Erneuerbare Energien

Magnetische Fusion: Die neue Hoffnung für saubere Energie

von Artisan Baumeister · 17. März 2025

Die magnetische Kernfusion könnte zur ultimativen sauberen Energiequelle werden. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass innovative Magnettechnologien den Energieoutput erstmals über den Input hinaus steigern könnten. In Deutschland arbeiten führende Institutionen wie das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik an bahnbrechenden Lösungen. Internationale Vorhaben wie ITER treiben die Vision eines funktionierenden Fusionskraftwerks voran. Doch was unterscheidet Tokamaks und Stellaratoren, und wann könnten wir die ersten funktionierenden Fusionsreaktoren sehen? Dieser Artikel geht tief in die aktuelle Forschung, beleuchtet Chancen, Herausforderungen und den weltweiten Wettlauf um die Fusionsenergie.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Wie funktioniert die magnetische Fusion?
Die führenden Forschungsprojekte weltweit
Wann kommt der erste Fusionsreaktor?
Fazit

Einleitung

Saubere, unbegrenzte Energie – eine Vision, die uns seit Jahrzehnten antreibt. Die Kernfusion gilt als der Heilige Gral der Energieversorgung: kein CO₂, keine gefährlichen Abfälle, kein Brennstoffmangel. Doch die Fusion von Atomkernen erfordert extreme Bedingungen, die technisch schwer zu meistern sind. Die größten Hürden? Das Plasma muss bei Temperaturen von über 100 Millionen Grad stabil eingeschlossen werden. Hier kommen magnetbasierte Techniken ins Spiel.

Bisherige Reaktorkonzepte wie Tokamaks und Stellaratoren haben vielversprechende Ergebnisse geliefert, kommen aber nicht ohne Probleme aus. Doch ein neues Forschungsteam in Deutschland hat einen Durchbruch erzielt: Mithilfe weiterentwickelter Magnetfeld-Technologien konnte erstmals ein nahezu energiepositiver Plasmaeinschluss erreicht werden. Dieser Fortschritt könnte die Kernfusion endlich in die Praxis führen und unsere Energiezukunft nachhaltig verändern. Was genau steckt dahinter? Welche Institutionen treiben diese Entwicklung voran? Und wann können wir mit ersten Kraftwerken rechnen?

Wie funktioniert die magnetische Fusion?

Die physikalischen Grundlagen der Kernfusion

Kernfusion ist die gleiche Reaktion, die in der Sonne abläuft. Zwei Atomkerne, meist Isotope von Wasserstoff – Deuterium und Tritium – verschmelzen unter extrem hohen Temperaturen zu einem Heliumkern. Dabei wird eine enorme Menge an Energie freigesetzt, die theoretisch zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Doch das Problem: Wasserstoffkerne sind positiv geladen und stoßen sich gegenseitig ab. Um diese Abstoßung zu überwinden, muss das Plasma (also das heiße, ionisierte Gas, in dem sich die Fusionsreaktion abspielt) auf Temperaturen von über 100 Millionen Grad erhitzt werden – fast siebenmal heißer als das Innere der Sonne. Kein Material kann solchen Temperaturen standhalten. Hier kommen magnetische Felder ins Spiel.

Warum sind magnetische Felder essenziell?

Da direktes Einsperren des Plasmas in einem festen Behälter unmöglich ist, nutzen Wissenschaftler extrem starke Magnetfelder, um das Plasma in einem Vakuum zu halten, ohne dass es die Reaktorwand berührt. Dabei zwingen Magnetfelder die geladenen Teilchen des Plasmas auf geschlossene Bahnen und verhindern so, dass sie entweichen.
Das Ziel ist ein stabiler Einschluss, weil nur dann genug Fusionsreaktionen stattfinden können, um mehr Energie freizusetzen, als zur Aufrechterhaltung der Bedingungen nötig ist. Dieser Zustand wird “Energiebreakeven” genannt – und genau hier liegt eine der größten Herausforderungen der Plasmaphysik.

Tokamak vs. Stellarator – Ein Vergleich

Zwei magnetische Fusionsreaktor-Konzepte haben sich besonders bewährt: Tokamaks und Stellaratoren.

Der Tokamak

Ein Tokamak ist ein torusförmiger Reaktor, in dem das Plasma durch eine Kombination aus äußeren Magnetspulen und einem starken elektrischen Strom im Plasma selbst gehalten wird. Dieses Konzept ist äußerst effizient und ermöglicht hohe Plasma-Dichten, was es zum populärsten Design für Fusionsreaktoren macht – ein prominentes Beispiel ist ITER in Frankreich.
Vorteile:

Hohe Energieeinschlusseffizienz.

Gute Skalierbarkeit für groß angelegte Kraftwerke.

Nachteile:

Das Plasma neigt zu Instabilitäten, wenn der elektrische Strom schwankt.

Erfordert komplexe Kontrollmechanismen, um Störungen zu vermeiden.

Der Stellarator

Der Stellarator verfolgt einen etwas anderen Ansatz – er setzt fast vollständig auf externe Magnetspulen mit komplexen, dreidimensional gewundenen Geometrien. Dadurch benötigt das Plasma keinen zusätzlichen Strom, was das Risiko von Instabilitäten reduziert. Einer der modernsten Stellaratoren ist Wendelstein 7-X in Deutschland.
Vorteile:

Bietet eine stabilere Plasmaeinschlussmethode.

Kann theoretisch über längere Zeit kontinuierlich betrieben werden.

Nachteile:

Aufwendige und extrem schwierige Bauweise.

Magnetkonfigurationen müssen präzise abgestimmt sein, was hohe technische Hürden mit sich bringt.

Aktuelle Entwicklungen für bessere Plasmaeinschlüsse

Die große Schwachstelle der Fusion war bislang die Plasma-Stabilität. Doch hier gibt es Fortschritte:

ITER setzt auf fortschrittliche supraleitende Magnetspulen, um stärkere und gleichmäßigere Magnetfelder zu erzeugen.

Der Stellarator Wendelstein 7-X hat gezeigt, dass optimierte Magnetgeometrien den Energieverlust im Plasma geringhalten können.

Unternehmen wie Commonwealth Fusion Systems testen neue Hochtemperatursupraleiter, um kompaktere und effizientere Magnetfelder zu erzeugen.

Magnetische Fusion macht also entscheidende Fortschritte – und vielleicht steht die Welt bald vor einem Punkt, an dem mehr Energie herauskommt, als hineingesteckt wird. Welche Forschungsprojekte derzeit an der Spitze stehen, darüber berichtet das nächste Kapitel.

Die führenden Forschungsprojekte weltweit

ITER: Das größte Fusionsexperiment der Welt

Wenn es um magnetische Fusion geht, führt kein Weg am internationalen ITER-Projekt vorbei. Mit einem Gesamtbudget von mehr als 22 Milliarden Euro ist ITER das ambitionierteste Forschungsprojekt im Bereich der Kernfusion. Der riesige Tokamak-Reaktor wird im südfranzösischen Cadarache gebaut und soll zeigen, dass ein Fusionsreaktor mehr Energie erzeugen kann, als er benötigt. Der Plan ist ehrgeizig: ITER soll erstmals ein brennendes Plasma erzeugen, also einen Zustand, in dem die erzeugte Fusionsenergie den Energieverlust ausgleicht. Doch bis dahin gibt es noch Hürden, vor allem beim Magnetfeldsystem. Die supraleitenden Magnetspulen, die nötig sind, um das Plasma stabil einzuschließen, müssen extremen Belastungen standhalten – und genau hier entstehen oft Probleme. Verzögerungen und technische Schwierigkeiten gehören daher zur Tagesordnung.

Stellaratoren: Max-Planck-Institut setzt auf neuen Ansatz

Während ITER auf das Tokamak-Prinzip setzt, geht das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Deutschland mit seinem Wendelstein 7-X Stellarator einen anderen Weg. Das Experiment in Greifswald gilt als größter und fortschrittlichster Stellarator der Welt. Im Gegensatz zu Tokamaks benötigt diese Reaktorbauweise keine Plasmastromführung, was die Stabilität verbessert. Allerdings sind Stellaratoren komplizierter zu bauen, da ihre Magnetspulen eine komplexe, dreidimensionale Struktur haben. Seit der ersten Plasmaerzeugung in Wendelstein 7-X untersuchen Forscher, wie sich die Einschlussqualität verbessern lässt. Erste Ergebnisse zeigen, dass Stellaratoren für längere Fusionsprozesse stabiler sein könnten als Tokamaks – ein entscheidender Vorteil für zukünftige Kraftwerke.

Privatunternehmen treiben Innovationen voran

Nicht nur staatlich geförderte Projekte arbeiten an der Zukunft der Fusion, sondern auch private Firmen. Besonders hervorzuheben ist das US-Unternehmen Commonwealth Fusion Systems (CFS), das mit neuen supraleitenden Hochtemperaturmagneten experimentiert. Diese Magnetspulen basieren auf sogenannten Hochtemperatur-Supraleitern (HTS), die viel stärkere Magnetfelder ermöglichen als bisherige Technologien. Dadurch könnte ein kompakterer, effizienterer Tokamak gebaut werden. CFS plant, mit Hilfe dieser Magnete einen kleineren, aber leistungsstarken Reaktor – den SPARC – zu entwickeln, der in den 2030er Jahren erstmals Netto-Energie liefern soll.

Eine weitere Firma, die für Aufmerksamkeit sorgt, ist TAE Technologies. Statt auf den klassischen Tokamak-Ansatz zu setzen, arbeitet TAE an einem völlig neuen Konzept, dem sogenannten „Field-Reversed Configuration“-Reaktor (FRC). Dieser nutzt ebenfalls magnetische Felder, aber auf eine andere Weise als Tokamaks oder Stellaratoren. TAE setzt dabei auf Wasserstoff-Boran-Fusion, die weniger radioaktiven Abfall produziert – eine vielversprechende Alternative zur gängigen Deuterium-Tritium-Fusion.

Neue Magnettechnologien als Schlüssel

Egal ob Tokamak, Stellarator oder alternative Fusionstechnologien – ohne starke Magnetfelder geht es nicht. Die Forschung konzentriert sich daher zunehmend auf leistungsstärkere Magnetspulen, die höhere Temperaturen und Belastungen aushalten. Hochtemperatur-Supraleiter wie REBCO (Rare Earth Barium Copper Oxide) gelten als vielversprechend, weil sie stärkere Magnetfelder bei niedrigeren Energiekosten ermöglichen. Auch Plasma-Steuerungssysteme werden stetig weiterentwickelt, um Störungen (sogenannte Disruptionen) zu verhindern, die in Tokamaks auftreten können.

Die Fortschritte in der Magnetfeldtechnologie könnten die entscheidenden Weichen für den ersten funktionierenden Fusionsreaktor stellen. Doch wann dieser tatsächlich ans Netz geht, hängt nicht nur von der Technik ab – sondern auch von Politik, Finanzierung und öffentlichem Willen.

Wann kommt der erste Fusionsreaktor?

Die Entwicklung der magnetischen Fusion steckt nicht mehr nur in theoretischen Überlegungen oder kleineren Laborversuchen – sie hat einen Punkt erreicht, an dem internationale Projekte reale Fortschritte machen. Trotzdem bleibt die entscheidende Frage: Wann wird tatsächlich Strom aus einem kommerziellen Fusionsreaktor fließen? Die Antwort ist komplex, denn neben den technischen Herausforderungen spielen auch wirtschaftliche und politische Faktoren eine Rolle.

Technische Herausforderungen: Der Durchbruch ist nah, aber nicht erreicht

Die Experimente mit Tokamak- und Stellarator-Systemen haben bewiesen, dass kontrollierte Kernfusion grundsätzlich möglich ist. Doch ein praktisches Kraftwerk, das über längere Zeit stabil Energie liefert, braucht noch einige technologische Durchbrüche:

Energieüberschuss: Der aktuelle Forschungsstand zeigt, dass die Fusion erstmals mehr Energie erzeugen kann, als sie verbraucht – aber nur für Sekundenbruchteile, wie ITER in wenigen Jahren zeigen soll. Ein kontinuierlicher Betrieb bei gleichbleibendem Energiegewinn ist noch nicht erreicht.
Materialbeständigkeit: Die Innenseiten heutiger Versuchsanlagen müssen Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius aushalten. Selbst Hochleistungskeramiken und hitzeresistente Legierungen müssen weiterentwickelt werden.
Magnettechnologie: Hochtemperatur-Supraleitermagnete könnten Reaktoren kleiner und effizienter machen. Unternehmen wie Commonwealth Fusion Systems setzen darauf, aber die Magnetstabilität muss in großem Maßstab bewiesen werden.

Wann erreichen wir den ersten funktionsfähigen Fusionsreaktor?

ITER wird frühestens in den 2030er-Jahren energieliefernde Reaktionen demonstrieren. Der nächste große Schritt wäre ein Demonstrationskraftwerk („DEMO“), das ab 2050 experimentellen Strom ins Netz speisen soll. Experten sind sich einig: Vor 2060 rechnen wir nicht mit einem wirtschaftlich arbeitenden Fusionskraftwerk, das mit fossilen oder erneuerbaren Quellen konkurrieren kann.

Wirtschaft und Politik: Wer finanziert das Rennen zur Fusionsenergie?

Doch Technik ist nicht alles – der politische Wille und wirtschaftliche Investitionen entscheiden ebenfalls. Die Kosten für ITER werden bereits auf über 20 Milliarden Euro geschätzt, und private Firmen wie TAE Technologies und Commonwealth Fusion Systems werben um Milliardeninvestitionen.

Subventionen: Ohne staatliche Unterstützung bleibt der Bau kommerzieller Fusionskraftwerke ein zu großes Risiko für Investoren.
Regulierungen: Nukleare Sicherheit und Netzintegration – die energiepolitischen Rahmenbedingungen müssen erst geschaffen werden.
Rohstofffragen: Der Brennstoff Tritium ist knapp und muss entweder aus existierenden kerntechnischen Anlagen gewonnen oder aufwendig produziert werden.

Fazit: Vielversprechend, aber kein Selbstläufer

Magnetische Fusionsenergie bleibt eine vielversprechende Vision. Doch selbst mit optimistischen Prognosen bleibt die Markteinführung eine Frage der kommenden Jahrzehnte. Wer auf einen schnellen Durchbruch hofft, unterschätzt die enormen Herausforderungen. Doch falls diese bewältigt werden, könnte die Fusion tatsächlich eine der saubersten und leistungsfähigsten Energiequellen des 21. Jahrhunderts sein.

Fazit

Die magnetische Kernfusion hat enorme Fortschritte gemacht. Forschende entwickeln zunehmend leistungsstarke Magnetfeld-Technologien, um das Plasma stabiler und effizienter zu halten. Während Tokamak- und Stellarator-Ansätze jeweils ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen, zeigt sich, dass Fortschritte in der supraleitenden Magnettechnologie den Weg zu einem kommerziell nutzbaren Fusionsreaktor ebnen könnten.

International läuft ein Wettlauf um die beste Fusionslösung: Großprojekte wie ITER und DEMO sind entscheidend, doch zunehmend mischen auch private Unternehmen mit neuen Ideen mit. Die ersten Demonstrationskraftwerke könnten in den 2040ern ans Netz gehen – wenn die Finanzierung und politische Unterstützung stimmen. Die Kernfusion wäre damit eine der größten technologischen Errungenschaften des 21. Jahrhunderts und könnte fossile Brennstoffe langfristig ersetzen. Es bleibt spannend, ob dieser Traum Wirklichkeit wird.

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