"Ein Gramm Plasma hat denselben Brennwert wie 10 Tonnen Kohle"

Dritte Experimentierphase an der Fusionsanlage "Wendelstein 7-X" erfolgreich beendet: "Wir konnten sehr heiße Plasmen schon 500 Mal länger aufrechterhalten als zu Anfang der ersten Phase", sagt Plasmaforscher Thomas Klinger im Interview mit bmbf.de.

Blick in eines der Module: Zu erkennen ist das Plasmagefäß, eine Magentspule, die Außenhülle sowie zahlreiche Leitungen für Kühlmittel und Strom. © IPP
So sah es am 10. Dezember 2015 aus: Das erste Plasma in "Wendelstein 7-X" konnten die Forscher eine viertel Sekunde aufrechterhalten – heute, knapp drei Jahre später, schaffen sie 100 Sekunden. © IPP
Computergrafik von Plasma, Magnetspulen samt Verkabelung und Kühlleitungen, innerer Stützstruktur sowie Teilen der Außenhülle der Fusionsanlage Wendelstein 7-X. © IPP

bmbf.de: Herr Klinger, Sie wollen nach dem Vorbild der Sonne auf der Erde Energie erzeugen: Wie geht das?

Thomas Klinger: Vereinfacht gesagt, lassen wir leichte Atomkerne miteinander kollidieren. Diese verschmelzen dann und setzen Energie frei. Dieser Prozess nennt sich Fusion. Aber darum geht es uns nicht: Die Fusion ist gut erforscht und gelingt selbst im Schülerlabor. Das Schwierige ist, extrem viele Fusionsprozesse pro Zeiteinheit stattfinden zu lassen, um nutzbare Energiemengen zu erzeugen. Dafür benötigt man ein fusionsrelevantes Plasma.

Thomas Klinger leitet die Experimente am Wendelstein 7-X. © Achim Multhaupt

Was ist „fusionsrelevantes Plasma“?

Ein Plasma, also ein heißes, elektrisch geladenes Gas zu erzeugen, ist nicht schwer – denken Sie an den Plasma-Fernseher. Für die Fusion benötigt man ein Plasma, dessen Teilchendichte und -temperatur so hoch ist, dass die im Plasma freigesetzte Fusionsenergie höher ist als zur Erzeugung des Plasmas notwendig – erst dann liefert es einen Energieüberschuss.

… und können Sie das nach der diesjährigen Aufrüstung der Wendelstein-Anlage in Greifswald?

Am Wendelstein 7-X sollen fusionsrelevante Plasmen erzeugt werden, die – auf ein künftiges Fusionskraftwerk übertragen – die Bedingungen für Energieerzeugung durch Fusion ermöglichen. Wendelstein 7-X ist eine Experimentieranlage und für ein funktionierendes Kraftwerk bei weitem zu klein.

Was ist das Ziel Ihrer Forschung?

Wir wollen beweisen, dass Fusionsanlagen vom sogenannten Typ Stellerator grundsätzlich kraftwerkstauglich sind. Dazu muss man eine Optimierung durchführen, wie beim Wendelstein 7-X erstmalig geschehen. Lange Zeit traute die Fachwelt die Kraftwerkstauglichkeit nur Fusionsanlagen vom Typ Tokamak zu – Stelleratoren galten bislang als „lahme Enten“.

… bislang?

Unsere Experimente haben gezeigt, dass der Wendelstein 7-X durchaus mit Tokamak-Anlagen mithalten kann und sogar Vorteile hat. In der gerade beendeten dritten Experimentierphase konnten wir sehr heiße und dichte Plasmen schon 500 Mal länger aufrechterhalten als zu Anfang der ersten Phase. Derzeit schaffen wir 100 Sekunden mit ziemlich dichten Plasmen und deutlich mehr als 10 Millionen Grad Plasmatemperatur. Wir haben mit Wendelstein 7-X auch erste Rekordwerte in Hinblick auf Plasmadichte und gleichzeitig hoher Plasmatemperatur erzielen können. All dies kann sich im Vergleich mit den besten Tokamak-Anlagen der Welt mehr als sehen lassen.

Wendelstein 7-X: Von 0 auf 100
Die Infografik zeigt die Forschungserfolge zur Aufrechterhaltung von fusionsrelevantem Plasma. © BMBF

Wie geht es jetzt weiter?

Unser langfristiges Ziel ist es, ein hinreichend heißes und dichtes Plasma 30 Minuten bei voller Leistung aufrechtzuerhalten. Im nächsten Ausbauschritt müssen wir daher das Kühlsystem vervollständigen – denn je länger das Plasma aufrecht erhalten wird, desto mehr Wärme muss das Wandmaterial abführen. Damit das gelingt, soll die Anlage bis 2021 vollständig auf Wasserkühlung umgestellt werden.

Von 30 Minuten zu dauerhaft klingt dann noch nach einem großen Schritt…

Nein, technisch ist es dann nur noch eine Frage der Menge des Kühlmittels. Mit einem dafür ausgelegten Wasserkühlkreislauf gelingt dann auch der Dauerbetrieb.

Wann gehen die ersten Fusionskraftwerke in Betrieb?

Wir machen Vorsorgeforschung für die zweite Hälfte des Jahrhunderts. Wenn Sie heute keine Bäume pflanzen, gibt es in 50 Jahren keinen Wald. So ist es hier auch: Der Weltenergiebedarf steigt rapide an – diese Lücke muss gefüllt werden. Und das im Sinne des Klimaschutzes ohne Kohle und Gas.

Sind Fusionskraftwerke der Schlüssel zur Energiewende?

Sie lösen nicht alle Probleme, können aber einen wesentlichen Beitrag zur Weltenergieversorgung leisten. Ein Gramm Plasma hat denselben Brennwert wie 10 Tonnen Kohle. Zudem ist der Brennstoff leicht verfügbar: Man braucht nur Meerwasser und kleine Mengen Lithium.

Gibt es nicht auch Gefahren? Immerhin sprechen wir von einer nuklearen Technologie…

"Eine Havarie ist in einem Fusionskraftwerk nicht möglich."

Thomas Klinger

Natürlich entsteht bei der Fusion Strahlung. Man muss sich also mit Strahlenschutz befassen: das heißt, abschirmen und messen – so wie es heute bereits gute Routine ist. Auf Dauer werden die Reaktorwände radioaktiv, allerdings baut sich diese Radioaktivität über etwa 100 Jahre selbst ab. Da das Fusionskraftwerk keine Brennstäbe und keinen Reaktorkern hat, gibt es auch kein Endlagerproblem.

… und Gefahren wie in Tschernobyl oder Fukushima?

Eine solche Havarie ist in einem Fusionskraftwerk nicht möglich. Es ist sehr schwer, den Plasmazustand aufrechtzuerhalten. Geht dabei auch nur das Geringste schief, erlischt es wie eine Kerze. Alles in allem hätten wir also ein klima- und umweltfreundliches Kraftwerk mit von sich aus vorhandener Sicherheit.

Herr Klinger, wir danken Ihnen für das Gespräch.

Wendelstein 7-X: Was ist fusionsrelevantes Plasma?
Die Infografik erklärt den Unterschied zwischen Plasma und fusionsrelevantem Plasma. © BMBF

Hintergrund

Das Bundesforschungsministerium fördert die Fusionsforschung als Vorsorgeforschung für eine kohlenstoffarme Energieversorgung und den Klimaschutz. Für die nächsten Jahrzehnte wird ein rasanter Anstieg der globalen Energienachfrage erwartet. Gleichzeitig besteht die Notwendigkeit, CO2-Emissionen zu reduzieren. Für eine zukünftige klimaneutrale Energieversorgung müssen daher alle in Frage kommenden Konzepte untersucht werden. Energieerzeugung aus Fusion ist eine solche Option. Deutschland verfügt im Bereich Fusion im internationalen Vergleich über ein herausragendes wissenschaftliches Know-how und weltweit über eine der leistungsfähigsten Forschungsinfrastrukturen.