Welche Aussagen gibt es zur Wirtschaftlichkeit eines Kernfusionskraftwerks?

Ausführliche Antwort

Aus Sicht des Büros für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag sind konkrete Prognosen zu Kosten der Erzeugung von Fusionsstrom derzeit nur spekulativ. Außerdem übt es Kritik an Berechnungen von Stromerzeugungskosten (1).

Aus der Sicht der Fusions-Community

Das in der Fusionsforschung stark involvierte ➚Max Planck Institut für Plasmaphysik (IPPMax-Planck-Institut für Plasmaphysik) sieht sich außerstande, eine seriöse Prognose über die Wirtschaftlichkeit und die möglichen Strompreise für ein kommerzielles Kraftwerk, das frühestens 2055 in Betrieb geht, abzugeben: „Die Kosten eines künftigen Fusionskraftwerkes können heute nur mit großen Unsicherheiten abgeschätzt werden“ (2). Dennoch nennt das IPPMax-Planck-Institut für Plasmaphysik unmittelbar danach in der gleichen FAQ-Antwort einen Strompreis von 5-8 Cent / kWh.

Aus der Sicht der Politik

Diese Strompreiskalkulation wurde sofort von der ehemaligen Ministerin des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, Stark-Watzinger, übernommen. Sie schlussfolgerte daraus: Damit bewege sich ein Fusionskraftwerk in der Rentabilität von Kohlekraftwerken im Grundlastbereich und „Fusionsenergie ist bezahlbar“ (3). Doch diese Kalkulation des IPPMax-Planck-Institut für Plasmaphysik basiert auf völlig veralteten Berechnungen der EU aus dem Jahr 2005 (4), als ITERInternational Thermonuclear Experimental Reactor noch in der Planung war. Durch die unseriös verkürzte Darstellung in den FAQs des IPPMax-Planck-Institut für Plasmaphysik (2) in Verbindung mit dem „© 2003-2024, Max-Planck-Gesellschaft“ führte dazu, dass auch der Wissenschaftliche Dienst des Bundestages den genannten Strompreis auf das Jahr 2023 datiert hat (5).

Die „Frankfurter Rundschau“ hatte etwas aufmerksamer gelesen. Laut einem Artikel in der „Frankfurter Rundschau“ vom 1.7.2023 wurde die Berechnung der EU von Table.Media auf das Preisniveau von 2023 gebracht, d. h. auf Stromgestehungskosten von 20-36 Cent / kWh (6).

Das sogenannte DEMODer DEMO-Reaktor (DEMOnstration Power Plant) könnte das Nachfolgeprojekt zum im Bau befindlichen experimentellen Kernfusionsreaktor ITER werden-Kraftwerk, das erste kommerzielle Fusionskraftwerk in der Größenordnung von 500 MW, soll dem erfolgreich abgeschlossenen Experimentalreaktor ITERInternational Thermonuclear Experimental Reactor folgen. Letzte Prognosen des IPPMax-Planck-Institut für Plasmaphysik gehen dafür von 2055 aus; also 50 Jahre nach der EU-Strompreiskalkulation. ITERInternational Thermonuclear Experimental Reactor hat sich allein zwischen dem Baubeginn 2010 und 2025 in den Kosten von 5 auf 20 Mrd.€ vervierfacht! Und ein Ende der Baukostensteigerung ist wegen der massiven technischen Probleme nicht abzusehen. Das DEMODer DEMO-Reaktor (DEMOnstration Power Plant) könnte das Nachfolgeprojekt zum im Bau befindlichen experimentellen Kernfusionsreaktor ITER werden-Kraftwerk kann zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht einmal geplant werden. Wie die Vergangenheit beim Bau von Atomkraftwerken zeigt, z. B. bei dem neuen französischen Kraftwerkstyp EPREPR ist eine Baureihe von Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktoren vom französischen Unternehmen Framatome, haben sich die Bauzeiten teilweise um Jahrzehnte verlängert wie in der Normandie und in Finnland und die Kosten haben sich verdrei- bzw. vervierfacht.

Eine Projektgruppe bei ➚ acatech hat folgende Empfehlung für eine Fusions-Roadmap für Deutschland erstellt (7):

„Die Bundesregierung sollte die Unterstützung privater Fusionsaktivitäten am Standort Deutschland zwei klaren Zielen unterordnen:
Ziel 1: der Bau eines Kraftwerksprototyps, der in einer realistischen Betriebsumgebung ans Stromnetz angeschlossen wird;
Ziel 2: der Bau eines sich ohne Subventionen tragenden Kraftwerks.“
…
„Der Zeithorizont für ein subventionsfreies Kraftwerk sollte etwa eine Dekade nach Integration des ersten Prototyps ins Stromsystem liegen.“

Bezüglich der laserinduzierten Kernfusion kann man noch weniger aussagen:

• Warum ist es unwahrscheinlich, dass die laserinduzierte Kernfusion in absehbarer Zeit zur Stromerzeugung genutzt wird?

Wirtschaftswissenschaftler zu „Lernrate“

In der Literatur werden ➚ Lernraten für Fusionsreaktoren von 8 bis 20 % angenommen. Ein Team aus der ETH Zürich 2026 (8) hat jedoch festgestellt, dass diese Wert viel zu hoch gegriffen wurden. Die ➚ Lernrate für Fusionsreaktoren liegt wahrscheinlich in der Größenordnung von 2 % wie bei Kernkraftwerken.
Ein weiteres Resultat war, dass es gravierende Unterschiede bei der Schätzung der notwendigen Investitionskosten gab. Im Mittel schätzten die Fachleute aus dem privaten Sektor die Investitionskosten auf 7,000 USD/kW und Fachleute aus dem öffentlichen Bereich auf 26,000 USD/kW.

Die Autoren warnen deshalb, dass ungenaue Kostenprognosen sowohl politische Fehlentscheidungen auslösen als auch Kapitalanleger dazu bringen können, auf Basis falscher Erwartungen in riskante Projekte zu investieren.

Wirtschaftswissenschaftler zum Ziel „Kernfusion als Energiequelle“

Eine Gruppe von Wissenschaftlern im Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung e.V. schreibt in ihrem Fazit (9):

„Der Fusionssektor entwickelt sich zunehmend zu einem innovationsgetriebenen Technologiefeld, dessen wirtschaftliche Attraktivität nicht mehr an der Realisierung eines marktfähigen Fusionskraftwerks hängt, sondern auf die Vermarktung von Nischenprodukten und Komponenten in anderen Sektoren fokussiert ist…
Angesichts rückläufiger öffentlicher Fördermittel und anderer Technologien mit dringenderer Relevanz für die Energiewende erscheint die Fortschreibung des Status quo der Förderstruktur nicht angebracht…
Angesichts der umfangreichen Forschungsmittel, die für die Kernfusion geplant sind, ist eine objektive Analyse von Chancen und Risiken dieser Finanzierung nützlich, was bisher (mit sehr wenigen Ausnahmen) im Diskurs fehlt. Ein jährliches ‚Fusion Monitoring‘ wäre ein sinnvoller erster Schritt in diese Richtung.“

Weiterführende Beiträge

• Wie schätzt man die Lernrate für den Bau von Fusionskraftwerken ein?
• Gibt es Schätzungen zur Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartbarkeit und Inspektionsfähigkeit von Fusionsreaktoren?
• Mit welchen Bauzeiten, Betriebs- und Wartungszeiten sowie Zeiten zum Abbau von Fusionskraftwerken rechnet man?
• Warum ist es unwahrscheinlich, dass die laserinduzierte Kernfusion in absehbarer Zeit zur Stromerzeugung genutzt wird?
• Sollte der Bau von Fusionskraftwerken tatsächlich möglich sein – welcher Wirkungsgrad ist bestenfalls zu erreichen?