsreaktor‑Designs schnell zu iterieren, basierend auf Schlüsselkriterien wie Kosten, Effizienz und Materialverfügbarkeit. Das eliminiert die Notwendigkeit, mehrere Prototypen zu bauen, sodass Proxima sofort mit dem Bau eines funktionierenden Demonstrators beginnen kann. Laut Sciortino:

„Das Verständnis komplexer Geometrien und ihrer Konsequenzen ist alles bei Stellaratoren. KI hilft Proxima, Muster zu entdecken, die zu einfacheren, schnelleren und günstigeren Designs führen.“

Stellaris ist hier so konzipiert, dass es mehr Leistung pro Volumeneinheit erzeugt als jeder andere Stellarator. Dafür werden Hochtemperatur‑Supraleiter‑Magneten (HTS) eingesetzt, um stärkere Magnetfelder zu erzeugen. Das ermöglicht nicht nur eine Größenreduktion, sondern auch effizientere, kostengünstigere und schneller zu bauende Reaktoren.

Das Unternehmen verwendet zudem ausschließlich vorhandene Materialien, was bedeutet, dass die Reaktoren mit bestehenden Lieferketten gebaut werden können.

„Zum ersten Mal zeigen wir, dass Fusionskraftwerke auf Basis von QI‑HTS‑Stellaratoren möglich sind. Das Stellaris‑Design umfasst eine beispiellose Bandbreite an physikalischen und ingenieurtechnischen Analysen in einem kohärenten Entwurf. Um Fusionsenergie zur Realität zu machen, müssen wir nun zu einem vollständigen Engineering‑Design übergehen und die Schlüsseltechnologien weiterentwickeln.

– Dr. Jorrit Lion, Mitbegründer und Chefwissenschaftler von Proxima Fusion

Mit all diesen Ergebnissen sagte Ian Hogarth, Partner bei Plural, Proxima habe bewiesen, was es mit Stellaris erreichen wollte:

„QI‑HTS‑Stellaratoren als führende Technologie im globalen Wettlauf um die kommerzielle Fusion.“

Das Unternehmen plant 2027 seine Stellarator‑Model‑Coil (SMC) Demo‑Magnet, die die Technologie hinter den im Reaktor verwendeten Spulen testen und validieren wird, um die Machbarkeit von HTS‑Materialien in einem solch komplexen Magnetspulensystem zu beweisen. Dies wird die HTS‑Technologie vollständig entlasten, bevor ein großmaßstäblicher Stellarator wie „Alpha“ gebaut wird, von dem erwartet wird, dass er eine Netto‑Fusionsenergieproduktion erreicht.

„Angesichts steigender globaler Energienachfrage und des wachsenden Bedarfs an europäischer Energiesicherheit war es noch nie so dringend, unbegrenzte saubere Energie durch Fusion zu erschließen, und Proxima ist entschlossen, Europa in eine von Fusion angetriebene Zukunft zu führen.“

– Sciortino

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Großer nuklearer Vorstoß bei großen Tech-Unternehmen

Interessanterweise machen nicht nur kleine Privatunternehmen, sondern auch große öffentliche Organisationen Fortschritte in diesem Bereich. Während sie in Fusionskraftwerke investieren, liegt ihr Fokus hauptsächlich auf kleinen modularen Reaktoren (SMRs), die keine Fusionskraftwerke, sondern eine Art Kernspaltungsreaktor sind. Diese SMRs können nicht nur schneller in Betrieb genommen werden, da der Bau weniger Zeit beansprucht, sondern sind auch effizienter als groß angelegte Kernreaktoren, die von KI‑Manie angetrieben werden.

Da sie als wichtiger Treiber des künftigen Wirtschaftswachstums gelten, haben sowohl der Privatsektor als auch die Regierungen Milliarden von Dollar in die Forschung an Fusionskraftwerken investiert, da diese sich noch im Erkundungsstadium befinden und noch nicht öffentlich sind.

Kernfusion wird tatsächlich seit etwa 75 Jahren erforscht, und trotz alledem hat sie noch keinen nennenswerten Nettoenergieertrag erzielt. Laut dem Bericht „Big Ideas for 2025“ von Cathie Woods Ark Invest könnte die Kommerzialisierung, obwohl private Fusionsunternehmen in den nächsten Jahren Durchbrüche versprechen, noch etwa 15 Jahre dauern.

1. Microsoft

Im September des letzten Jahres sicherte sich Microsoft (MSFT ) eine Vereinbarung mit Constellation Energy Constellation Energy (CEG ) zur Wiedereröffnung des Kernkraftwerks Three Mile Island, um dem Technologieriesen zu helfen, seinen steigenden Energiebedarf zu decken. Die Anlage wurde 2019 stillgelegt, wird jedoch 2028 wieder eröffnet und bis mindestens 2054 in Betrieb sein.

„Die Entscheidung hier ist das kraftvollste Symbol für die Wiedergeburt der Kernenergie als saubere und zuverlässige Energiequelle,“ sagte Joe Dominguez, CEO von Constellation Energy Corp. (CEG), einem Unternehmen mit einer Marktkapitalisierung von 75,7 Mrd. $, dessen Aktien derzeit bei 241,65 $ gehandelt werden, ein Anstieg von 7,65 % im Jahresverlauf.

Der größte Produzent von kohlenstofffreier Energie in den USA, Constellation, betreibt einen Fuhrpark von Kernkraftwerken. Die Wiederaufnahme von Three Mile Island wird über 800 MW Leistung bereitstellen, die alle von Microsoft im Rahmen eines 20‑jährigen Stromliefervertrags gekauft werden.

Zusätzlich hat Microsoft einen Vertrag mit Helion, um Strom aus dessen erstem Fusionskraftwerk zu kaufen, sobald es 2028 mit der Stromerzeugung beginnt.

Mit einer Marktkapitalisierung von 2,95 Billionen $ werden MSFT-Aktien derzeit bei 398,60 $ gehandelt, ein Rückgang von 5,81 %. Das Unternehmen zahlt eine Dividendenrendite von 0,84 %. Für das 4. Quartal 2024 meldete das Unternehmen einen Umsatz von 69,63 Mrd. $, ein Wachstum von 12,3 % gegenüber dem Vorjahr, während das Ergebnis je Aktie (EPS) bei 3,23 $ lag.

Microsoft führt bei der Kommerzialisierung von KI, wobei sein KI‑Geschäft in diesem Jahr eine annualisierte Umsatzrate von 13 Mrd. $ erreichte. Dies ist dank der engen Partnerschaft mit dem ChatGPT‑Entwickler OpenAI gelungen. Das Unternehmen brachte im letzten Jahr KI‑Assistenten unter der Marke Copilot heraus.

2. Google

Google hat sich mit Kairos Power für bis zu sieben SMRs mit einer Gesamtkapazität von 500 Megawatt zusammengeschlossen. Dies wird dem sieben Jahre alten Startup helfen, seinen ersten kommerziellen Reaktor bis zum Ende dieses Quartals in Betrieb zu nehmen und weitere Reaktoren bis 2035. Kairos hat zudem 300 Mio. $ Fördermittel vom US-Energieministerium für sein Hermes‑Projekt, ein Demonstrationskraftwerk für Kernreaktoren, erhalten.

Michael Terrell, Googles Senior Director für Energie und Klima, bezeichnete diese Vereinbarung als „Meilenstein“ und sagte:

„Wir glauben, dass Kernenergie eine wichtige Rolle dabei spielen kann, unseren Bedarf zu decken, und zwar sauber und rund um die Uhr.“

Neben der Unterstützung eines sauberen Wachstums glaubt Terrell, dass Kernenergie ihnen helfen wird, „den Fortschritt der KI zu realisieren.“ Darüber hinaus könne, wenn diese Projekte global skaliert werden, Google „enorme Vorteile für Gemeinschaften und Stromnetze weltweit liefern“, fügte er hinzu.

Zusätzlich hat Google in TAE Technologies investiert, ein Unternehmen, das jahrelang im Verborgenen agierte und über eine Milliarde Dollar aufgebracht hat, um Fusionsenergie zu entwickeln. Google ist seit 2014 mit TAE in Partnerschaft.

Mit einer Marktkapitalisierung von 2,08 Billionen $ werden GOOGL-Aktien derzeit bei 171,65 $ gehandelt, ein Rückgang von 10,05 %. Das Unternehmen zahlt eine Dividendenrendite von 0,47 %. Für das 4. Quartal 2024 meldete die Muttergesellschaft Alphabet (GOOG ) einen Umsatz von 96,47 Mrd. $ und ein EPS von 2,15 $.

Das Unternehmen berichtete, dass sein Umsatz bei 11,96 Mrd. $ lag, angetrieben vom KI‑Boom, obwohl es immer noch hinter Microsoft und Amazon zurückbleibt. Es plant in diesem Jahr 75 Mrd. $ Investitionsausgaben, getrieben vom Ausbau von Rechenzentren und Infrastruktur für KI.

Fazit

Das Interesse an Kernenergie, sowohl Fusion als auch Spaltung, steigt, da die Welt nach einer sauberen, zuverlässigen Energiequelle sucht, um wachsende Energiebedarfe zu decken, KI‑Initiativen zu unterstützen und ambitionierte Netto‑Null‑CO₂‑Ziele zu erreichen.

Bei der Fusionsenergie werden historisch Tokamaks als magnetische Einschlussgeräte in Fusionsreaktoren eingesetzt. Während sie das Plasma heiß halten, erhalten Stellaratoren jetzt Aufmerksamkeit wegen ihrer Fähigkeit, das Plasma stabil zu halten. Da KI die größte Herausforderung der Stellaratoren – die Komplexität – adressiert, könnten sie zur bevorzugten Option für ein zukünftiges Fusionskraftwerk werden.

Hier führt Proxima Fusion die Initiative zu einer kommerziell nutzbaren Lösung an, indem es KI‑gesteuertes Design, Hochtemperatur‑Supraleiter und Stellarator‑Technologie nutzt. Mit seinem ersten Demonstrator, der in sechs Jahren fertiggestellt werden soll, und Plänen für einen 1‑GW‑Fusionsreaktor in den 2030er‑Jahren setzt Proxima neue Maßstäbe im Wettlauf, eine unbegrenzte, kohlenstofffreie Energiequelle zu erschließen.

Da die globalen Energienachfragen steigen und die Dringlichkeit der Dekarbonisierung zunimmt, wird Fusion schnell zu einer greifbaren Realität!

Klicken Sie hier, um mehr über das angekündigte erste kommerzielle Kernfusionsprojekt zu erfahren.

Studienreferenz:

1. Lion, J., Anglès, J.-C., Bonauer, L., et al. (2025). Stellaris: A high-field quasi-isodynamic stellarator for a prototypical fusion power plant. Fusion Engineering and Design, In Press, Corrected Proof, 114868. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2025.114868