Kernfusion

Am 5. Dezember 2022 schossen die 192 Hochleistungslaser der National Ignition Facility (NIF) an der US-amerikanischen Forschungseinrichtung Lawrence Livermore National Laboratory rund 2,05 Megajoule Energie auf eine winzige Deuterium-Tritium-Kapsel. Die dadurch induzierte Fusion lieferte rund 3,15 Megajoule Energie. Inzwischen erreichte die NIF bei einzelnen Experimenten eine Leistungsvervielfältigung von mehr als Q 4. Bedeutet: Die Fusion setzte mehr als viermal so viel Energie frei, wie dem Brennstoff für den Fusionsprozess zugeführt wurde.

Das NIF-Experiment hat gezeigt, dass die Grundlagenphysik der Kernfusion funktioniert. Die nächste, noch größere Frage lautet nun: Wie lässt sich daraus ein Kraftwerk entwickeln, das insgesamt mehr Energie liefert, als es verbraucht?

2025 präsentierte das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) die Hightech Agenda Deutschland. In Kombination mit Sonne, Wind, Wasserstoff und Geothermie stellte sie darin die Kernfusion als Technologie mit hohem Potenzial für die künftige Energieerzeugung vor. Ziel ist, Deutschland zu einem führenden Innovationsstandort für Fusionstechnologien zu machen. Dafür sollen bis 2029 mehr als zwei Milliarden Euro in die Fusionsforschung fließen. Drei Hubs bündeln die Forschung und Entwicklung zur Laserfusion, Magnetfusion sowie zu den Querschnittsthemen Brennstoffkreislauf und Materialentwicklung. 

Fraunhofer-Forschende können alle drei Hubs auf dem Weg zum ersten Fusionsreaktor entscheidend unterstützen. »Technologien auch für hochkomplexe Prozesse so weiterzuentwickeln, dass sie nicht nur funktionieren, sondern auch ökonomisch sinnvoll sind: Das zählt zu den Kernkompetenzen von Fraunhofer«, erklärt Prof. Rüdiger Quay, Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF. »Wir sind Enabler – auf der maschinellen wie auf der Prozess-, Software- und Charakterisierungsebene.«

Target-Technologien – Die Suche nach der perfekten Kugel

Mit einem sehr konkreten Problem der Kernfusion befasst sich etwa der »IFE Targetry Hub«. Insgesamt 15 Partner aus Forschung und Wirtschaft – darunter vier Fraunhofer-Institute sowie die Fraunhofer-Ausgründung Diamond Materials – entwickeln in dem Verbundprojekt Materialien, Prozesse und Messmethoden, um Targets herzustellen und zu charakterisieren. Diese winzigen Hohlkugeln werden bei der Trägheitsfusion mit Laserpulsen so stark komprimiert, dass in ihrem Inneren die für die Kernfusion nötigen Dichten und Temperaturen entstehen.

»Ein sphärisches Target besteht üblicherweise aus einer dünnen Hülle etwa aus Diamant oder auch Kunststoff, gefüllt mit dem Fusionsbrennstoff, zumeist Deuterium und Tritium«, erklärt der Physiker Dr. Jan Engels, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IAF. Dafür muss das Target eine möglichst makellose Kugelform mit gleichmäßiger Wanddicke und extrem glatter Oberfläche besitzen und symmetrisch nach innen komprimiert werden. Schon winzige Abweichungen können Instabilitäten verursachen und die Fusion beeinträchtigen. »Diamond Materials ist in der Lage, solche perfekten Diamant-Hohlkugeln herzustellen«, erklärt Engels. »Für die Befüllung mit Brennstoff können wir am Fraunhofer IAF mittels UV-Pikosekundenlasern inzwischen winzigste Kanäle in Diamantsphären bohren. Je kleiner der Kanaldurchmesser, desto eher bleibt die Perfektion der Target-Geometrie erhalten.«

Das Ziel von »IFE Targetry Hub« ist, die Herstellung der Targets so günstig wie möglich zu gestalten. »Die Kernfusion hat nur eine Marktchance, wenn sie ausreichend effizient ist«, betont Rüdiger Quay. »Im Moment kosten Einzeltargets in der Herstellung mehrere Tausend Euro. Ziel ist, pro Target in den Centbereich zu kommen.«

Zur Halbzeit des Projekts war es Diamond Materials bereits gelungen, die Produktion der Diamant-Hohlkugeln auf bis zu 5000 Stück pro Charge zu skalieren. Ein echter Meilenstein – einerseits. »Doch für ein Fusionskraftwerk brauchen wir rund eine Million solcher Kugeln pro Tag«, sagt Quay. Weitere Skalierungsprozesse stehen nun im Fokus der zweiten Projekthälfte, aber auch systematische Lasertests mit den hergestellten Targets.

Die Brennstoff-Frage: Den Brut-Zyklus optimieren

Bis der erste Fusionsreaktor ans Netz gehen kann, ist noch eine oder andere Schmankerl zu lösen. Etwa der sogenannte Tritiumzyklus als eines der zentralen Konzepte künftiger Fusionskraftwerke: Wie lässt sich das für die Fusion benötigte Tritium erzeugen, nutzen, zurückgewinnen und erneut in den Prozess einspeisen?

Während Deuterium ein stabiles Isotop ist und praktisch in jedem natürlichen Wasservorkommen steckt, ist Tritium radioaktiv und zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa zwölf Jahren. Deshalb gibt es auf der Erde nur verschwindend geringe Mengen. Fusionsreaktoren müssen also das benötigte Tritium selbst erzeugen. Geplant ist, die Fusionskammer mit sogenannten Brut-Blankets zu umhüllen, die Lithium enthalten. Die bei der Kernfusion entstehenden Neutronen sollen daraus das Tritium erzeugen, das dann als Brennstoff verwendet wird. Der Brutzyklus von Tritium ist allerdings bislang noch nicht in größerem Maßstab umgesetzt worden. Noch sind hier viele Fragen offen. Etwa ob Lithium im Brut-Blanket in festem oder flüssigem Zustand vorliegen soll. Oder wie das erzeugte Tritium für die Fusion gereinigt und aufbereitet werden kann.

Nach Antworten suchen Forschende am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden. Mit dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik IPP entwickeln sie in dem Projekt Tritium­Stopp dünne Barriereschichten, die eine Flucht des wertvollen Isotops in das Wandmaterial verhindern und damit Verluste innerhalb des Tritiumzyklus minimieren. Untersucht werden aktuell verschiedene Schichttypen, etwa Metallnitride, Oxide und diamantartige Kohlenstoffe. Dafür greift das Fraunhofer IWS auf Schichttechnologien zurück, die sich bereits in industriellen Hochleistungsanwendungen bewährt haben, beispielsweise als Verschleißschutz auf stark beanspruchten Werkzeugen.

Plasmanahe Strukturen wie das Brut-Blanket sind aber auch generell innerhalb des Fusionsreaktors extremen Belastungen ausgesetzt: starke Hitze, intensive Neutronenstrahlung sowie höchst ungleichmäßige Beanspruchung. All das lässt Materialien schnell ermüden, führt zu Versprödung oder provoziert Risse. Wie sich dies auf das Geschehen im Fusionsreaktor auswirkt, kann die Forschung momentan nur erahnen. 

Es gilt also, Werkstoffe zu finden, die diesen extremen Bedingungen standhalten – und sich so verarbeiten lassen, wie es die geometrisch hochkomplexen Bauteile eines Reaktors mit ihren vielen Funktions- und Kühlstrukturen erfordern. Hier setzt das Projekt AM-SHIELD unter der Leitung des Fraunhofer IWS an. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft prüft das Institut die Belastbarkeit unterschiedlicher Werkstoffe. Parallel untersucht das Team, wie sich komplexe und großvolumige Strukturbauteile aus Eurofer97 fertigen lassen. Dieser Stahl gilt als »Arbeitspferd« der europäischen Fusionsforschung, er widersteht hohen Temperaturen und intensivem Neutronenbeschuss. Parallel entwickelt und bewertet das Projektteam weitere strahlungsbeständige Werkstoffe.

»Aktuell toleriert man in der Fertigung solcher Großkomponenten Verschnitte von bis zu 90 Prozent«, erklärt Moritz Greifzu, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWS. »Das muss deutlich materialeffizienter und dadurch günstiger werden – solche Spezialwerkstoffe sind extrem teuer. Wir arbeiten an einem hybriden Herstellungsansatz, also einer Kombination aus additiver und subtraktiver Fertigung, um die Gestaltungsfreiheit des 3D-Drucks mit der Präzision von Fräs- und Schleifverfahren zu verbinden.« Als Schnittstelle zwischen Materialentwicklung und Produktionstechnologien sei das Fraunhofer IWS bestens aufgestellt, um solche Lösungen voranzutreiben.

Target Tracking: Auf den Mikrometer genau zielen

Beim NIF-Experiment zielten die Laser auf eine einzige und exakt positionierte Brennstoffkapsel. Für einen Kraftwerksbetrieb müssten etwa zehn Brennstoffkapseln pro Sekunde mit hoher Geschwindigkeit in den Reaktor geschossen und zum richtigen Zeitpunkt von Lasern getroffen werden. Physiker Dr. Alexander Bertz, Gruppenleiter Geometrische Inline-Messsysteme am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM, weiß: »Wird das Ziel nur um wenige Mikrometer verfehlt, zündet die Fusion nicht und das Gas verpufft.«

Im Projekt »Star Track« hat das Team um Bertz ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Flugbahn von sehr kleinen und sich extrem schnell bewegenden Objekten mikrometergenau in Echtzeit bestimmen lässt. »Aufgesetzt haben wir dabei auf etwas, das sich chromatisch-konfokale Messtechnik nennt«, erklärt Bertz. »Dabei wird eine Weißlichtquelle durch eine chromatisch-aberrative Optik geschickt und so eine Art Regenbogen erzeugt. Anhand der Farbe, die reflektiert und von einem Sensor erfasst wird, lässt sich die Position eines Kügelchens sehr genau identifizieren, das diesen Regenbogen durchfliegt.«

In einer Weiterentwicklung dieser Technologie will Bertz die digitale Holographie involvieren – ein Verfahren, mit dem die vollständige Information eines Lichtfelds digital aufgezeichnet und via Computer rekonstruiert werden kann, um ein Objekt auch dreidimensional darzustellen und zu vermessen. »So lässt sich nicht nur die Position eines Brennstoff-Targets bestimmen, sondern auch dessen Orientierung, also dessen Drehung. Dann kann die Polarisation des Lasers so eingestellt werden, dass tatsächlich eine Zündung stattfindet und nicht bloß eine Verpuffung.«

Beteiligt an »Star Track« war auch das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, dessen Expertise unter anderem darin liegt, Projektile auf extrem hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. »Die Brennstoff-Targets müssen für einen funktionierenden Kraftwerksbetrieb den Beschleunigungsvorgang unbeschadet überstehen«, erklärt Dr. Pascal Matura, Abteilungsleiter am Fraunhofer EMI. Dazu haben Forschende Diamanthohlkugeln des Unternehmens Diamond Materials mit einem ihrer Laborbeschleuniger auf eine Geschwindigkeit von mehr als 200 Meter pro Sekunde gebracht und im Freiflug hochauflösend mit spezieller Messtechnik fotografiert.

Am Großprojekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ist das Team um Matura ebenfalls beteiligt. Die Forschungsanlage, die am südfranzösischen Entwicklungszentrum für Kernenergie Cadarache entsteht, wird bei Fertigstellung die weltweit größte Forschungsanlage für Magnetfusion beherbergen. 35 Nationen entwickeln hier gemeinsam so etwas wie einen künstlichen Stern: In einem Reaktor soll Wasserstoffplasma auf rund 150 Millionen Grad Celsius erhitzt und durch gewaltige Magnetfelder zu einem Donut-artigen Gebilde mit einem Radius von gut sechs Metern und einem Volumen von 840 Kubikmetern geformt werden.

In dieser Größenordnung ist das Plasma nur schwer langfristig zu kontrollieren. »Instabilitäten des Plasmas können zu sogenannten Plasmadisruptionen führen und dabei sehr viel Energie freisetzen sowie Komponenten im Inneren der Anlage schädigen«, erklärt Physiker Matura. Um den Auswirkungen solcher Plasmainstabilitäten etwas entgegenzusetzen, soll in ITER ein Schutzsystem eingebaut werden: Über das »Disruption Mitigation System« (DMS) werden binnen Millisekunden große Mengen von gefrorenem Wasserstoff oder Neon in das Plasma eingeschossen. »Dadurch wird das Plasma etwas abgekühlt, die Dichte erhöht und seine Energie verringert.«

Der Clou dabei: Der gefrorene Stoff in Form eines Zylinders – etwas größer als der Korken in einer Weinflasche – wird nicht direkt in das Plasma geschossen, sondern prallt zunächst auf eine leicht schräg stehende Platte. Dort zerbirst das Pellet und wird als Fragmentschauer in das Plasma eingeleitet. Da die Effektivität des DMS von der Größe, Geschwindigkeit und Verteilung der Fragmente abhängt, haben die Forschenden am Fraunhofer EMI numerische Modelle und Computercodes zur Simulation und Analyse des Fragmentierungsprozesses entwickelt und mit experimentellen Ergebnissen des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in Garching abgeglichen. Ziel des Projekts ist eine Optimierung des Fragmentierungsprozesses. Oder einfacher formuliert: Die Forschenden am Fraunhofer EMI wollen herausfinden, wie man am geschicktesten das Eis bricht.

Im Strahlengang: Präzisionsoptiken auf ein neues Level heben

Während bei der Magnetfusion starke Magnetfelder das Plasma kontrollieren, muss bei der Trägheitsfusion die Laserenergie möglichst präzise geformt, gelenkt und fokussiert werden. Und das in einem Ausmaß, als wollte man mit mehreren Pfeilen gleichzeitig aus mehreren hundert Kilometern Entfernung dieselbe Stecknadel treffen. Diese Präzisionsaufgabe übernehmen riesige Spiegel, Linsen und Kristalle entlang des gesamten Strahlengangs. »Ohne optische Funktionalisierung, ohne optische Schicht geht da gar nichts«, betont Dr. Astrid Bingel. Die Physikerin entwickelt am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena technische Innovationen für die Kernfusion, passt bestehende Optiken und Technologien an die Anforderungen der Kernfusion an und sucht nach Wegen, auf denen sich gefundene Lösungen auf industriellen Maßstab skalieren lassen.

»Letzteres ist fast die größte Herausforderung«, urteilt Bingels Kollege Dr. Thomas Gischkat: »Viele der neuen optischen Komponenten funktionieren bereits im Labor. Aber damit sich die Kernfusion als saubere Energiequelle am Markt etablieren kann, muss sie sich zu einem High-End-Massenprodukt entwickeln.« High-End-Technologie zu entwickeln, ist schon extrem anspruchsvoll. Und dann auch noch zu ökonomisch vertretbaren Preisen? Genau das wird entscheidend sein, um Kernfusion zur Energie der Zukunft zu machen. Schließlich sind in einem Fusionsreaktor mehrere tausend optische Komponenten verbaut, deren Herstellung aber in der Summe finanzierbar bleiben soll.

Die optischen Teile sind, so Bingel, der begrenzende Faktor im Kraftwerk. Diese Grenzen zu erweitern, ist Ziel des Verbundprojekts PriFUSIO: Ein Konsortium aus sieben Industriepartnern und drei Forschungsinstituten (darunter die Fraunhofer-Institute IOF und ILT) will photonische Schlüsselkomponenten für die laserbasierte Fusion erforschen und industriell nutzbar machen. Die Arbeit für die Forschenden am Fraunhofer IOF setzt dabei ganz vorne an: an der Laserquelle, also dort, wo das Licht erzeugt wird. »Hier muss es bereits gebeugt werden«, erklärt Thomas Gischkat: Durch sogenannte Beugungsgitter kann das Licht nach der Wellenlänge aufgetrennt, die gewünschte Wellenlänge ausgewählt und sehr präzise gesteuert werden.

»Am Fraunhofer IOF dürfen wir uns rühmen, dass wir die besten und effizientesten Gitter haben«, betont Gischkat. »Doch selbst deren Strukturen leiden bei der Verwendung von Laserlicht. Im Projekt PriFUSIO wollen wir herausfinden, wie sich die Laserstabilität durch passende Designs erhöhen ließe.« Zur Extra-Challenge wird dieses Vorhaben durch die Anforderung, dass die Gitter nicht nur einen kleinen Wellenlängenbereich durchlassen dürfen, sondern möglichst breitbandig sein müssen, denn: »Das Laserlicht wird sehr stark komprimiert und hat dadurch viele Wellenlängenanteile.«

Im Projekt SHARP wiederum, koordiniert von der Schott AG, entwickeln Forschende am Fraunhofer IOF sowie dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS seit 2025 Hochleistungsspiegel für Fusionskraftwerke. Diese sollen nicht nur möglichst wenig Laserlicht absorbieren, sondern auch langfristig sehr hohen Temperaturen standhalten. Dafür müssen Kühlstrukturen in die Glassubstrate integriert und thermomechanische Effekte in die Schichtentwicklung einbezogen werden. »Üblicherweise würde man mit Kältefallen an der Rückseite arbeiten – etwa einer Metallschicht, die thermische Energie abführt«, erläutert Physiker Gischkat. »Doch Metalle kann man oft nicht gut bearbeiten. Wir wollen auf eine von Zeiss entwickelte Technologie aufsetzen und Kühlkanäle schon während der Herstellung ins Glas ›hineinschreiben‹.« Der Vorteil: »Der Spiegel ist dann monolithisch, also ein kompakter Körper – so existiert keine Sollbruchstelle, die kaputtgehen könnte. Würde man die Kühlkanäle nachträglich einätzen, müsste man diese mit einer Art sehr dünnem Deckel abdichten, der abspringen könnte unter Belastung.«

Während es bei SHARP um Spiegel geht, befasst sich das Projekt NanoAR mit dem gegenteiligen Prinzip: der Entspiegelung von Oberflächen. »Spiegel sind ja im Prinzip strahlformende Komponenten, man möchte hier eine möglichst hohe Reflexion«, erklärt Astrid Bingel. »Bei transparenten Optiken hingegen will man jegliche Reflexion an den Grenzflächen vermeiden, da der Laserstrahl möglichst verlustfrei hindurchgehen soll.« Selbst wenn an einer Grenzfläche nur wenige Prozent reflektiert werden, multipliziere sich das deutlich bei mehr als 100 Komponenten im Strahlengang.

»Bei NanoAR wollen wir keine Anti-Reflex-Beschichtungen nutzen, sondern sogenannte Metaoberflächen oder nanostrukturierte oberflächeneffektive Medien«, erläutert Bingel. Dafür haben sich die Forschenden von der Natur inspirieren lassen: »Mottenaugen reflektieren nahezu kein Licht. So können Motten nachts sehen, ohne dass ihr Auge Licht zurückwirft und Räuber aufmerksam werden.« Unter dem Mikroskop betrachtet, ist die Oberfläche von Mottenaugen nicht glatt, sondern mit Millionen Erhebungen im Nanometerbereich bedeckt. Während der Lichtbrechungsindex sich bei einer normalen Glasfläche abrupt beim Übergang von Luft zu Glas ändert, ermöglichen diese Strukturen einen sanften Übergang des Brechungsindex zwischen Luft und Auge: Das Licht dringt nahezu verlustfrei ein.

Am Fraunhofer IOF wird eine Nanostruktur auf das Glas gesetzt mit dem intern erdachten Verfahren AR-plas2. Die Methode ist eine Kombination aus Beschichtung und Nanostrukturierung: Nicht die Linse selbst wird strukturiert, sondern deren hauchdünne Beschichtung auf Basis von Siliciumdioxid oder Calciumfluorid. Das Ergebnis sind sehr klare und kontrastreiche Hochleistungsoptiken mit einer Entspiegelung, die selbst bei schrägem Lichteinfall noch wirkt.

Lebensdauer verlängern: Schon jetzt an Reparaturen denken

Manche Fraunhofer-Forschende denken bereits über den Start des ersten Fusionsreaktors hinaus. Thomas Derra vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT etwa befasst sich im Projekt ISEGRIM schon heute damit, wie sich Defekte im Inneren eines Fusionsreaktors nach dessen Inbetriebnahme möglichst schnell und kostengünstig reparieren lassen. »Diese Technologie kann nur dann wirtschaftlich gestaltet werden, wenn man Wartungs- und Reparaturkonzepte von Beginn an mitentwickelt«, erklärt der Ingenieur. »Die dafür nötigen Vorrichtungen können ja nicht einfach nachträglich in das komplexe Reaktorsystem integriert werden.«

ISEGRIM fokussiert darauf, überbeanspruchte Bauteile in Reaktoren zu reparieren, statt sie auszutauschen – idealerweise, ohne dafür den Betriebszustand vollständig herunterfahren zu müssen. Dieses Vorgehen soll Kosten sparen und die Lebensdauer von Fusionsreaktoren verlängern. »Wir entwickeln dafür das industriell bereits bewährte Laser-Auftragsschweißen mit Draht weiter«, erklärt Derra: Per Laser wird ein Wolframdraht erst geschmolzen und dann gezielt auf die beschädigte Stelle aufgetragen, sodass eine neue, feste Schicht entsteht.

Wolfram ist ein kritischer Werkstoff: Seine hohe Widerstandsfähigkeit macht ihn attraktiv für die Fertigung von Reaktorbauteilen, aber zum Problemfall für das Laser-Auftragsschweißen. »Wolfram hat nicht nur den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle, sondern ist bei niedrigen Temperaturen auch ein eher sprödes Material, mit dem sich nur schwer gleichmäßige und rissfreie Schweißschichten erstellen lassen«, erklärt Derra. Deshalb versuchen die Forschenden am Fraunhofer IPT, speziell auf die Eigenschaften von Wolfram abgestimmte Laser- und Anlagentechniken zu entwickeln.

Weil Wolfram im erhitzten Zustand Sauerstoff anzieht, werden zusätzlich Versuche im Vakuum durchgeführt – etwas, das späteren Reaktorreparaturen entgegenkommt, da praktisch alle Konzepte für Fusionsreaktoren vorsehen, dass der Betrieb im Hochvakuum stattfindet. Derra: »Wir müssten bei Reparaturbedarf nicht warten, bis der Reaktor vollständig abgeschaltet, belüftet und abgekühlt ist, um Module im Inneren wieder instand zu setzen. Solche erzwungenen Stilllegungszeiten würden die Wirtschaftlichkeit eines Reaktors drastisch senken.«

Kernfusion als Chance für viele Industrien und Unternehmen

Was Thomas Derra besonders freut: »Bei ISEGRIM haben wir Unternehmen mit an Bord, die mit dem Thema Kernfusion bislang noch gar nichts zu tun hatten«, erzählt er. »Die haben nun aber richtig Feuer gefangen und finden sich immer mehr in die Thematik ein.« Gemeinsam habe man durch das Projekt beispielsweise viel über den Werkstoff Wolfram gelernt und dessen Einsatz in Additivprozessen. Dass sich über die Projektzusammenarbeit viele kluge Köpfe aus unterschiedlichen Branchen mit solchen Forschungsfragen befassen, sieht er als große Chance – für die Realisierung der Kernfusion, aber auch für den Technologiestandort Deutschland. 

Den Appetit auf Kernfusion wecken, Synergieeffekte finden und die Vision einer sauberen, sicheren und grundlastfähigen Energiequelle interdisziplinär verfolgen: Das sieht das 2025 vom Fraunhofer IWS und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) gegründete Kompetenzwerk SAXFUSION als seine vordringlichste Aufgabe an. Das sächsische Netzwerk ist zentrale Anlaufstelle für interessierte Unternehmen und Einrichtungen aus der Forschung, Industrie und Gesellschaft. »Unser Ziel ist, Menschen und Unternehmen aus den unterschiedlichsten Branchen mitzunehmen auf die Reise Richtung Fusionskraftwerk«, erläutert Anne-Katrin Leopold, Werkstoffwissenschaftlerin am Fraunhofer IWS und Koordinatorin von SAXFUSION. »Bislang wurde das Thema Kernfusion ja eher seitens der Physik bespielt. Seit der Kraftwerksbau in den Fokus gerückt ist, kommen nach und nach Ingenieure hinzu. Doch es braucht noch mehr Expertisen, etwa hinsichtlich Energienetz oder Lieferketten. Viele Industriebranchen sehen noch nicht, welche ökonomischen Chancen in der Kernfusion liegen.«

»Durch das Netzwerk ist sichtbar geworden, wie viel Kompetenz zu diesem Thema bereits in der Region Sachsen vorhanden ist«, ergänzt Leopolds Kollege Moritz Greifzu. Mit einer Rate von bis zu einer Billion Neutronen pro Sekunde beherbergt das HZDR beispielsweise einen der leistungsstärksten beschleunigerbasierten Neutronengeneratoren Europas. Zugleich verfügt Sachsen über eine starke Automobilzulieferindustrie, die neue Geschäftsfelder erschließen will. »Mit SAXFUSION schlagen wir die Brücke zwischen Wissenschaft und Wirtschaft«, betont Dr. Jens Möller, Leiter Forschungsmanagement am Fraunhofer IWS und Mitinitiator von SAXFUSION. »In diesem Feld entstehen neue Wertschöpfungsketten und Märkte, die gerade kleinen und mittelständischen Unternehmen spannende Perspektiven eröffnen.« 

Fusionsforschung: Wie die Industrie davon schon heute profitiert

Noch steht es in den Sternen, wann das erste Kernfusions-Kilowatt tatsächlich ins Energienetz eingespeist werden kann. Ist es trotzdem gerechtfertigt, in wirtschaftlich schwierigen Zeiten die Forschung hier mit vielen Milliarden Euro zu befeuern?

Dr. Alexander Bertz vom Fraunhofer IPM findet: Auf jeden Fall – weil viele Lösungen, die in den Fraunhofer-Instituten für die Energiequelle von morgen entwickelt werden, auch industrielle Herausforderungen von heute adressieren. »Die Messtechnik, die wir fürs Target-Tracking entwickeln, ist beispielsweise superspannend für die Robotik«, erklärt Bertz. »Damit lässt sich die Genauigkeit, mit der ein Industrieroboter seine Werkzeugspitze einsetzt, in den Submikrometerbereich erweitern. Tatsächlich sind wir bereits im Gespräch mit möglichen Industriepartnern.« Die Fragmentierungsprozesse, die sein Forschungskollege Dr. Pascal Matura vom Fraunhofer EMI untersucht, sind ebenso für militärische Anwendungen interessant wie für die Raumfahrt: »Im All können Mikrometeoriten oder Weltraumschrott mit extrem hohen Geschwindigkeiten auf Satelliten treffen. Die mit ITER entwickelten Methoden sollen helfen, ­Kaskadeneffekte bei der Fragmentierung besser zu verstehen und entsprechende Schutzkonzepte zu erstellen.«

Und die Innovationen, die Fraunhofer-Forschende für optische Schlüsselkomponenten entlang des Strahlengangs entwickeln? »Die Technologien, die in Projekten wie NanoAR entstehen, sind anschlussfähig für jegliche industrielle Anwendung von Hochleistungsoptiken«, urteilt Astrid Bingel. »Sobald man mit klassischen Schichtsystemen nicht mehr weiterkommt, werden Nanostrukturen interessant.« Vor allem der Maschinenbau könne von der Fusionsforschung profitieren, findet Jens Möller vom Fraunhofer IWS – egal, ob es um neue beziehungsweise weiterentwickelte Produktionstechnologien geht oder um Werkstoff-Innovationen etwa im Bereich Stahl. 

An einer technologischen Vision zu arbeiten und zugleich die Wirtschaft im Hier und Jetzt zu unterstützen – dieser Ansatz hat aus Sicht von Alexander Bertz und Pascal Matura großen Charme: »Mit der Fusionsforschung gestalten wir Gegenwart und Zukunft gleichermaßen.« Vor allem aber sei die Realisierung der Kernfusion endlich wieder ein gemeinsames globales Ziel, findet Anne-Katrin Leopold vom Fraunhofer IWS – »jene positive Zukunftsvision, nach der sich viele Menschen sehnen«.