Die Suche nach sauberer, nahezu unbegrenzter Energie hat die Wissenschaft seit Jahrzehnten angetrieben. Ein besonders vielversprechender Ansatz stellt die Kernfusion dar, die gleiche Energiequelle, die Sterne wie unsere Sonne antreibt. Kürzlich gab es bahnbrechende Fortschritte bei einem laserbasierten Fusionsversuch, bei dem mehr als das Doppelte der zuvor erzeugten Energie erzielt wurde. Diese Entwicklung könnte die Energiewende entscheidend vorantreiben und den Weg für kommerzielle Fusionskraftwerke ebnen. Das Experiment wurde an der National Ignition Facility (NIF) durchgeführt, einem Forschungszentrum des US-Energieministeriums.
NIF ist bisher die einzige Einrichtung weltweit, die einen kontrollierten Fusionsprozess mit einem positiven Energieertrag erreicht hat – das heißt, sie produzierte in einem Experiment mehr Energie, als zur Initialisierung des Prozesses in die Brennstoffkapsel eingebracht wurde. Die neuesten Versuche steigerten die erzeugte Energie auf 8,6 Megajoule, nachdem im Jahr 2022 bereits 3,15 Megajoule erreicht wurden. Damit hat sich die Energieausbeute mehr als verdoppelt und nähert sich einem Niveau, das für die praktische Energiegewinnung relevant ist. Laserbetriebene Kernfusion basiert auf der Methode der sogenannten Trägheitsfusion (Inertial Confinement Fusion). Bei diesem Verfahren wird eine kleine Brennstoffkapsel, die mit Deuterium und Tritium gefüllte Verbindungen enthält, extrem stark komprimiert, um die Bedingungen für die Verschmelzung von Atomkernen zu schaffen.
Um die Kapsel sitzen eine dünne Diamantschicht und ein Hohlraum aus Gold. Im Inneren der NIF-Halbkugel treffen 192 hochpräzise Laserstrahlen auf den Goldzylinder, der dadurch verdampft und intensive Röntgenstrahlen freisetzt. Diese energetischen Strahlen bringen die Diamantschicht zum Plasma, was wiederum den Brennstoff stark verdichtet und die notwendigen Temperaturen und Drücke für die Kernfusion erzeugt. Der Erfolg der jüngsten Experimente zeigt deutlich, dass die kontrollierte Kernfusion kein theoretisches Konzept mehr ist, sondern sich in greifbare Nähe einer praktikablen Energielösung rückt. Es handelt sich um einen enorm komplexen Prozess, bei dem extreme Bedingungen auf kleinstem Raum erzeugt und stabil gehalten werden müssen.
Das Erreichen eines Outputs, der den Input übersteigt, ist deshalb ein bedeutender wissenschaftlicher Durchbruch. Trotz dieser Fortschritte steht die Fusionstechnologie noch vor großen Herausforderungen. Der Energieaufwand für den Betrieb der Laseranlage ist weiterhin enorm. Beim bisher erfolgreichsten Experiment mussten etwa 300 Megajoule verwendet werden, um die Laser zu betreiben, während die Fusion nur knapp 8,6 Megajoule erzeugte. Das bedeutet, dass die aktuelle Technologie noch nicht den Punkt erreicht hat, an dem sie sich selbst wirtschaftlich trägt oder Strom ins öffentliche Netz einspeisen kann.
Nichtsdestotrotz liefert das Ergebnis wertvolle Erkenntnisse für die Weiterentwicklung der Fusionstechnologie. Die Forscher optimieren kontinuierlich die Lasersteuerung, Zielerfassung und Brennstoffbeschaffenheit, um die Effizienz weiter zu erhöhen. Zudem zeigen neue Materialtechnologien, Fortschritte in der Simulation und innovative Ansätze zur Plasmakontrolle großes Potenzial, um die verbleibenden Hürden zu überwinden. Parallel zur inertialen Einschnürung wird auch die magnetische Einschließung intensiv erforscht. Dieses Verfahren erzeugt mit leistungsstarken supraleitenden Magneten ein Plasma in einer Art magnetischer Blase, die der Fusion Containerbedingungen bietet.
Bislang ist es der magnetischen Fusion jedoch noch nicht gelungen, einen netto-positiven Energieertrag nachzuweisen. Viele globale Großprojekte wie ITER verfolgen dieses Konzept, da es sich für einen dauerhaften Energieertrag eher eignet. Im Vergleich dazu repräsentiert die Trägheitsfusion durch Laser eine zeitlich sehr kurze, aber intensive Reaktion. Sie bietet enorme Vorteile bei der Skalierbarkeit und Pulssteuerung von Fusionsreaktionen. Start-ups und Forschungseinrichtungen weltweit investieren deshalb in Weiterentwicklungen basierend auf NIF-Technologie – Beispiele sind Unternehmen wie Xcimer Energy und Focused Energy, die an innovativen Lösungsansätzen arbeiten.
Die zunehmenden Erfolge bei der laserbasierten Kernfusion zeigen, dass die Fusionsenergie als saubere und praktisch unerschöpfliche Energiequelle näher rückt. Die Technologie hat das Potenzial, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen drastisch zu reduzieren und den CO₂-Ausstoß weltweit maßgeblich zu senken. Zudem würde sie die Energiesicherheit verbessern, da Kernfusion auf gängigen, relativ breit verfügbaren Rohstoffen basiert. Langfristig könnte ein Fusionskraftwerk den Energiebedarf ganzer Städte decken und dies ohne die Risiken, die mit der Kernspaltung einhergehen, wie radioaktive Abfälle oder Kernschmelzen. Die Brennstoffe der Fusion – Wasserstoffisotope – sind zudem weitaus weniger umweltschädlich und in großem Umfang verfügbar.
Während die vollständige Kommerzialisierung der Kernfusion noch Jahrzehnte dauern kann, sind die jüngsten Experimente an der National Ignition Facility ein Grund zur Zuversicht, dass die Vision einer sauberen und sicheren Fusionsenergie realistischer wird. Sie untermauern das Forschungsprogramm und bieten eine solide Basis, auf der Wissenschaftler und Technologen weiter aufbauen können. Die Herausforderung wird darin bestehen, die Effizienz weiter zu steigern, die Kosten der Anlagen drastisch zu senken und eine dauerhafte sowie stabile Energieerzeugung im industriellen Maßstab zu gewährleisten. Zudem spielt die Integration in bestehende Energiesysteme eine entscheidende Rolle, ebenso wie politische und gesellschaftliche Akzeptanz. Innovationen im Bereich der Werkstoffe, der Lasersteuerung und der Energieumwandlung werden dabei eine bedeutende Rolle spielen, um die nächsten Meilensteine zu erreichen.
Die Fortschritte der letzten Jahre belegen die engagierte Forschungsarbeit und die zunehmende internationale Zusammenarbeit auf diesem Feld. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verdopplung der Energieausbeute bei lasergetriebener Kernfusion einen entscheidenden Schritt markiert. Sie zeigt, dass die Kernfusion nicht nur eine theoretische Zukunftsversion ist, sondern auf dem Weg zur praktischen Nutzung bereits greifbare Fortschritte erzielt. Die kommenden Jahre werden spannend, wenn es darum geht, diese Technologien weiter zu entwickeln, zu optimieren und schließlich im großen Maßstab zu realisieren – für eine nachhaltige und energiehungrige Welt von morgen.
