Machen wir es wie die Sonne

Dass der Mensch die Technik nicht mehr kontrollieren kann, die er selbst geschaffen hat, war bisher Stoff für Science-Fiction-Filme. Jetzt ist es Realität geworden. Die Ratlosigkeit und Ohnmacht der japanischen Techniker in Fukushima führen der Welt einmal mehr und auf drastische Weise die enormen Risiken der Kernenergie vor Augen.

Dieser jüngste Super-GAU muss indes nicht das Ende der Kernenergie bedeuten. Seit 60 Jahren tüftelt die Menschheit an einem Verfahren, Atomkerne nicht wie in einem herkömmlichen AKW zu spalten, sondern miteinander zu verschmelzen. Die Kernfusion befindet sich noch immer im Forschungsstadium und viele technische Fragen bleiben bis dato unbeantwortet. Zumindest in der Theorie ist sie der Kernspaltung aber weit voraus: Sie gilt als sicher, sauber und ihr Brennstoff ist in der Natur fast unerschöpflich vorhanden.

Statt sich zu spalten, verschmelzen Atome bei der Kernfusion zu einem neuen Element. Bei über 100 Millionen Grad Celsius geht Materie in den sogenannten Plasmazustand über – das ist zehnmal so heiss wie im Inneren der Sonne, deren Energie auch durch Kernfusion entsteht. Bei solch extremen Temperaturen überwinden die Atomkerne die gegenseitige magnetische Abstossung. Sie verschmelzen und setzen dabei enorme Mengen Energie frei.

Idealerweise wird hierzu das kleinste Element des Periodensystems, der Wasserstoff, verwendet. Die magnetische Abstossung zwischen ihren Kernen ist am kleinsten, folglich muss zur Verschmelzung im Vergleich zu anderen Elementen am wenigsten Energie aufgewendet werden. In der Forschung kommen zwei Wasserstoff-Isotope zum Einsatz, Deuterium und Tritium. Durch die Kernfusion entsteht daraus das harmlose Edelgas Helium.

Deuterium findet sich in Unmengen im Wasser der Weltmeere. Tritium wird aus dem Metall Lithium gewonnen. Der Hauptbestandteil handelsüblicher Akkus kommt ebenfalls im Meerwasser und in der Erdkruste vor. «Nimmt man das Deuterium aus einer Badewanne voller Wasser und kombiniert es mit dem Lithium aus einem Laptop-Akku, könnte man theoretisch genügend Energie erzeugen, um den durchschnittlichen Energiebedarf eines Menschen über dreissig Jahre hinweg zu decken», veranschaulicht Gary Johnson, der Leiter des Fusionsreaktors Tokamak (Projekt Iter) die Eigenschaften des Fusionsbrennstoffs.

Der wichtigste Vorzug der Kernfusion ist aber ihre Sicherheit. Sobald die Bedingungen nicht mehr ideal sind, stoppt der Verschmelzungsprozess. Somit ist eine gefährliche, unkontrollierbare Kettenreaktion, wie sie bei der Kernspaltung passieren kann (und in Tschernobyl passierte), unmöglich. Die Kernfusion an sich produziert auch keine gefährlichen radioaktiven Abfälle, sondern lediglich Helium. Allerdings würde die Reaktorhülle leicht verstrahlt. Nach 20 bis 30 Jahren Laufzeit müsste sie demontiert und entsorgt werden.

Doch aufgrund der geringen Halbwertszeit der verstrahlten Komponenten wäre ein Grossteil des Abfalls bereits nach rund 100 Jahren wieder ungefährlich. Zum Vergleich: Bei Plutonium, einer von vielen Bestandteilen des Atommülls aus heutigen AKWs, vergehen zehn Halbwertszeiten à 24 000 Jahren, also 240 000 Jahre.

Durch eine Kernfusion setzt also ein Stoff, der fast unbegrenzt in der Natur vorhanden ist, gewaltige Energiemengen frei. Zu schön um wahr zu sein? Bisher schon, denn die ganze Sache hat einen gewaltigen Haken: Bisher mussten die Forscher mehr Energie dafür aufwenden, die Bedingungen (100 Millionen Grad Celsius) für die Kernfusion zu schaffen, als dabei frei wird. An diesem Problem arbeiten derzeit drei grosse Forscherteams.

Das vermutlich bekannteste unter ihnen ist Iter, an dem China, die EU, Indien, Japan, Südkorea und die USA beteiligt sind. In ihrem Forschungsreaktor wird das Plasma mit verschiedenen Verfahren, darunter Kompression und Mikrowellen, auf Betriebstemperatur gebracht. Auch die amerikanische Z-Maschine funktioniert mit Kompression. Der französische Laser Mégajoule arbeitet wie der Name verrät mit Laserenergie. Wer es als Erstes schafft, mehr Energie zu erzeugen, als zur Auslösung der Kernfusion nötig ist, wird wohl als Sieger hervorgehen.

Trotz ihres enormen Potenzials gibt es auch Kritik an der Kernfusion. Umweltschutzkreise kritisieren, dass die enormen Forschungskosten besser in erneuerbare Energien investiert würden, die schon heute marktreif sind. Der Umstand, dass die Technologie auch nach Jahrzehnten intensiver Forschung noch nicht kommerziell eingesetzt werden kann, wird bereits scherzhaft als «Fusionskonstante» bezeichnet.

Gut möglich, dass die Ereignisse in Japan die drei Forscherteams zusätzlich anspornen. Nicht nur, um das Energieproblem der Welt zu lösen. Auch um die Kernenergie vor dem Aus zu bewahren.