Die Suche nach einer nahezu unerschöpflichen, sauberen Energiequelle ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. In diesem Kontext gilt die Kernfusion als eine der vielversprechendsten Technologien, die das Potenzial besitzt, den globalen Energiebedarf nachhaltig zu decken, ohne schädliche Emissionen zu verursachen. Ein bedeutender Durchbruch auf diesem Gebiet wurde kürzlich in Deutschland erzielt: Die Forscher am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald haben mit dem Wendelstein 7-X Stellarator neue Rekorde bei der Kernfusion aufgestellt und damit die Forschung einen großen Schritt vorangebracht.Kernfusion – Die Energiequelle der SterneDie Kernfusion, der Prozess, der unsere Sonne und andere Sterne antreibt, basiert darauf, dass leichte Wasserstoffisotope unter enormen Temperaturen und Drücken zu schwereren Heliumkernen verschmelzen. Dabei wird eine riesige Menge Energie freigesetzt.
Trotz ihrer Faszination stellt die Replikation dieser Reaktionsbedingungen auf der Erde eine enorme technische Herausforderung dar. Die Kernfusion erfordert Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius, bei denen ein heißes Plasma aus ionisierten Gasen stabil gehalten werden muss. Ziel ist es, einen selbsttragenden Fusionsprozess zu erzeugen, der mehr Energie liefert, als zu seiner Aufrechterhaltung aufgewendet wird.Das Prinzip eines StellaratorsDer Wendelstein 7-X ist ein Stellarator, ein spezieller Typ von Fusionsreaktor, der sich grundlegend von den häufiger bekannten Tokamak-Reaktoren unterscheidet. Während Tokamaks starke elektrische Ströme im Plasma erzeugen, um magnetische Felder zur Stabilisierung aufzubauen, verwenden Stellaratoren ein komplexes Magnetfeld, das alleine von externen Magnetspulen erzeugt wird.
Diese Eigenschaft macht Stellaratoren besonders stabil, da sie Plasmaeffekte minimieren, die bei Tokamaks instabile Schwingungen verursachen können. Das Ziel ist, dass Stellaratoren die Fusionsbedingungen über längere Zeiträume äußerst stabil aufrechterhalten können, was ein entscheidender Schritt hin zu einem kommerziellen Kraftwerk ist.Neuer Rekord im Bereich Kernfusion in GreifswaldDie jüngsten Experimente mit Wendelstein 7-X haben neue Maßstäbe gesetzt und die zuvor von Reaktoren wie JET in Großbritannien oder dem japanischen JT-60U gesetzten Rekorde übertroffen. Besonders hervorzuheben ist die Verbesserung des sogenannten „Triple-Produkts“, eine zentrale Messgröße in der Fusionsforschung. Das Triple-Produkt bewertet die Dichte des Plasmas, dessen Temperatur sowie die Energieeinschlusszeit, also wie effektiv die Energie im Plasma gehalten wird.
Nur wenn dieses Produkt einen bestimmten Schwellenwert, den Lawson-Kriterium, übersteigt, kann die Fusion mehr Energie erzeugen als verbraucht wird.Das Team am Max-Planck-Institut erreichte mit seinem Stellarator nun Werte, die erstmals Tokamak-Niveaus bei langanhaltenden Plasmapulsen erreichen. Für etwa 43 Sekunden konnten die Wissenschaftler das heiße Plasma stabil halten. Dieser Zeitraum mag auf den ersten Blick kurz erscheinen, stellt jedoch einen bedeutenden Fortschritt dar, denn je länger das Plasma stabil bleibt, desto näher rückt die praktische Anwendung der Kernfusion als Energiequelle.Innovative Technologien für den DurchbruchEin wichtiger Faktor für diesen Erfolg war die Einführung eines neuartigen Brennstoff-Pellet-Injektors, der während des Betriebs kontinuierlich gefrorene Wasserstoffpellets in das Plasma einbrachte.
Diese Pellets wurden mit Geschwindigkeiten von bis zu 800 Metern pro Sekunde, vergleichbar mit der Geschwindigkeit eines Gewehrgeschosses, in das Plasma geschossen. Gleichzeitig sorgten präzise abgestimmte Mikrowellenimpulse für die notwendige Energiezufuhr, um die extrem hohen Temperaturen von bis zu 30 Millionen Grad Celsius aufrechtzuerhalten. Diese koordinierte Methode verlängerte die Stabilität des Plasmas erheblich und ist ein wichtiger Schritt zur Realisierung eines durchgehend laufenden Fusionsreaktors.Erfolgreiche internationale ZusammenarbeitDer Erfolg von Wendelstein 7-X ist auch ein Spiegelbild der internationalen Zusammenarbeit in der Fusionsforschung. Experten aus zahlreichen Ländern haben ihre Kompetenzen und Ressourcen gebündelt, um diese komplexe Technologie voranzutreiben.
Der gemeinsame Fortschritt zeigt, wie kollektives Wissen und Innovationsgeist entscheidend sind, um Herausforderungen wie die Kernfusion meistern zu können. Diese Zusammenarbeit erleichtert auch das Teilen von Erkenntnissen und kann die Entwicklung effizienterer und kostengünstigerer Fusionsreaktordesigns beschleunigen.Perspektiven der Kernfusion als EnergielösungDie Kernfusion gilt als vielversprechende Alternative zu fossilen Brennstoffen und zur Kernspaltung, da sie praktisch keine Treibhausgasemissionen verursacht und nur geringe Mengen radioaktiven Abfalls produziert, die zudem eine viel kürzere Halbwertszeit besitzen. Sollte die Technologie erfolgreich und wirtschaftlich umgesetzt werden, könnte sie die globale Energieversorgung revolutionieren und die Umweltschäden, die durch derzeitige Energiequellen verursacht werden, drastisch reduzieren.Die jüngsten Erfolge des Wendelstein 7-X zeigen, dass die Zeit, in der die Kernfusion als saubere Energiequelle kommerziell einsetzbar ist, näher rückt.
Dennoch gibt es weiterhin technische Herausforderungen. Dazu gehören unter anderem die Optimierung der Plasmakontrolle, das Management von Werkstoffbelastungen sowie die Skalierung der Technologie auf industrielle Größenordnungen.Vergleich mit globalen FusionsprojektenAndere Fusionsprojekte weltweit erreichen ebenfalls wichtige Fortschritte. Die chinesischen Forscher am Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) stellten 2025 einen neuen Rekord für die Energieerzeugung durch Fusion auf und konnten Plasma für bis zu 1.000 Sekunden stabil halten.
Dieses Resultat unterstreicht die hohe Dynamik und den Wettbewerb in der Fusionsforschung. Die Fortschritte im Stellarator-Design wie beim Wendelstein 7-X heben jedoch die speziellen Vorteile dieser Technologie hervor, insbesondere im Hinblick auf eine langfristige Stabilität und Betriebssicherheit.Langfristige Bedeutung für die EnergieweltDie Kernfusion kann eine Schlüsselrolle in der zukünftigen Energiewirtschaft spielen, vor allem angesichts der steigenden weltweiten Energienachfrage und der Notwendigkeit, den Klimawandel durch nachhaltige Energiequellen zu bekämpfen. Die Technologie bietet das Versprechen, Energie in großer Menge mit minimalen negativen Umwelteinflüssen bereitzustellen. Deutschland als Standort des Wendelstein 7-X spielt dabei eine Vorreiterrolle in der weltweiten Kernfusionsforschung.
