Nur 20 Kilo Brennstoff weltweit: Briten könnten eines der größten Probleme der Kernfusion lösen

Seit Jahrzehnten gilt die Kernfusion als große Hoffnung: fast unbegrenzter Strom, kaum CO₂, kein langlebiger Atommüll wie bei klassischen Reaktoren. Doch bei aller Begeisterung für Hightech und Super-Temperaturen bleibt eine ganz einfache, entscheidende Frage: Reicht der Brennstoff überhaupt? Ohne genug Tritium nützt die beste Reaktor-Technik nichts. Weltweit gibt es im zivilen Bereich gerade einmal rund 20 Kilogramm dieses radioaktiven Wasserstoff-Isotops. Und es wird nicht mehr, sondern weniger – denn Tritium zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa zwölf Jahren. Wer ernsthaft über die Energieversorgung der Zukunft spricht, kommt an diesem Stoff nicht vorbei.

Deshalb sorgt eine Meldung aus Großbritannien jetzt für Aufmerksamkeit. Das Unternehmen First Light Fusion erklärt, sein Kraftwerkskonzept „FLARE“ könne deutlich mehr Tritium erzeugen, als es selbst verbraucht. Die Berechnungen wurden unter anderem von Strahlungsphysikern von TÜV Süd UK überprüft und bestätigt, heißt es. Sollte sich das im praktischen Betrieb bewahrheiten, wäre ein zentrales Problem der Kernfusion entschärft – nämlich die Frage, woher der seltene Brennstoff in ausreichender Menge kommen soll.

Warum der Brennstoff alles entscheidet

Fast alle ernstzunehmenden Konzepte für Kernfusion setzen auf die sogenannte Deuterium-Tritium-Reaktion. Deuterium ist dabei kein Problem – es steckt im Meerwasser und lässt sich technisch vergleichsweise gut gewinnen. Der Engpass ist das zweite Element der Reaktion: Tritium.

In der Natur kommt es praktisch nicht vor. Es entsteht nur in sehr kleinen Mengen, etwa in speziellen Kernreaktoren. Für eine künftige Flotte von Fusionskraftwerken reicht das bei Weitem nicht. Hinzu kommt: Neue Anlagen brauchen zu Beginn große Mengen dieses Stoffes, bevor sie überhaupt selbst welchen erzeugen können. Große Fusionskraftwerke würden für ihren Start mehr Tritium benötigen, als heute weltweit im zivilen Bereich verfügbar ist.

First Light Fusion hat detaillierte Berechnungen zur Tritium-Erzeugung seines Kraftwerksdesigns FLARE vorgelegt. Parallel dazu analysierte das Strahlungsphysik-Team von TÜV Süd UK das Konzept mit eigenen Rechenmodellen und unabhängigen Datenbanken. Beide Auswertungen kommen laut Unternehmensangaben zum gleichen Ergebnis: ein Tritium-Brutverhältnis (Breeding Ratio) von 1,8.

Ab wann ein Reaktor mehr Tritium erzeugt als er verbraucht

Das sogenannte Tritium Breeding Ratio (TBR) beschreibt, wie viel Tritium ein Reaktor im Verhältnis zu seinem Verbrauch erzeugt. Zur Einordnung:

• TBR 1,0: Der Reaktor ersetzt exakt die verbrauchte Menge.
• TBR etwa 1,2: Gilt als Mindestwert, um Verluste auszugleichen und dauerhaft autark zu arbeiten.
• TBR 1,8: Steht für einen deutlichen Überschuss über den Eigenbedarf.

TÜV SÜD UK erklärte, die durchgeführten Analysen bestätigten den Wert von 1,8 für die vorgesehene Reaktorgeometrie. „Die Lösung der Tritium-Frage ist entscheidend, damit die Kernfusion in großem Maßstab wachsen kann“, sagt Firmenchef Mark Thomas. Das validierte Design zeige, dass ein Kraftwerk nicht nur sich selbst versorgen, sondern zusätzlichen Brennstoff bereitstellen könne.

Im Zentrum des FLARE-Konzepts steht ein großes Bad aus flüssigem Lithium, das die Fusionsreaktion umgibt. Die energiereichen Neutronen, die bei der Reaktion entstehen, treffen auf das Lithium und erzeugen dort neues Tritium. Je mehr dieser Neutronen eingefangen werden, desto höher fällt die Ausbeute aus.

Für das geplante Kraftwerksdesign mit 333 Megawatt elektrischer Leistung ergibt sich daraus eine bemerkenswerte Projektion: Eine einzelne Anlage könnte laut Unternehmen rund 25 Kilogramm Tritium pro Jahr netto erzeugen – mehr, als heute weltweit im zivilen Bereich vorhanden ist.

Milliardenchance – mit offenen Fragen

Tritium gilt aufgrund seiner Knappheit als extrem teuer. Häufig werden Marktpreise zwischen 30.000 und 120.000 US-Dollar pro Gramm genannt. Unter diesen Bedingungen hätte ein signifikanter Überschuss erhebliches wirtschaftliches Gewicht. Nach Unternehmensangaben könnten Einnahmen aus dem Verkauf theoretisch sogar die Baukosten eines Reaktors decken.

Diese Kalkulation basiert jedoch auf der aktuellen Mangelsituation. Bei deutlich steigendem Angebot dürfte der Marktpreis sinken. Zudem handelt es sich bislang um validierte Designstudien, nicht um eine kommerziell betriebene Anlage. Der praktische Dauerbetrieb steht noch aus.

Kurz zusammengefasst:

• Engpass der Kernfusion: Weltweit gibt es nur rund 20 Kilogramm Tritium – dieses seltene Isotop ist jedoch unverzichtbar für Fusionsreaktoren, und große Anlagen würden schon für den Start mehr benötigen, als derzeit verfügbar ist.
• Britische Berechnung mit Prüfsiegel: First Light Fusion gibt für sein FLARE-Design ein Tritium-Brutverhältnis von 1,8 an, von TÜV Süd UK überprüft – der Reaktor würde also deutlich mehr Brennstoff erzeugen, als er selbst verbraucht.
• Mögliche Folgen: Bei 333 Megawatt Leistung könnte eine Anlage rechnerisch rund 25 Kilogramm Tritium pro Jahr produzieren – mehr als der heutige Weltbestand, allerdings bislang nur auf Basis validierter Studien, nicht im realen Dauerbetrieb.

Übrigens: Während in Großbritannien das Tritium-Problem der Kernfusion angegangen wird, meldet die US-Firma Helion 150 Millionen Grad Plasma und erstmals messbare Deuterium-Tritium-Reaktionen in einer privaten Anlage. Warum diese Marke als entscheidend gilt und wie nah die Branche dem Fusionsstrom wirklich ist, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © First Light Fusion