Fusion – eine Säule im Energiemix der Zukunft

Studie der Energietechnischen Gesellschaft / langfristige Perspektiven der Energieversorgung

21. März 2005

Aus heutiger Sicht sind Kernfusion, erneuerbare Energien und Kohleverbrennung mit Kohlendioxid-Abtrennung die langfristig einzigen gesellschaftlich akzeptablen Möglichkeiten der Stromerzeugung in Deutschland. Mit diesem Ausblick schließt die kürzlich veröffentlichte Studie „Elektrische Energieversorgung 2020 – Perspektiven und Handlungsbedarf“ der Energietechnischen Gesellschaft im VDE.

Schwerpunktmäßig analysiert die Studie Entwicklungsalternativen der Energieversorgung in den kommenden 15 Jahren: Bis 2020 müssen veraltete Kraftwerke mit bundesweit rund 40 Gigawatt elektrischer Leistung erneuert und Kernkraftwerke mit über 20 Gigawatt Leistung ersetzt werden. Für diese Umgestaltung der deutschen Stromversorgung untersucht die Studie alternative Szenarien. Sie analysiert in drei Modellrechnungen, wie sich die unterschiedlich gewichtete Nutzung von erneuerbaren Energien, fossilen Brennstoffen und Kernenergie auf Klimaschutz und Investitionsbedarf bis zum Jahr 2020 auswirkt (Studie und Zusammenfassung siehe www.vde.com).

Der Blick bis 2020 gibt jedoch keine endgültige Perspektive: Die fossilen Energieträger Gas und Öl zum Beispiel sind nach allen Prognosen innerhalb weniger Generationen verbraucht oder nicht mehr wirtschaftlich zu erschließen; in fernerer Zukunft müssen sie durch andere Energiequellen abgelöst werden. Nur Kohle hat eine deutlich höhere Reichweite. Auch der Kernbrennstoff Uran ist nur begrenzt wirtschaftlich verfügbar. Die Brütertechnologie wäre zwar langfristig nutzbar, wird in Deutschland aber möglicherweise gesellschaftlich nicht akzeptiert. Damit kommen für die weitere Zukunft nur drei Primärenergiequellen in Frage, folgert die ETG-Studie: „Aus heutiger Sicht ist langfristig nur ein Energiemix – bestehend aus den wesentlichen Säulen Erneuerbare Energien, Kohle mit Kohlendioxid-Abspaltung und Kernfusion – zur Stromerzeugung denkbar.“

Damit die Fusion um die Jahrhundertmitte verfügbar ist, steht die Forschung noch vor einigen Herausforderungen: Ein Fusionskraftwerk soll die Energieproduktion der Sonne nachvollziehen und aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen. Brennstoff ist ein dünnes ionisiertes Gas – ein „Plasma“ – aus den beiden Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium. Zum Zünden des Fusionsfeuers wird der Brennstoff in einem Magnetfeldkäfig eingeschlossen und auf hohe Temperaturen über 100 Millionen Grad aufgeheizt. Die heute erworbenen Kenntnisse machen als nächsten großen Schritt der weltweiten Forschung die internationale Testanlage ITER (lat. „der Weg“) möglich. Mit 500 Megawatt erzeugter Fusionsleistung soll ITER zeigen, dass ein Energie lieferndes Fusionsfeuer möglich ist. Geplant wurde ITER mit den heute verfügbaren Materialien und Technologien, die noch nicht vollständig für die Fusion optimiert sind. Dies ist Aufgabe eines parallel laufenden Physik- und Technologieprogramms. Prof. Alexander Bradshaw, der wissenschaftliche Direktor des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik, erläutert: „Nach jetzigen Vorstellungen wird ITER 2015 in Betrieb gehen; nach zehn Jahren Experimentierzeit ist dann über den Bau eines Demonstrationskraftwerks zu entscheiden. Die erste Generation kommerzieller Kraftwerke ist damit um die Mitte des Jahrhunderts vorstellbar – zu einer Zeit, in der das Klimaproblem ungleich dringender sein wird als heute.“

Mit etwa 1000 Megawatt elektrischer Leistung würden Fusionskraftwerke vor allem die Grundlast bedienen. Damit ließen sie sich – wie heutige Großkraftwerke – gut in das Verbundsystem der Stromversorgung einbinden. Für erneuerbare Energietechniken wären sie eine komplementäre Ergänzung und könnten als Puffer für die von der Witterung abhängigen Wind- und Sonnenkraftwerke arbeiten. Nach allem, was man heute weiß, wären Fusionskraftwerke zudem umwelt- und klimafreundlich, könnten überall in der Welt aufgestellt werden und einen fast unbegrenzten Brennstoffvorrat erschließen: Die für den Fusionsprozess nötigen Grundstoffe Deuterium und Lithium, aus dem im Kraftwerk Tritium entsteht, sind in nahezu unerschöpflicher Menge überall auf der Erde vorhanden. Aus einem Gramm Fusionsbrennstoff ließe sich soviel Energie erzeugen wie bei der Verbrennung von elf Tonnen Kohle. Die Fusion wäre damit praktisch die einzige Energiequelle, die geringen Landbedarf und zugleich Unabhängigkeit von Brennstoffimporten bieten könnte.

Isabella Milch

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