mini|Blick auf das Plasma der Versuchsanlage MAST
Fusionsenergie bezeichnet mittels großtechnischer Nutzung der thermonuklearen Kernfusion erzeugten elektrischen Strom. Anlagen, die diesen Prozess nutzen, werden als Kernfusionsreaktoren bezeichnet. Hierin wird mittels eines plasmaförmigen Brennstoffs thermische Energie erzeugt, aus der elektrische Fusionsenergie gewonnen werden kann. Es könnten perspektivisch enorme Mengen an Energien aus kleinen Mengen Brennstoff ressourcenschonend erzeugt werden. Diese Aussicht auf eine praktisch unerschöpfliche„deuterium can be easily extracted at a very low cost“, „enough […] for 2 billion years“ (S. 16), „20.000 years of inexpensive Li6 available“ (S. 17) In: Jeffrey P. Freidberg: Plasma Physics And Fusion Energy. 2007. Energiequelle ohne das Risiko katastrophaler Störfälle und ohne die Notwendigkeit der Endlagerung langlebiger radioaktiver AbfälleWeston M. Stacey: Fusion. An Introduction to the Physics and Technology of Magnetic Confinement Fusion. 2010, S. 151–154; radioactive structural material […] storage time required […] 100 years. treibt seit den 1960er Jahren internationale Forschungsaktivitäten voran. Ziel der Forschung ist es, den Wirkungsgrad von Kernfusionsreaktoren so weit zu erhöhen, um eine kostendeckende und wirtschaftliche Erzeugung von Fusionsenergie in Fusionskraftwerken erreichen zu können.
Im Oktober 2025 beschloss das Bundeskabinett den Aktionsplan „Deutschland auf dem Weg zum Fusionskraftwerk“. Ziel des Aktionsplans ist es, innovationsfreundliche Rahmenbedingungen zu schaffen, um langfristig ein erstes Fusionskraftwerk in Deutschland zu ermöglichen und die notwendigen Technologien gemeinsam von Forschung und Industrie zur Marktreife zu entwickeln. Einen merklichen Beitrag zur Energieversorgung von mindestens 1 TW wird Kernfusion voraussichtlich frühestens im Laufe des 22. Jahrhunderts leisten. Deshalb kann Fusionsenergie keine Rolle bei der weltweiten Energiewende spielen. In Realisierung befindliche Forschungsprojekte Das zurzeit aufwendigste Projekt ist der internationale Forschungsreaktor ITER, vom Reaktortyp Tokamak, der seit 2007 in Südfrankreich im Bau ist. Die Inbetriebnahme dieser Anlage verzögerte sich bereits mehrfach mit einhergehenden Kostensteigerungen. Der Betriebs-Start mit Deuterium-Plasma ist 2034 geplant, der Versuchsbetrieb mit einem Deuterium-Tritium-Plasma soll im Jahr 2039 beginnen. Der letztliche Leistungsbetrieb mit geplant zehnmal so viel freigesetzter Fusionsenergie als eingesetzter Heizenergie soll nach älteren Planungen fünf Jahre danach erreicht werden.EUROfusion: . Version 0.1, 2018.
In dieser Phase sollen auf Basis eines vergrößerten Tokamaks wesentliche Design-Entscheidungen für das Nachfolgekraftwerk DEMO fallen. Die Konstruktion dieses Fusionskraftwerks mit mehreren 100 MW Leistung soll mit enger Beteiligung der Industrie erfolgen. Zwanzig Jahre nachdem ITER ein brennendes Versuchs-Plasma hoher Leistung erreicht haben wird, soll DEMO die großtechnische Stromgestehung durch Kernfusion möglich machen und eine ausreichende Menge des notwendigen Tritiums im Kraftwerk selbst erbrüten. Als Demonstrationsreaktor sollen die Kosten der Kernfusion ermittelt werden, der Betrieb wird noch nicht im wirtschaftlichen Bereich erfolgen.
Parallel zu den internationalen Großprojekten ITER und DEMO gibt es seit ca. 2010 ein erhöhtes Interesse an Kernfusion von Seiten privat finanzierter Start-up-Unternehmen. Sie verfolgen oft alternative Konzepte zur Fusion und versprechen eine Energieproduktion lange vor ITER (z. B. TAE Technologies , Commonwealth Fusion Systems oder Proxima Fusion). Eine Übersicht über die weltweiten Experimente zur Fusionsenergie gibt das Fusion Device Information SystemIAEA: FusDIS der IAEA.
Parallel zu der bei ITER angewendeten Technik der Fusion mittels magnetischen Einschlusses wird an der technischen Umsetzung der Trägheitsfusion gearbeitet. Dabei erfolgt nach einer schlagartigen Zufuhr von Energie ein kurzzeitiges Fusionsbrennen, das durch das Auseinanderfliegen des erhitzten Materials wieder beendet wird.
In Deutschland sind die größten Forschungsprojekte das „Wendelstein 7-X“ in Mecklenburg-Vorpommern und das „Proxima Fusion“ in Bayern. Im Wendelstein 7-X in Greifswald wurden mehrfach Fusionsprozesse mit jeweils immer längerer Laufzeit zum Laufen gebracht. Die dort verwendete Reaktorart ist vom Typ Stellarator, der deutlich günstiger zu bauen ist als ein Tokamak. Betreiber ist das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP). Das in München ansässige Projekt Proxima Fusion plant, bis 2027 eine Modellspule für Stellaratoren fertigstellen und bis 2031 den Demonstrations-Stellarator „Alpha“ in Betrieb zu nehmen. Dieser soll dann erstmals über längere Zeit mehr Energie liefern, statt nur zu verbrauchen. Die Projektgesellschaft wird sowohl aus öffentlichen als auch aus einem überwiegenden Anteil aus privatem Risikokapital finanziert.
In den USA entwickelt die gemeinsame Initiative von Commonwealth Fusion Systems (CFS) und dem Plasma Science and Fusion Center (PSFC) des Massachusetts Institute of Technology ein Design für einen kompakten Tokamak Reaktor SPARC. In den frühen 2030er Jahren soll die privat finanzierte Forschungsanlage mit einer Leistung von etwa 140 MW basierend auf Hochtemperatursupraleitern in Betrieb gehen.
Technische Realisierbarkeit
Das technisch am weitesten fortgeschrittene Konzept zum dauerhaften Einschluss eines thermonuklear reagierenden Plasmas ist das des Tokamaks. Eine Schwierigkeit stellen dabei Plasmainstabilitäten verschiedener Art dar. An Mechanismen zu ihrer Unterdrückung wird intensiv geforscht. Aufgrund des induktiv erzeugten Plasmastroms kann ein Tokamak in seiner ursprünglichen Version nur gepulst betrieben werden, was technisch sehr nachteilig wäre; an Zusatztechniken zur dauernden Aufrechterhaltung des Stroms (Stromtrieb) wird ebenfalls geforscht. Beim Stellarator-Konzept werden weniger inhärente Stabilitätsprobleme erwartet, und ein gleichmäßiger Dauerbetrieb ist hier grundsätzlich möglich. Jedoch ist das Stellaratorkonzept in der Praxis weniger weit entwickelt. Ob das erste Fusionskraftwerk (DEMO) als Tokamak oder Stellarator gebaut werden soll, ist bisher (2022) noch nicht entschieden.
Ein wichtiges Maß für den Fortschritt der Fusionsforschung ist das sogenannte Tripelprodukt für das Erreichen der Zündbedingung. Es muss einem durch das Lawson-Kriterium gegebenen Wert zur Aufrechterhaltung der Kernfusionsreaktion nahe kommen, damit ein Reaktor wirtschaftlich sein kann (siehe Fusion mittels magnetischen Einschlusses). Seit dem Beginn der Fusionsforschung in den 1960er Jahren konnte der Wert des Tripelprodukts ca. um das 10.000fache gesteigert werden, sodass man Anfang 2016 nur noch mit einem Faktor zwischen sieben und zehn von der Zündung entfernt ist. JET erreichte 1997 kurzzeitig (für weniger als 200 Millisekunden) 16 MW Fusionsleistung bei 24 MW eingekoppelter Heizleistung. Der größere Tokamak namens ITER soll für 1000 Sekunden 500 MW Fusionsleistung bei 50 MW Heizleistung demonstrieren. Damit wäre die technische Machbarkeit eines Q-Faktors (definiert als das Verhältnis von Fusionsleistung zu Heizleistung) von zehn gezeigt. Im US-amerikanischen Reaktor SPARC soll 2027 ein erstes Plasma mit Q>1 erzeugt werden.
Prognosen über Strom liefernde Reaktoren liegen seit Jahrzehnten jeweils etwa 30 bis 50 Jahre in der Zukunft. Von manchen Kritikern wird diese Zeitspanne spöttisch als „Fusionskonstante“ bezeichnet, in Anspielung auf die Erdölkonstante. Dass die Prognosen zu optimistisch waren, hat mehrere Ursachen: Der an sich einfache Prozess der Verschmelzung zweier Atomkerne ist in ein komplexes plasmaphysikalisches Umfeld eingebunden, das erst verstanden und beherrscht werden muss. Auch in der praktischen Umsetzung ergaben sich neuartige Herausforderungen technologischer und materialtechnischer Art, da zum Beispiel Temperaturen über 100 Millionen Grad erreicht werden müssen. Finanzierung, Bau und Betrieb der Großanlagen verzögern sich oft aus politischen Gründen, insbesondere angesichts der Kosten beim Projekt ITER.
Ende April 2016 verkündete das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, die bisherigen Experimente und weitere Untersuchungen hätten gezeigt, dass der Dauerbetrieb eines Tokamak technisch machbar ist. Damit seien auch die „Bedingungen für ITER und DEMO nahezu erfüllt“.
Wirtschaftlichkeit Auch wenn Fusionskraftwerke technisch machbar sein sollten, heißt dies nicht, dass sie auch wirtschaftlich betrieben werden können. Im Sachstandsbericht des deutschen Bundestages von 2002 heißt es: „Insgesamt ist daher umstritten, ob auf DEMO bereits Fusionskraftwerke folgen, die wirtschaftlich konkurrenzfähig betrieben werden können. Möglicherweise werden Anfangsschwierigkeiten eine weitere staatliche Unterstützung erforderlich machen (Heindler 2001).“
Andere Studien kommen zu dem Schluss, dass die Kosten von Strom aus Fusionsenergie zu denen aus erneuerbaren Energiequellen vergleichbar sein werden. Nach Internalisierung der externen Kosten könnten Fusionskraftwerke sich zur zweitbilligsten Stromquelle entwickeln.
Hans Joachim Schellnhuber, zu dieser Zeit Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU), und Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, hat 2015 die hohen Kosten der Kernfusionsforschung angesichts der Potentiale der Solarenergie bei der Pressekonferenz zur Veröffentlichung der Enzyklika Laudato si’ kritisiert:
Im Januar 2025 veröffentlichte das Büro für Technikfolgen‑Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) einen neuen Bericht zur Kernfusion. Darin wird betont, dass ein Energie lieferndes Fusionsplasma in absehbarer Zeit erreichbar sei, der Weg zu einem kommerziellen Kraftwerk jedoch noch Jahrzehnte erfordere. Der Bericht verweist auf offene Fragen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Integration in ein erneuerbares Energiesystem, Materialbeständigkeit und gesellschaftlicher Akzeptanz. Wissenschaftler des Max‑Planck‑Instituts für Plasmaphysik (IPP) kritisierten den Bericht kurz darauf als fehlerhaft und irreführend. Sie bemängelten unter anderem falsche Darstellungen der europäischen Fusions‑Roadmap (ITER–DEMO–PROTO), übertriebene Angaben zu Materialschäden durch Neutronen sowie Auslassungen aktueller Fortschritte bei supraleitenden Magneten. Das IPP stellte klar, dass PROTO seit zwei Jahrzehnten kein Thema mehr sei, Materialbelastungen im Bericht überzeichnet dargestellt würden und neue Entwicklungen wie bei Commonwealth Fusion Systems oder dem chinesischen BEST‑Projekt nicht berücksichtigt seien.
Auswirkungen auf die Struktur der Energieversorgung Das Demonstrationskraftwerk DEMO soll erstmals einige 100 MW an elektrischer Leistung produzieren und eine hohe Verfügbarkeit demonstrieren.
Weil bei Fusionskraftwerken die Bau- und Finanzierungskosten den wesentlichen Anteil an den Gesamtaufwendungen darstellen, wären sie insbesondere als Grundlastkraftwerke einsetzbar. 2002 wurde dazu mit Bezug auf eine Quelle aus 2001 in einem Bericht an den Bundestag festgestellt: „Für Grundlastkraftwerke ist die Zuverlässigkeit ein entscheidender Parameter. Häufige unvorhergesehene Unterbrechungen oder lange Stillstandszeiten für Wartung und Reparatur würden Fusionskraftwerke unattraktiv machen. Die heute angenommene Leistungsverfügbarkeit eines Fusionskraftwerkes von 75 % (Bradshaw 2001) ist gegenüber anderen Großkraftwerken, die zum Teil über 95 % erreichen, vergleichsweise niedrig.“
Für die Stromversorgung auf Basis erneuerbarer Energien sind laut Sachverständigenrat für Umweltfragen in Deutschland allerdings Grundlastkraftwerke nicht mehr passend.
Umwelt- und Sicherheitsaspekte Fusionskraftwerke würden solche auf Basis von Kernspaltung und fossilen Brennstoffen ersetzen und hätten im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftwerken auf der Basis von Kohle, Öl oder Gas keinen Ausstoß von Abgasen, insbesondere von Treibhausgasen wie CO2;