Dienstag, 21. März 2023

Die Laserfusion zündet
Start-ups versprechen die Zukunft der Energie

Zum ersten Mal hat ein Laser Wasserstoffkerne verschmolzen und dabei mehr Energie gewonnen als investiert. Die technischen Hürden sind enorm, doch in zehn bis 15 Jahren könnte ein erstes Fusionskraftwerk fertig sein, heißt es. Wie glaubhaft ist das?

Von Frank Grotelüschen | 29.01.2023

Ein Bündel von blauen Laserstrahlen trifft auf das "Target" in einem Hohlraum und löst die Fusion aus (Illustration)
Eine Miniatur-Sonne von Menschenhand, gezündet von superstarken Lasern - um daraus ein Kraftwerk zu bauen, müsste man "nur noch" die Zahl der Fusionen von einer am Tag auf zehn pro Sekunde erhöhen (imago/Zuma/Lawrence Livermore National Laboratory)
Montag, der 5. Dezember 2022, eine Pressekonferenz des US-Energieministeriums. Der Anlass: ein Durchbruch, nach mehr als 60 Jahren Forschung. Ein riesiger Laser hat Wasserstoff zu Helium verschmolzen - und zwar so, dass dabei mehr Energie herauskam, als an Laserenergie hineingesteckt wurde. Eine Weltpremiere für die Kernfusion.

US-Präsident Joe Biden gibt sich enthusiastisch: In zehn Jahren könnte das erste Fusionskraftwerk laufen – so glaubt man jedenfalls im Weißen Haus. Auch Start-ups aus Deutschland jubeln: "Unser Ziel ist es, Anfang der 2030er kommerzielle Kraftwerke zu bauen." - "Nachdem jetzt Zündung gezeigt wurde, sind wir der Meinung, die Zeit ist reif."

Vom Grundlagenforscher zum Unternehmer

Ein Bürohaus in einem Gewerbegebiet in Darmstadt, es ist später Vormittag. Schwungvoll stürmt Markus Roth in den Besprechungsraum seiner Firma, die hier einen der Büroflure gemietet hat. An sich ist Roth Grundlagenforscher, Physikprofessor an der TU Darmstadt. Doch im Juli 2021 wurde er zum Unternehmer. Ein Start-Up; die Latte hängt hoch.
„Focused Energy ist gegründet worden mit dem Ziel, bis zum Ende des Jahrzehnts zu demonstrieren, dass wir die kontrollierte Fusion zur Energiegewinnung nach einem speziellen Verfahren, das wir vorhaben, realisieren können - und zur Mitte des nächsten Jahrzehnts das erste kommerzielle Fusionskraftwerk ans Netz zu bringen.“
Anfang der 2000er Jahre, als Postdoc, hatte Roth in Kalifornien gearbeitet, um dort den größten Laser der Welt mit aufzubauen. Dabei traf er auf einen jungen US-Forscher, Todd Ditmire. „Wir wurden sehr enge Freunde seit 23 Jahren.“
Roth ging als Professor nach Darmstadt, Ditmire nach Austin in Texas. „Wir haben uns immer im Auge behalten und wollten immer mal was gemeinsam machen. Und da kam die Idee, unter anderem durch einen amerikanischen Investor: Warum macht Ihr nicht eigentlich eine Firma auf?“
Ein Farbfoto zeigt eine Art gewaltigen Feuerball, der einer Lavakugel ähnelt, davon löst sich eine gewaltige Flamme NASA/SDO
Vorbildhaftes Höllenfeuer: Satellitenaufnahme einer gewaltigen Sonneneruption (picture alliance / Photoshot)

Nachbilden, was in der Sonne passiert

Eine Firma, die schnell und flexibel agieren kann. „Da wir beide seit über 20 Jahren im öffentlichen Dienst forschen, in der Grundlagenforschung, wissen wir, mit welcher Geschwindigkeit das im öffentlichen Dienst typischerweise vorangeht.“ Und: Eine Firma, die das in die Tat umsetzen soll, was die beiden Physikprofessoren schon lange umtreibt: Lässt sich mit der Fusion auf Laserbasis die Energiewende schaffen?

„Die erste Reaktion war: Was für eine verrückte Idee! Dann hat man eine Nacht drüber geschlafen, und am nächsten Morgen sind wir aufgewacht und haben gesagt: Was, wenn das funktioniert?“ Ein Reaktor, der ohne Ende Energie erzeugt, quasi unerschöpflich. Kein CO2, kein langlebiger Atommüll. „Was, wenn wir damit tatsächlich einen signifikanten Beitrag zum Erhalt unseres Klimas auf der Erde, zur Energieversorgung der Menschheit beitragen können?“

„Die Mission ist nachzubilden, was in der Sonne passiert, also Wasserstoff zu verschmelzen. Dabei wird Energie frei.“ Garching, das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, kurz IPP. Auch hier tüftelt man an der kontrollierten Kernfusion. Nur sitzen Hartmut Zohm und seine Leute nicht in einem angemieteten Büroflur, sondern einem ausgewachsenen Forschungsinstitut: drei Dutzend Gebäude, 650 Angestellte, Jahresetat 143 Millionen. Gegründet wurde das IPP schon 1960, denn die Vision ist alles andere als neu. „Im Prinzip kann man dadurch bei sehr geringem Materialeinsatz Wasserstoff verschmelzen zu Helium und dabei Energie gewinnen.“

Das klassische Fusions-Konzept mit Magnet-Ringreifen...

Keine Kernspaltung wie in einem Atommeiler, sondern eine Kernverschmelzung. Auf dem Papier ist das hocheffektiv: Ein Gramm Wasserstoff umgesetzt zu Helium würde genauso viel Energie liefern wie das Verbrennen von elf Tonnen Steinkohle. Wasserstoff als Brennstoff wäre quasi unerschöpflich. Zwar würde ein Fusionsreaktor Radioaktivität erzeugen. Doch die Risiken wären ungleich kleiner als bei einem Atommeiler: Weder wäre ein GAU durch eine unkontrollierbare Kettenreaktion zu befürchten, noch gäbe es langlebigen Atommüll. Der Fusionsreaktor wäre der bessere Kernreaktor.

„Am Anfang war es so, dass man gedacht hat, man kommt relativ schnell zum Ziel und kann Fusionsreaktoren in 20, 30, 40 Jahren bauen. Das hat sich nicht erfüllt.“ Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen, ist schwierig. An sich stoßen sich die Kerne ab. Erst wenn sie sich extrem nahe sind, kann die Fusion einsetzen.
Nur: Um sie derart dicht aneinander zu drücken, braucht es Energie. Und die muss man erst mal aufbringen. „Man muss ja Bedingungen im Labor schaffen, ähnlich wie im Sonneninneren. Und dann hat sich herausgestellt, dass es sehr schwierig ist, dass tatsächlich da 100-200 Millionen Grad im Zentrum sind.“

Das Max-Planck-Institut in Garching versucht es – wie die meisten anderen Fusionsforschungseinrichtungen der Welt – seit Jahrzehnten mit Reaktoren, die aussehen wie überdimensionale Ringreifen: Magneten schließen Wasserstoffgas ein, Mikrowellen heizen es auf 100 Millionen Grad auf – in der Hoffnung, dass dabei möglichst viele Wasserstoffkerne zu Helium verschmelzen. „Das ist in den 90er Jahren schon mal erreicht worden. Allerdings nur für sehr kurze Zeiträume. Und das ist vor nicht allzu langer Zeit, Ende 2021, noch mal für längere Phasen am sogenannten Jet-Experiment gezeigt worden.“

...kommt vielleicht zu spät - wenn es denn überhaupt zündet

Doch das sind nur Zwischenziele. Die entscheidende Frage: Ist es möglich, mehr Energie aus so einem Magnetkäfig herauszuholen als man hineinsteckt? Das wäre die Nagelprobe: Die Fusion muss zünden. „Die ist noch nicht erfolgt. Dafür gibt es bei der magnetischen Fusion einen nächsten Schritt, das sogenannte ITER-Experiment, das zurzeit in Südfrankreich aufgebaut wird und dann in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts in Betrieb gehen soll.“

ITER, ein riesiger Ringreifen, 30 Meter hoch, finanziert aus Steuergeldern. Der Gigant soll zehnmal soviel Energie erzeugen wie man an Heizleistung hineinsteckt. Aber: „ITER ist deutlich verzögert gegenüber dem ursprünglichen Zeitplan.“

Technische Probleme, Management-Pannen, Corona: All das ließ die Kosten explodieren, auf mehr als 20 Milliarden Euro. Auch der Zeitplan geriet aus den Fugen. „Es war so, dass verkündet wurde: Die Maschine geht in Betrieb Ende 2025. Ich glaube nicht, dass sich das halten lassen wird. Da wird es ein paar Jahre Verzögerung geben.“

Wann ITER die Kernfusion zünden und der Magnetkäfig-Methode zum Durchbruch verhelfen wird, weiß derzeit niemand. Vielleicht 2035, vielleicht aber auch später. Und bis dann ein Kraftwerk basierend auf der ITER-Technik stehen könnte, dürften weitere Jahrzehnte vergehen, fürchten viele und glauben deshalb: Diese Art der Kernfusion kommt zu spät.
Die ITER-Baustelle am Kernforschungszentrum Cadarache in Saint Paul les Durance, Südfrankreich am 10.08.2022. Am Hauptgebäude ist ein Plakat aufgehängt mit den Worten "We have delivered".
Auch das Magnetkäfig-Fusionskonzept wird weiterhin erprobt - aber "liefern" wird ITER noch sehr lange nicht (imago/Dirk Sattler)

Lange Durststrecke für den stärksten Laser der Welt

Das eröffnet Möglichkeiten für das konkurrierende Konzept - die Laserfusion. Markus Roth: „Die Laser-Fusionsforschung ist zum Teil bis Mitte der 90er Jahre daran gehindert worden, international sich zu vernetzen und Erfolge zu erzielen. Teilweise dadurch, dass einige dieser Sachen von den Militärs hinterm Zaun gehalten wurden.“ Wer die Laserfusion erforscht, kann im Prinzip auch einiges über die Wasserstoffbombe lernen. Deshalb hoben die Atommächte erst spät die Geheimhaltung auf, zumindest zum Teil.

„Da konnte ab Mitte der 90er Jahre die Laserfusionsforschung eigentlich erst Fahrt aufnehmen. Und dann muss man auch klar sagen: Für die Fusion braucht man große und komplexe Maschinen. Die sind teuer, die dauern Jahre, um gebaut zu werden. Und es hat eben gedauert, bis man auch bei der Laserfusion eine Maschine gebaut hatte, die groß und leistungsfähig genug war, um die Fusion zu demonstrieren.“

Diese Maschine entstand in Kalifornien, am Militärforschungszentrum Lawrence Livermore. National Ignition Facility, so heißt sie, kurz NIF. Der stärkste Laser der Welt, rund vier Milliarden Dollar teuer. Im Frühjahr 2007 ist die NIF fast fertig – eine Halle groß wie ein Fußballstadion. Der Physiker Bob Kauffman zeigt damals auf 192 dicke Metallröhren. Durch sie fliegen Laserblitze hindurch. Bevor die Anlage einen Laserschuss abgibt, muss die Halle evakuiert werden. Ansonsten könnten Menschen verletzt werden.
Die Laserblitze sind extrem stark. „Das sind Terawatts. Aber für eine sehr kurze Zeit.“ Von allen Seiten feuern die 192 Lichtblitze auf eine Kapsel, in der ein pfefferkorngroßes Kügelchen aus Deuterium und Tritium steckt. Die Laserstrahlen sollen den Brennstoff so stark komprimieren und erhitzen, dass er zündet. Bis September 2010 soll NIF so weit sein, so der ursprüngliche Plan von Bob Kauffman und seinen Leuten.

Doch es kam anders: Jahr für Jahr mühte man sich an der NIF vergebens, musste Rückschläge einstecken, viele hielten das Projekt für gescheitert. Erst in den letzten Jahren ging es voran, das Team verbesserte die Laser und das Design der Brennstoffkapsel.
Blick in die untere Hemisphäre der Zielkammer der National Ignition Facility, NIF
Durchbruch am Militärforschungszentrum Lawrence Livermore - nach langer Durststrecke (Damien Jemison / Lawrence Livermore National Laboratory)

Von einer Fusion am Tag bis zu zehn pro Sekunde?

Und so dauerte es zwölf Jahre länger als geplant, bis zum 5. Dezember 2022, ein paar Tage später verkündet vom US-Energieministerium. „Bei der Zündung wurde mehr Energie erzeugt, als von den Lasern hineingesteckt wurde, anderthalb Mal mehr.“ „Das zeigt, es ist machbar. Das ist ein fundamentaler Grundstein auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk. Dies ist einer der beeindruckendsten wissenschaftlichen Erfolge des 21. Jahrhunderts.“

Das Ergebnis löst auch in Deutschland Euphorie aus. Noch am Tag der Verkündigung schickt „Focused Energy“ eine Pressemitteilung, bejubelt einen Meilenstein auf dem Weg zu einer sicheren, sauberen und schier unerschöpflichen Energieerzeugung. Doch klar ist: Der Weg zum Reaktor ist noch weit. So können die Laser von NIF nur ein Brennstoffkügelchen am Tag ins Visier nehmen.
"Focused Energy" will das zehnmal pro Sekunde schaffen. Dabei soll jedes Kügelchen nicht nur einmal beschossen werden, sondern doppelt, mit zwei aufeinander folgenden Lichtsalven. Die erste soll die Deuterium-Tritium-Kügelchen zusammenpressen, auf weniger als ein Hundertstel ihres Volumens. Dann soll die zweite Salve den Brennstoff zünden, unter Extrembedingungen. Markus Roth: „Der Lichtdruck, den wir erzeugen, sind ungefähr 500 Milliarden Atmosphären.“

Aber: Damit die Kügelchen zünden können, müssen sie eine ganz besondere Form haben. „Das lege ich Ihnen am besten unters Mikroskop, damit wir uns das etwas genauer angucken können.“ Ein Labor an der TU Darmstadt, vollgestellt mit Mikroskopen, Analysegeräten und Präzisionsfräsen. Hier geht Roths Kollege Gabriel Schaumann einer zentralen Frage nach: Wie genau müssen die Brennstoffkügelchen aussehen? „Da sieht man, dass das etwas rauer ist. Können Sie es erkennen? Das sind etwa 1,6 Millimeter hier oben.“

Unter dem Mikroskop wird klar: Es ist nicht nur ein Kügelchen, sondern ein komplexeres Gebilde: In das Kügelchen ist eine trichterförmige Öffnung eingelassen, ein winziger Konus aus Gold. „Eine Schultüte. Das genau ist es. Ein Metallkonus aus Gold mit einer Wandstärke zwischen zehn und 50 Mikrometern.“
Ein trichterförmiger "Hemi-Cone" aus Gold ist auf einem Trägerstab montiert
Die "Mini-Schultüte" aus Gold liefert Protonen für die Fusions-Zündung (Focused Energy)

Präzisions-Laserfeuer auf winzige Ziele

Diese Mini-Schultüte ist das Ziel der zweiten Lasersalve, also des Zündpulses. Trifft dieser Puls auf die Goldfolie, erzeugt er rasend schnelle Protonen. Die donnern dann auf den eigentlichen Brennstoff, das Deuterium-Tritium-Gemisch, das kurz zuvor von der ersten Lasersalve zusammengestaucht wurde. Ein komplexer Zündmechanismus. In einem Kraftwerk müsste er sich ziemlich oft abspielen. „Da wir das bei zehn Hertz, 864.000 Stück machen müssen pro 24 Stunden – wenn Sie an einen Reaktor denken, der wirklich Energie ins Netz einspeist – dann ist das die Stückzahl an Targets, die wir einschießen müssen.“

Fast eine Million Brennstoffkügelchen pro Tag müsste ein Reaktor also durchschleusen. Wie dieser Reaktor aussehen soll, hat Markus Roth bereits ziemlich genau vor Augen. „Wir gehen davon aus, dass ein Kraftwerk die Größe von circa zwei Fußballfeldern hätte. Es würde aus einigen hundert Laserstrahlen bestehen. Dann hat man im Zentrum die Reaktorkammer, Durchmesser zehn bis zwölf Meter. Die Laserstrahlen würden von allen Seiten in diese Reaktorkammer einstrahlen, so dass sie alle zusammen im Zentrum auf dieses zwei Millimeter große Kügelchen treffen. Jedes einzelne dieser Kügelchen enthält Energie, die vergleichbar ist mit einer vollgeladenen Batterie eines großen Elektroautos. Das machen Sie zehnmal pro Sekunde, dann haben Sie so was wie zwei Gigawatt Fusionsleistung.“

Zwei Gigawatt Leistung, mehr als bei einem Atommeiler. Doch die Herausforderungen sind enorm, das weiß auch Markus Roth. Laser, die zehnmal pro Sekunde ultrastarke Lichtblitze abfeuern, müssen erst noch entwickelt werden. Ähnlich anspruchsvoll die Massenfertigung von Abermillionen Brennstoffkügelchen, den sogenannten Targets. Und auch der Umgang mit ihnen dürfte alles andere als einfach werden.

„Wenn Sie zehnmal pro Sekunde ein Target in eine Kammer feuern, während eine Zehntelsekunde vorher gerade eine thermonukleare Explosion in dieser Kammer stattgefunden hat, ist das eine gewisse Herausforderung. Sie müssen gucken, dass Sie die Laser so ausrichten, dass das Target verlässlich getroffen wird.“

"Keine Schwarze Magie" - aber gewaltiger Forschungsaufwand

Etliche Hürden, Focused Energy will sie Schritt für Schritt überwinden. 2024: ein erster Teststand. „Mit dieser Anlage, das sind erst mal nur vier Laserstrahlen, wollen wir Teile des Physikkonzeptes beweisen und optimieren. Unser Lasersystem wird alle drei Minuten einen Schuss abgeben können. Das reicht zwar noch nicht für das Kraftwerk, aber er gibt uns hunderte von Experimenten am Tag.“

2028: die Demonstrationsanlage. „Da wird man um die 200 Laser brauchen. Bis Ende des Jahrzehnts wollen wir zeigen, dass wir damit die Fusion verlässlich zünden können. Und das alle drei Minuten, um zu demonstrieren, dass die Technologie im Prinzip in der Lage ist, damit ein attraktives Kraftwerk zu bauen.“

2037: der erste kommerzielle Reaktor. „Das ist früh genug, um bis 2050 Kraftwerke zu bauen, mit denen man sinnvoll zur Energieversorgung beitragen kann. Wir werden bis 2050 geschätzt um die 40.000 Großkraftwerke in der Welt bauen müssen, um den wachsenden Energiebedarf der Menschheit zu halten. Und wir müssen diese Kraftwerke CO2-frei bauen, wenn wir einigermaßen irgendwelche Grad-Ziele halten wollen.“

„Da ist keine schwarze Magie dabei. Wissenschaftlich gibt es eigentlich nichts daran auszusetzen von der Art, dass man sagen würde, das ist ein prinzipieller Show-Stopper.“ Meint Hartmut Zohm vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. „Wenn man es machen will, muss man allerdings einen riesigen Forschungsaufwand treiben.“ Eine Forschungsagenda, die innerhalb von 15 Jahren kaum zu bewältigen ist. „Das ist ein Aufwand, der sicher nicht in der Zeitspanne, die angegeben ist, zu machen ist. Und der auch deutlich mehr braucht, als nur in eine Firma zu investieren, wenn man das machen wollte.“

Fusionskraftwerke wären die besseren Atommeiler

Das weiß auch Markus Roth – und strebt deshalb die Zusammenarbeit an mit anderen. „Wir wissen, wir werden allein die Fusion nicht lösen können. Aber unser Start-up-Unternehmen, wenn es die Expertise aus den großen Labors aus der Grundlagenforschung mitnimmt und die kombiniert mit der Innovationskraft und dem Tempo eines Start-ups, dann kann das was werden.“

Brauchen könnten einen Fusionsreaktor wohl am ehesten Kernkraft-Länder wie Frankreich, sie könnten einfach ihre Atommeiler durch Fusionskraftwerke ersetzen. Aber Deutschland? Windkraft und Solarenergie kombiniert mit Energiespeichern sollen hierzulande den Strombedarf decken. Manche sind skeptisch, etwa Hartmut Zohm:

„Allerdings glaube ich persönlich nicht daran, dass wir 100 Prozent Regenerative plus Speicher in Deutschland machen. Man sieht ja auch jetzt, dass es eine gewisse Grundlast gibt, die wir brauchen und die auch dafür da ist, Stabilität im Netz herzustellen. Und das ist immer noch die Rolle von entweder fossilen Energieträgern, die wir aber hoffentlich abschaffen wollen oder dann halt nuklearen. Und da kommt die Kernfusion anstelle von der Spaltung ins Spiel.“

Ein Drittel unseres Strombedarfs könnte sich durch die Fusion decken lassen, erzeugt von einigen Dutzend Reaktoren. Als Reservekraftwerk eignen sie sich nicht, eher für den Volllastbetrieb. Dabei ist Focused Energy längst nicht das einzige Start-up, das an die Technik glaubt.
Blick in das Labor mit dem CALA-Hochleistungslaser an der Uni München
Blick in das Labor mit dem CALA-Hochleistungslaser an der Uni München (Frank Grotelüschen/Dlf)

Erst einmal neue, starke Laser entwickeln

Heike Freund, gelernte Ingenieurin, kündigte 2020 ihren Job bei McKinsey, um als Managerin bei einer noch jungen Firma in München anzuheuern – „Marvel Fusion“. „Aufgrund dieser neuesten Erkenntnisse in Laser-Wissenschaften ist der Wunsch entstanden, Fusion in die Wirklichkeit zu bringen. Daraufhin wurden hier in München die besten Laser-Wissenschaftler, Plasmaphysiker, Ingenieure der Welt zusammengezogen, um einen neuen Fusionsansatz zu entwickeln.“

Der Franzose Gerard Mourou sitzt im wissenschaftlichen Beirat von Marvel Fusion, erzählt Freund. 2018 hat er den Physiknobelpreis erhalten für eine Technik, mit der sich ultrastarke Laserblitze erzeugen lassen. „Der Lichtdruck, den Sie mit diesen heutigen Lasern hinbekommen können, ist ungefähr so groß, wie wenn Sie einmal den Eiffelturm nehmen würden, ihn umdrehen würden und mit der Spitze auf Ihren kleinen Finger setzen würden.“

Bislang aber gibt es nur wenige solcher Laser. Sie sind groß und teuer und finden sich nur in Forschungslaboren. Einer von ihnen steht an der Uni München. Uniprofessor Stefan Karsch zieht sich Überschuhe und Laborkittel an, setzt eine Schutzbrille auf und öffnet die Tür zum Labor. Es ist fensterlos, nur spärlich beleuchtet und größer als ein Klassenraum. „Wir haben hier einen Hochleistungs-Laser, einen der stärksten in Deutschland oder in Europa auch.“

CALA, so heißt die Maschine. Die Laserkomponenten stecken in aneinandergereihten Schutzboxen. Karsch klappt eine von ihnen auf. „Hier drin befindet sich so ein Schuhkarton. Da steckt ein Kristall drin aus Titan-Saphir. Aus dem kommen ganz kurze Pulse raus. Die sind sehr schwach, da können Sie den Finger reinhalten, da passiert gar nichts.“

Um den mickrigen Pulsen mehr Power zu verleihen, werden sie in Lichtverstärker geleitet – Kristalle, aufgepumpt mit Energie. Im Labor sind mehrere dieser Lichtverstärker hintereinandergeschaltet, doch es gibt ein Problem: Irgendwann sind die Lichtpulse so stark, dass sie die Lichtverstärker zerstören würden.
Blick in eine Box mit Teilen der Optik des CALA-Hochleistungslasers an der Uni München
Erst strecken, dann stauchen - mit aufwendiger Optik werden die CALA-Laserpulse verstärkt (Frank Grotelüschen/Dlf)

Optik-Trick vom Physik-Nobelpreisträger

Deshalb greifen die Fachleute zu einem Trick. Bevor sie die Lichtpulse immer weiter verstärken, ziehen sie sie per Spezialoptik auseinander, auf das Hundertausendfache ihrer Länge. „Das wird wirklich ein ganzes Stück länger. Und da haben wir dann die Leistung um den Faktor 100.000 verringert. Jetzt können wir hergehen und verstärken, weil jetzt die Leistung einfach viel, viel kleiner ist.“

Erst nach der Verstärkung werden die Pulse dann wieder zusammengestaucht – und haben am Ende ungleich viel mehr Power als vorher. Erfunden hat das unter anderem Gerard Mourou, deswegen der Nobelpreis von 2018. Jetzt geht Karsch zum Ende des Labors. Hier steht eine voluminöse Kammer mit Wänden aus Aluminium.

„Wir können nicht reingucken. Wir wollen auch nicht reingucken, weil da drin nämlich sehr intensives Laserlicht herrscht. Und da gibt es auch ein bisschen Streustrahlung. Und die wäre gefährlich für die Augen. Deswegen ist das alles zu.“

In dieser Kammer staucht eine Optik die Laserpulse wieder zusammen, fast auf ihre ursprüngliche Länge. „Die Spitzenleistung ist 2 bis 3 Petawatt. Man kann sich vorstellen, das ist eine Million Gigawatt. Und ein Atomkraftwerk hat ungefähr eine Leistung von einem Gigawatt. Das heißt, wir hätten eine Million Atomkraftwerke.“ Allerdings nur für einen verschwindend kleinen Moment, für wenige billiardstel Sekunden.

Seit einem Jahr gibt es eine Forschungskooperation zwischen der Uni München und Marvel Fusion, gefördert von der bayerischen Regierung. Das Start-up darf mit dem CALA-Laser experimentieren und hilft im Gegenzug, die Anlage leistungsfähiger zu machen.

Fusion von Protonen und Bor hätte große Vorteile...

Für einen Fusionsreaktor eignen sich diese Giganten aber nicht, sagt Heike Freund. „Das sind momentan Forschungslaser, sehr große Laser. Wenn Sie sich vorstellen, dass Sie später in einem Kraftwerk Hunderte, vielleicht Tausende von diesen Laserstrahlen brauchen, werden Sie deutlich kompaktere Laser brauchen. Und diese Laser gilt es jetzt auch parallel zu entwickeln.“

Diese neuen Laser müssen aber nicht nur kompakter und billiger sein. Sie müssen auch viel öfter feuern können als die heutigen Modelle. „Das werden wir alleine nicht schaffen. Deswegen sind wir schon heute starke Partnerschaften auch mit Industrie-Partnern eingegangen. Und mit diesen starken Industriefirmen und dem nötigen Rückhalt, aber auch der nötigen Finanzierung bin ich überzeugt, dass wir Anfang der 2030er kommerzielle Kraftwerke bauen können.“

Ein fertiger Reaktor in zehn Jahren. Ein Plan, sogar noch kühner als der von Focused Energy in Darmstadt. Im Unterschied zu Focused Energy setzt Marvel Fusion auf einen komplett anderen, höchst ungewöhnlichen Zündmechanismus – auf Brennstoffkügelchen, in die säulenartige Nanomuster eingeprägt sind. In diesen Nanosäulen sollen die Laserblitze Atomkerne beschleunigen und aufeinander schießen – eine Art Teilchenbeschleuniger im Miniformat. Heike Freund: „Das ist der Paradigmenwechsel, den es davor in der Fusionsforschung nicht gab: Nicht über heiße Temperaturen die Fusion anzuregen, sondern über Teilchenbeschleunigung.“

Dadurch soll etwas Spektakuläres gelingen: Anders als üblich will Marvel Fusion nicht Deuterium und Tritium verschmelzen, zwei schwere Wasserstoff-Varianten. Sondern Protonen, also gewöhnlichen Wasserstoff, mit Bor. „Der Vorteil ist, dass Protonen und Bor als Eingangsmaterialien nicht radioaktiv sind, nicht gefährlich sind.“ Außerdem entstehen bei der Verschmelzung weniger schnelle Neutronen als bei der Fusion von Deuterium und Tritium – und das würde die Reaktorwände schonen.

...vorausgesetzt, der Ansatz zündet

Die Sache hat nur einen Haken: Bor und Protonen zu verschmelzen ist extrem schwierig, deutlich schwieriger als Deuterium und Tritium. Max-Planck-Forscher Hartmut Zohm: „Weil die Temperatur noch mal einen Faktor zehn höher sein muss. Dazu muss man nicht nur auf 100 Millionen Grad, sondern auf eine Milliarde Grad gehen, was wir bis jetzt noch nicht erreicht haben.“ Auch was den Zündmechanismus angeht, ist Zohm skeptisch.

„Wir sehen nicht wirklich im Augenblick, wie das bei Marvel Fusion funktionieren soll. Da wird immer geredet über das Anzünden von so einem Pellet, wo es Effekte geben kann, mit denen man das Pellet effizienter anzünden kann. Die Frage hat Marvel bis jetzt noch nicht wissenschaftlich beantwortet.“

Heike Freund ist zuversichtlich: „Wir sind überzeugt, dass unser Ansatz funktionieren kann. Wir haben experimentelle Datenpunkte erhoben, die uns die Sicherheit geben, dass wir auf einem sehr, sehr guten Weg sind.“

Und Markus Roth, der Gründer von Focused Energy in Darmstadt – was hält er vom Konzept aus München? „Was die Erfolgsaussichten davon angeht, habe ich mich verpflichtet, über die Ansätze für Bor-Proton-Fusion mich nicht öffentlich zu äußern.“

Der Hintergrund ist pikant: Eine Zeitlang hatte Roth als Chefwissenschaftler für Marvel Fusion gearbeitet. Bis dort 2020 die Entscheidung fiel, auf die Bor-Proton-Fusion zu setzen. Daraufhin trennten sich die Wege, Roth gründete seine eigene Firma. Und mit der verfolgt er die Deuterium-Tritium-Fusion, also den deutlich konservativeren Pfad.

Rosige Versprechen und Rendite-Hoffnungen von Investoren

Marvel Fusion und Focused Energy sind längst nicht die einzigen Start-ups in Sachen Kernfusion. Mittlerweile gibt es um die 35, die meisten in den USA. Manche versuchen es mit der Laserfusion, andere setzen auf den Magnetkäfig-Ansatz. Sie alle waren zuletzt beim Akquirieren von Investorengeldern ziemlich erfolgreich, sagt Heike Freund.

„Im letzten Jahr wurden 4,6 Milliarden in private Firmen investiert. Das ist mehr als die letzten 20 Jahre in private Firmen investiert worden ist. Je mehr Kapital ich habe, umso kürzer kann am Ende auch eine Zeitleiste aussehen, da ich mehr Aktivitäten parallel angehen kann, höheres Risiko nehmen kann. Von dem her sind das alles Faktoren, die die privatwirtschaftlichen Firmen momentan darin unterstützen, schnell unterwegs zu sein.“

Die meisten der Start-ups versprechen zügige Erfolge: In zehn, spätestens 15 Jahren soll ein Reaktor fertig sein. Vermutlich fallen die Versprechungen auch deshalb so rosig aus, um Geldgeber anzulocken – wer mag schon in eine Technik investieren, die erst in 30 Jahren fertig sein soll? Seit dem Durchbruch in Kalifornien häufen sich bei den Start-ups die Anfragen von Investoren und potenziellen Industriepartnern. So kann Focused Energy eine Förderung vom US-Energieministerium einstreichen, gut 400.000 Dollar.
Und auch das BMBF, das Bundesforschungsministerium, scheint sich allmählich für die Sache zu erwärmen. Markus Roth: „Wir sind zurzeit dabei, mit dem BMBF zusammen eine Roadmap für die Laserfusion in Deutschland zu entwickeln. Und wenn die Bundesregierung, so wie sie sich jetzt geäußert hat, diesen Weg weitergehen will, wäre es das erste Mal auch in Deutschland möglich, Förderung auch für die Laserfusion zu bekommen.“

Die Strategie ist nicht ohne Risiko: Bleiben die Zwischenerfolge aus, könnte manch ein Investor wieder abspringen. Aber danach sieht es im Moment nicht aus. „Nachdem jetzt Zündung gezeigt wurde, sind wir der Meinung, die Zeit ist reif.“