Fusionsforschung:
Der Traum von unerschöpflicher, sauberer Energie.
Bild: Jan Hosan
Die Energiequelle der Sonne auf der Erde nutzbar zu machen – das ist das Ziel der Kernfusionsforschung. Am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) werden die physikalischen Grundlagen für ein Fusionskraftwerk untersucht. Das IPP war bis 2021 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und ist seitdem wissenschaftlich assoziiert.
Forschungsthema:
Bei der am IPP verfolgten Methode „Magnetfusion“ wird ein mehr als 100 Millionen Grad Celsius heißes Plasma in einem Magnetfeld eingeschlossen. In diesem Plasma verschmelzen leichte Atomkerne, die dabei große Energiemengen freisetzen. Diese können in einem zukünftigen Fusionskraftwerk nutzbar gemacht werden. Plasma, bisweilen als „vierter Aggregatzustand“ bezeichnet, ist ein heißes Gas, in dem sich negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne frei bewegen können.
Bild: Jan Hosan
Konzept der Magnetfusion
Das IPP ist das weltweit einzige Institut, das die beiden wesentlichen Konzepte der Magnetfusion – Tokamak und Stellarator – mit Großexperimenten untersucht.
Am IPP-Standort Garching bei München betreibt das Institut den Tokamak ASDEX Upgrade.
Der Tokamak ist das bislang am besten erforschte Fusionskonzept. In ihm wird das Plasma in einem donutförmigen Vakuumgefäß mit Hilfe von drei sich überlagernden Magnetfeldern quasi berührungsfrei eingeschlossen. Prinzipbedingt muss ein Tokamak-Kraftwerk gepulst betrieben werden.
Ein Stellarator-Kraftwerk kann dagegen durch seine komplex geformte Magnetfeldkonfiguration im Dauerbetrieb laufen. Das IPP betreibt in Greifswald mit Wendelstein 7-X die weltweit leistungsfähigste Anlage dieses Typs. Sie soll beweisen, dass Stellaratoren kraftwerkstauglich sind.
In Südfrankreich wird derzeit die weltweit größte Fusionsanlage ITER gebaut. Dieses internationale Tokamak-Projekt soll erstmals mehr Fusionsenergie freisetzen, als an Heizenergie investiert werden muss. ASDEX Upgrade leistet unverzichtbare Vorarbeiten für ITER.
Gesellschaftlicher Nutzen
Fusionskraftwerke können in einem künftigen Energie-Mix zusammen mit Windkraft und Photovoltaik dazu beitragen, den steigenden Energiebedarf der Menschheit zu decken – ohne klimaschädliche Emissionen. Sie können Strom gewinnen, aber auch Prozesswärme für die Industrie zur Verfügung stellen oder für die Produktion von Wasserstoff genutzt werden.