Gemeinsam mit Microsoft errichten Ingenieure ein Fusionskraftwerk: Ihr Ziel ist die kommerzielle Stromproduktion vor 2030 und dafür machen sie alles anders als die Konkurrenz

Ein neuartiger Fusionsreaktor soll den Hunger von KI-Serverfarmen stillen. (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

In einer Baugrube an der Westküste der USA formt ein IT-Gigant Zukunft: Microsoft errichtet gemeinsam mit dem Tech-Start-up Helion Energy sein erstes kommerzielles Fusionskraftwerk. Baumaschinen wühlen sich dafür seit dem Sommer 2025 nahe der Stadt Malaga durch die Erde.

Der Weg bis zum ersten Fusionsfeuer führt über neue Wege bei Finanzierung, Technik und Energiegewinnung. Das Ziel: Betriebsbeginn bereits im Jahr 2028 - lange vor jeder kommerziellen Konkurrenz.

Privatwirtschaftlich erzeugte Fusionsenergie für Datenzentren

Fusionskraftwerke stehen ganz weit oben auf dem Wunschzettel der Tech-Riesen. Ihre Daten- und KI-Zentren benötigen massenweise günstig erzeugten, elektrischen Strom – und auf dem Papier verspricht Kernfusion exakt das: Leichte Atomkerne verschmelzen, um die dabei freigesetzte Energie abzugreifen. Die Sonne kann es, wir versuchen den Prozess seit Jahrzehnten abgewandelt auf Erden nachzuahmen – und kommen voran.

Mehr zu allen gängigen Fusionsverfahren und Details zum Prinzip findet ihr in dem folgenden ausklappbaren Kasten.

Grundlagen und Arten der Kernfusion

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Wir kennen drei große Zweige, auf denen parallel Kernfusionsforschung läuft:

• Tokamak
• Stellarator
• Trägheitsfusion

Hinzu kommen Nebenpfade, wie Reaktoren, die Umgekehrte Feld-Einstellung nutzen. Zu dieser Gruppe gehört auch das Exemplar von Helion.

Grundlagen von Kernfusionsreaktoren

Abseits ihrer Unterschiede haben sie alle eines gemeinsam: Mit der erzeugten Energie erhitzen sie Wasser. Der entstehende Dampf treibt eine Turbine an, die elektrischen Strom erzeugt.
In den letzten Schritten des Prozesses unterscheiden sich Fusionskraftwerke nicht von Kohle-, Gas- oder Atomkraftwerken.

Nur erzeugen sie die Wärmeenergie nicht aus der Verbrennung chemisch gebundener fossiler Energie (Kohle und Gas) oder aus der Spaltung von sehr schweren Kernen (Atomkraftwerke).

Stattdessen verschmelzen bei der Kernfusion zwei leichte Atomkerne zu einem schwereren. Meistens die zweier Wasserstoffatome, woraus Helium entsteht. Dabei wird vorrangig Energie in Form von Neutronen freigesetzt. Dieser Prozess geschieht in einem sogenannten Plasma.

Plasma ist der vierte Aggregatzustand von Materie (neben fest, flüssig und gasförmig). Es entsteht, wenn Gas stark aufgeheizt wird. Sobald die Kernfusion läuft, hält sie das Plasma selbst auf Temperatur.

Zum Anlaufen wird jedoch von außen Strom zugeführt. Die Erhitzung kann durch verschiedene Prozesse erfolgen, zum Beispiel durch Mikrowellenstrahlung. Das Plasma schwebt in einem Vakuumbehälter. Letzterer ist luftleer, nur das Plasma, sonst nichts. Magnetfelder halten die ultraerhitzte Materie schwebend in Position bzw. lassen es kontrolliert ums Zentrum zirkulieren.

In der Regel gilt nämlich: kein Kontakt mit irgendwas. Das Plasma muss frei schweben sonst bricht der empfindliche Prozess zusammen. Einzige Ausnahme bilden sogenannte Divertoren aus speziellen Legierungen. Sie trennen vereinfacht ausgedrückt die fusionierten Atomkerne und Verunreinigungen ab - quasi der Aufräumdienst des Reaktors.

Tokamak-Reaktoren

Tokamak-Reaktoren stellen den ältesten und bis heute am besten erforschten Ansatz für Kernfusionsreaktoren dar. Ringförmig angeordnete Magnete umschließen eine Reaktionskammer. In der Mitte des Rings steht eine Art Transformator, in Form des sogenannten Solenoids. Er schickt einen starken elektrischen Impuls durch das Plasma, der hilft, es in der richtigen Form zu halten und es auch mit aufheizt. Nur so kann die extrem heiße Masse in einem Zustand gehalten werden, der die Fusion von leichten Atomen ermöglicht.

Das Problem: Der Transformator muss regelmäßig abgeschaltet werden. Tokamaks sind deshalb für einen Dauerbetrieb ungeeignet – sie werden selbst im industriellen Betrieb noch definierte Pausen benötigen.

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Stellaratoren

Anstatt in einer regulären Kammer fließt das Plasma in einem Stellarator durch einen engen, annähernd ringförmigen Tunnel, der zusätzlich verdreht ist. In ihm windet sich das Plasma quasi rasend schnell. Hierfür ist nur ein einzelnes Magnetfeld nötig, das durch ringförmige Magnete erzeugt wird.

Im Gegensatz zum Tokamak fließt kein Strom durch das Plasma selbst, da die komplexe Anordnung der äußeren Magnete die Aufgabe alleine erfüllen kann. Ein Stellarator kann im Gegensatz zum Tokamak ununterbrochen laufen und so durchgehend Strom erzeugen.

Allerdings: Die dreidimensionale, asymmetrische Anordnung erwies sich als ein mathematisch-physikalisches Monstrum. Erst Supercomputer waren in der Lage, die nötigen Berechnungen durchzuführen.

Daher konnte der theoretische Entwurf von Stellarator-Reaktoren erst spät im 20. Jahrhundert erfolgen. So hinken sie in ihrer Entwicklung etwas hinter den Tokamaks her – sind aber nach Meinung vieler Experten der geeignetere Kandidat für kommerzielle Kraftwerke.

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Trägheitsfusion

Bei der Trägheitsfusion werden Geschosse oder starke Laser auf einen winzigen Punkt abgefeuert. An diesem befindet sich im Inneren einer Reaktionskammer eine winzige Menge Treibstoff (Wasserstoff) in Form eines Pellets.

Die Energie der Laser oder Geschosse trifft innerhalb von Mikrosekunden auf diese Kapsel und drückt sie extrem stark zusammen.

Durch diese enorme Verdichtung und Hitze wird Kernfusion ausgelöst. Um jedoch über längere Zeiträume Energie zu gewinnen, muss dieser Vorgang immer wieder, sehr schnell hintereinander ablaufen. Im Prinzip sammeln wir hier quasi die Energie von explodierenden Miniatur-Wasserstoffbomben ein.

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Helion Energy nimmt einen anderen Pfad als die meisten Mitbewerber. Vor allem in drei Kernpunkten unterscheiden sie sich von der Konkurrenz:

• Technik: Sie verzichten auf das typische Herz aller modernen Großkraftwerke (mehr dazu im nächsten Kapitel)
• Brennstoff: Sie bauen nicht ausschließlich auf Wasserstoffisotope (Deuterium/Tritium), sondern nutzen daneben das etwas schwerere Helium-3.
• Finanzierung: Sie setzen im Gegensatz zu den vor allem in Europa öffentlich geförderten Testkraftwerken auf privates Geld. ITER in Frankreich oder Wendelstein 7-X in Deutschland beziehen ihr Kapital in erster Linie aus staatlichen Töpfen. Helion ist zwar längst nicht das einzige Tech-Start-up, welches sich an große Konzerne bindet, aber sie gelten als einer der aussichtsreichsten Kandidaten dieser Riege.

Letztendlich soll auf diesem Weg bis Ende 2028 das erste kommerzielle Fusionskraftwerk der Welt in Betrieb gehen. Helion hat bereits mehrere Prototypen gebaut, von denen derzeit die siebte Generation namens Polaris im Testbetrieb ist, um fortlaufend Daten zu sammeln.

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Weg mit der Turbine!

Bei der Stromgewinnung weicht Helion vom herkömmlichen Weg ab: Sie lassen die Turbine weg. Normalerweise gilt seit Anbeginn der Industrialisierung: Wir erhitzen Wasser, erzeugen so Dampf, der treibt wiederum Schaufelräder an. Letztere versetzen Magnete in einem Generator in Bewegung.

So entsteht in allen Kraftwerken – egal ob Nuklear, Kohle oder Gas – Strom. Auch Fusionsanlagen zielen derzeit fast immer hierauf ab. Bei Helions Entwurf sorgt hingegen das sich aufblähende Plasma direkt für den Fluss elektrischen Stroms.

Das funktioniert wie folgt: Zwei Magnetfelder interagieren miteinander. Eines spannt das Plasma in der Brennkammer auf. Es trifft auf ein zweites, das außen durch Magneten erzeugt wird. Das Plasma bläht sich rhythmisch auf und drückt dabei regelmäßig gegen das äußere Feld. Stellt es euch stark vereinfacht wie einen Luftstrom vor, der von Innen in ein unsichtbares Windrad hineinfasst und es dreht.

Physikalisch steckt dahinter, was wir auch in der Schule lernen: Fließender Strom erzeugt Magnetfelder, und veränderliche Magnetfelder lassen elektrischen Strom fließen (Faradaysches Induktionsgesetz).

Das linke Bild zeigt die Dimensionen der geplanten Reaktoren – passend für Standard-Container. Rechts seht ihr eine angehaltene Animation, welche den Beginn eines Zyklus darstellt. Die Plasmageschosse fliegen gerade los. (Bildquelle: Helion)

Aber was lässt das Plasma pulsieren? Den eigentlichen Antrieb bildet der Zusammenstoß von Plasmageschossen. Links und rechts von der Reaktorkammer werden zwei ringförmige Plasmen aus Deuterium und Helium-3 gebildet.

Die Anlage beschleunigt beide zeitgleich auf Geschwindigkeiten von mehr als 300 Kilometer pro Sekunde (rund 1,1 Millionen km/h; eine Erdumrundung würde bei diesem Tempo etwa 40 Sekunden dauern). Sie rasen gen Zentrum zur Reaktorkammer. Dort in der Mitte kollidieren sie mit einer kombinierten Geschwindigkeit von etwa 600 km/s.

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Innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde erhitzt sich das Plasmagemisch auf rund 150 Millionen Grad Celsius – die Kernfusion setzt ein. Das innere Magnetfeld wölbt sich auf. Das äußere drückt dagegen und stabilisiert die pulsierende Energiekugel. Beide Magnetfelder ringen miteinander, wodurch sie den Stromfluss anregen.

Nach weniger als einer Millisekunde bricht diese künstlich erzeugte Sonne zusammen. Der Vorgang wiederholt sich – je öfter, desto mehr Strom speist die Anlage ins Netz.

Was soll der Ansatz von Helion bringen?

Diese spezielle Kombination von Technologien vermeidet Energieverluste. Zumindest auf dem Papier ist Helion hier klassischen Konzepten wie Tokamaks oder auch Stellaratoren voraus. Wie sich aber letztendlich die Verfahren im praktischen Vergleich aufstellen, muss derzeit offen bleiben.

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Einschätzung der Redaktion

Gerald Weßel: Ob aus dem derzeit angepeilten Start im Jahr 2028 etwas wird, darf bezweifelt werden. Wie auch der Physiker Josef M. Gaßner erläutert, weisen Kernfusionsvorhaben eine mitunter frustrierende Tendenz auf: vermeintlich mach- und doch praktisch (noch) unerreichbar.

Allerdings mehren sich seit kurzem Pläne für zeitnah in Dienst gehende Anlagen – so auch in München. Reichlich Marketing und Trommeln um Sponsoren, sicher – aber KI, Supercomputer und Erfahrung befeuern spürbar das Selbstvertrauen von Ingenieuren und Forschern. Uns bleibt derweil so oder so nur Abwarten und Daumen drücken.

Denn auch wenn uns der Gedanke eines privat finanzierten und kontrollierten Durchbruchs in dem Feld nicht zusagt, bliebe er ein Erfolg für die gesamte Menschheit – gleichweg ob im Auftrag eines Megakonzerns, eines Staates oder durch internationale Kooperation.