KIT-Forschungshub verbindet Rückbau und Aufbruch zur Kernfusion

Am KIT-Campus Nord in Eggenstein-Leopoldshafen stehen Vergangenheit und Zukunft ziemlich dicht beieinander. Während alte atomare Versuchsanlagen dekontaminiert und demontiert werden, forscht das Karlsruher Institut für Technologie nur wenige Schritte entfernt an der Kernfusion. Ein Mehrzweckreaktor, ein Schneller Brüter und eine Wiederaufbereitungsanlage gehören zu insgesamt acht Anlagen, deren Rückbau voraussichtlich erst in den 2070er-Jahren abgeschlossen sein wird.

Die Rechnung ist entsprechend groß: Einschließlich des Transports radioaktiver Abfälle in das Bundesendlager Schacht Konrad werden die Kosten auf 11,7 Milliarden Euro geschätzt. In ehemaligen „Heißen Zellen“, in denen einst Brennstäbe untersucht wurden, werden heute Metalle für künftige Fusionsreaktoren geprüft. Werkstücke werden bestrahlt und anschließend mit optischen und Elektronenmikroskopen untersucht. Es ist eine eigentümliche Nachbarschaft – Rückbau hier, Aufbruch dort.

Ein Forschungshub zwischen Magneten und Lasern

Am 29. Juli 2026 gab das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) bekannt, dass das KIT einer von drei Forschungshubs des „Aktionsplans Fusion“ wird. Die Bundesregierung will damit den Bau eines ersten Fusionsreaktors in Deutschland vorantreiben. Die Hubs bündeln Kompetenzen aus Wissenschaft und Industrie und sollen zentrale technologische Herausforderungen der Fusionsenergie bearbeiten.

Der Karlsruher Hub kümmert sich um den Brennstoffkreislauf, neue belastbare Materialien, die technische Umsetzung künftiger Fusionskraftwerke und zentrale Reaktorkomponenten. Das KIT entwickelt unter anderem Brutblankets zur Erzeugung des Fusionsbrennstoffs Tritium, Technologien für einen sicheren Tritiumkreislauf, Materialien für extreme Temperaturen und hohe Neutronenflüsse, Hochfrequenzsysteme zur Plasmaheizung sowie Komponenten für den kontinuierlichen Anlagenbetrieb.

Mehr als 30 Partner sind beteiligt, darunter Universitäten, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen. Als Schnittstelle zwischen Magnet- und Laserfusion bringt der Karlsruher Hub die Unternehmen Proxima Fusion, Gauss Fusion, Focused Energy und Marvel Fusion zusammen. Zwei der drei Hubs konzentrieren sich auf Magnetfusion beziehungsweise Laserfusion; der dritte bearbeitet Brennstoffkreislauf, Materialien und Kraftwerksintegration.

Der Anspruch ist praktisch: Forschungsergebnisse sollen schneller in industrielle Anwendungen gelangen, zugleich soll eine leistungsfähige Lieferkette der Fusionswirtschaft entstehen. KIT-Präsident Jan S. Hesthaven bezeichnete das Institut wegen seiner Expertise und Infrastruktur als geeigneten Standort. Christoph Kirchlechner, Sprecher des KIT-Programms Fusion, sagt sinngemäß: Die verschiedenen Technologien müssten integriert entwickelt werden, damit sie in einem Kraftwerk zuverlässig und wirtschaftlich funktionieren. Bis Strom ins Netz fließen kann, bleiben allerdings erhebliche wissenschaftliche und technische Hürden.

Am KIT werden deshalb Grundlagenforschung, Technologieentwicklung und Ausbildung verbunden. Dazu gehört auch die Qualifizierung von Fachkräften für den Umgang mit komplexen Systemen und Tritium. Langfristig soll Fusion erneuerbare Energien verlässlich ergänzen können – nicht ersetzen.

150 Millionen Grad und die Suche nach dem richtigen Metall

Am Standort Karlsruhe wird seit mehr als 30 Jahren zur Kernfusion geforscht; in den 1990er-Jahren wurde ein Tritium-Labor gegründet. Bei der geplanten Reaktion verschmelzen die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium bei rund 150 Millionen Grad zu Helium und setzen dabei Energie frei. Physikalisch lautet die wichtigste Reaktion: Deuterium plus Tritium ergibt Helium-4 und ein Neutron, insgesamt werden 17,6 MeV frei. 3,5 MeV trägt der Heliumkern, 14,1 MeV das Neutron.

Die Karlsruher Forschung konzentriert sich insbesondere auf den Tritiumkreislauf und auf Materialien für Fusionsreaktoren. Gesucht werden Werkstoffe, die hohe Temperaturen aushalten und nach der Bestrahlung nur kurz und schwach radioaktiv bleiben. Eisen wäre hinsichtlich der Aktivierung geeignet, ist aber nicht stabil genug. Nickellegierungen wären stabiler, blieben hingegen über viele Generationen radioaktiv. Ein ziemlich unangenehmer Zielkonflikt.

Die Materialforschung hilft nicht nur der Fusion. Sie ist auch für Lasertechnik und Hochleistungselektronik relevant. KIT-Forschungsdirektor Christoph Kirchlechner hält Sicherheit, Sauberkeit und Energieproduktion technisch für erreichbar. Offen sei vor allem, ob ausreichend zuverlässige, kostengünstige und niedrig aktivierbare Materialien gefunden werden.

Bis 2040 soll ein Prototyp eines Fusionskraftwerks entstehen. Bei optimalem Verlauf wäre eine Leistung von etwa einem Gigawatt möglich. Bis zur kommerziellen Nutzung könnten dennoch 40 bis 50 Jahre vergehen. Für die Entwicklung in der Europäischen Union wären nach Einschätzung der Forscher Investitionen von etwa 30 Milliarden Euro erforderlich. China ist mit einem Forschungszentrum in Hefei und hohen Investitionen ein starker Konkurrent und strebt an, Fusionsenergie bis 2050 erstmals kommerziell zu nutzen.

Keine neue Atomdebatte – und doch eine politische

Union und FDP bezeichnen Kernfusion als wichtige Zukunftstechnologie. Die SPD steht ihr skeptisch gegenüber, bei den Grünen gibt es Befürworter und Gegner. Als Nachteile nennen die Grünen unter anderem die externe Kühlung sowie schwach- und mittelradioaktive Abfälle. Auf der Habenseite stehen für sie etwa Fortschritte bei supraleitenden Magneten und in der Lasertechnik. Die AfD setzt vor allem auf einen schnellen Wiedereinstieg in die Kernspaltung und bewertet Kernfusion zurückhaltend.

Baden-Württemberg war zunächst nicht in eine von Bayerns Wissenschaftsminister Markus Blume initiierte Forschungsallianz aufgenommen worden. Nach Kritik der baden-württembergischen Wissenschaftsministerin Petra Olschowski wurde das Land nachträglich beteiligt. Der Karlsruher Fusionsforschungs-Hub erhält im Rahmen der High-Tech-Agenda insgesamt 27,5 Millionen Euro: 10 Millionen Euro kommen aus dem Landeshaushalt, dazu werden 2,75 Millionen Euro jährliche Betriebskosten genannt.

Olschowski begründet ihr Interesse mit dem Bedarf an CO₂-freier Energie und größerer Unabhängigkeit von fossilen Energielieferungen aus autoritär regierten Staaten. Gleichzeitig betont sie, die heutige Energiepolitik und der Ausbau erneuerbarer Energien dürften nicht von möglichen künftigen Erfolgen der Kernfusion abhängig gemacht werden.

KIT-Vizepräsident Thomas Hirth sieht erneuerbare Energien mit Speichern als passende Lösung für private Haushalte. Für große Industriestandorte mit dauerhaft hohem Strombedarf könne Kernfusion künftig eine Option sein. Die Forscher warnen vor einer politischen Überhöhung der Technologie, lehnen aber auch eine pauschale Abwertung ab. Hirth betont, bei der Fusionsforschung gehe es weder um eine Rückkehr zur Kernspaltung noch um eine Einschränkung des Ausbaus erneuerbarer Energien.

Kirchlechner hält eine Rückkehr zur Atomenergie gesellschaftspolitisch für ausgeschlossen, unter anderem wegen der ungelösten Endlagerfrage. Standorte ehemaliger Kernkraftwerke wie Neckarwestheim oder Gundremmingen könnten in den 2040er-Jahren möglicherweise für Fusionskraftwerke genutzt werden, weil dort technische und personelle Infrastruktur vorhanden ist.

Was bei der Fusion eigentlich passiert

Kernfusion bedeutet, dass zwei Atomkerne zu einem neuen Kern verschmelzen. Sie ist die Energiequelle der Sonne und anderer leuchtender Sterne. Weil Atomkerne positiv geladen sind, müssen sie zunächst ihre elektrische Coulomb-Abstoßung überwinden oder quantenmechanisch durch sie hindurchtunneln. Bei Abständen von etwa 10⁻¹⁵ Metern überwiegt die starke Wechselwirkung; der Wirkungsquerschnitt beschreibt dabei die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion.

Fusion kann exotherm sein und Energie freisetzen oder endotherm verlaufen und Energie aufnehmen. Eine Fusions-Kettenreaktion wie bei der Kernspaltung ist nicht möglich. Energie wird bei der Fusion leichter Kerne bis ungefähr zum Bereich von Nickel frei, weil dort die Bindungsenergie pro Nukleon besonders hoch ist. Die Fusion von Wasserstoff zu Helium setzt besonders viel Energie frei.

Ein gleichteiliges Deuterium-Tritium-Gemisch gilt als aussichtsreichster Brennstoff für irdische Fusionsreaktoren. Für einen selbstständigen Ablauf muss das Lawson-Kriterium erfüllt werden: ungefähr 150 Millionen Kelvin, einige Bar Druck und eine ausreichend lange Energieeinschlusszeit. Die Temperatur liegt damit etwa zehnmal über der im Sonnenkern, der Druck aber deutlich darunter. Bei technisch erreichbaren Bedingungen besitzt DT einen wesentlich größeren Wirkungsquerschnitt als die Proton-Proton-Reaktion.

Ein Gramm Deuterium-Tritium-Gemisch könnte theoretisch etwa 100 MWh thermische Energie freisetzen. Bisherige kontrollierte Fusionsexperimente erreichten jedoch noch keine positive Gesamtenergiebil