Welche für die Fusionsreaktoren benötigten Materialien könnten neben Tritium Mangelware sein?

VeröffentlichtJuni 5, 2025

AktualisiertAugust 20, 2026

0 von 5 Sterne

5 Sterne		0%
4 Sterne		0%
3 Sterne		0%
2 Sterne		0%
1 Sterne		0%

Ansichten52

Kurz gefasst

Folgende Materialien könnten neben Tritium bei den Fusionskraftwerken knapp werden: Beryllium, Helium, Lithium, Wolfram.

Ausführliche Antwort

Die EU beschäftigt sich seit 2011 mit der Frage, was kritische Rohstoffe für die Gemeinschaft sind. 2023 wurde dazu ein Report fertiggestellt (1).

In der Liste der kritische Rohstoffe für die EU (Stand 2023) wurden mit rot die für die Kernfusion wichtigen Rohstoffe markiert; Entnommen aus (1)

Sicherlich würden Fusionsspezialisten noch mehr Rohstoffe rot markieren markieren können.

Bei allen eingesetzten Materialien gibt es hohe Anforderungen an die Reinheit. Die Gehalte an Verunreinigungen haben durch die Neutronenaktivierung einen entscheidenden Einfluss auf das spätere Abfallmanagement des jeweiligen Stoffes und damit auch auf den Preis dieser Grundstoffe.

Weiterführende Beiträge

Beryllium

Beryllium ist das 48. häufigste Element auf der Erde. Die Herstellung von metallischem Beryllium erfolgt durch Schmelzflusselektrolyse (➚Wikipedia). Doch Beryllium steht für ein breit angelegtes Fusionsausbauprogramm nicht in ausreichender Menge zur Verfügung (2). Entsprechend dem Positionspapier „Materialforschung“ des Rates für technologische Souveränität (3) gehört Beryllium zu den 25 Materialien mit dem höchsten Versorgungsrisiko. Für Beryllium wurde eine Recycling-Einsatzquote (Beitrag des Recyclings zur Deckung des Materialbedarfs) von 0 % angegeben.

Helium

Helium als Nebenprodukt der Erdgasförderung könnte sich bei zurückgehender Erdgasförderung verknappen (2).

Lithium

Das für die Kernfusion vorgesehene Tritium muss über eine Kernreaktion aus Lithium hergestellt werden. Lithium hat einen Anteil von etwa 0,006 % an der Erdkruste und ist damit das 27. häufigste Element.

Verfügbarkeit

Der Abbau und die Gewinnung des Lithiums sind aufwändig und es gibt eine Konkurrenz zu anderen industriellen Anwendungsbereichen (z.B. Li-Akkus). So ist es nicht verwunderlich, dass es auch Prognosen gibt, nach denen der Lithium-Bedarf der Batterie-Industrie nicht genügend Lithium für die Kernfusion lassen wird (4).

In dem Artikel von 2011 „Is nuclear fusion a sustainable energy form?“ wurde eine kritische Gesamtschau bezüglich Lithium in Konkurrenz zu den anderen Lithium-Anwendungen gemacht (5)! Die Quintessenz: Das zur Tritiumerzeugung eingesetzte Lithium-6 wird durch Neutroneneinfang in Helium und Tritium umgewandelt und ist damit als Lithium irreversibel verbraucht. Darüber hinaus bleibt offen, in welchem Umfang das im Blanket vorhandene, nicht umgesetzte Lithium nach dessen Austausch wirtschaftlich zurückgewonnen werden kann. Sollte eine großtechnische Wiederaufarbeitung nicht möglich oder zu teuer sein, würde auch ein erheblicher Teil dieses Lithiums dem Stoffkreislauf dauerhaft entzogen (siehe unten).

Sollte die D-T-Fusion tatsächlich maßgeblich zur Energiegewinnung beitragen (5), müsste man sich langfristig auf eine Lithium-Extraktion aus dem Meer einstellen. Doch die Autoren geben zu bedenken, welche Mengen an Meer-Wasser für einen angenommenen Jahresbedarf im Jahr 2050 auf der Grundlage der Kernfusion benötigen würde: 5 x 10¹⁰ t Meerwasser müsste man extrahieren. Außerdem gaben die Autoren zu bedenken, welche ökologischen Folgen solch ein massiver Eingriff in die Meeres-Ökologie nach sich ziehen würde.

Notwendigkeit zur Anreicherung

Weiterhin ist zu beachten, dass von den beiden natürlichen Isotopen von Lithium ⁶Li (7,6 %) und ⁷Li (92,4 %) das seltenere ⁶Li für die Tritium-Produktion bevorzugt wird (➚ Wikipedia). Ward und Mitarbeiter fassten die Situation wie folgt zusammen (2026)(4):

„Angesichts einer aufstrebenden Fusionsindustrie und Demonstrationsanlagen, die im nächsten Jahrzehnt in Betrieb gehen sollen, stellt die Verfügbarkeit von ⁶Li einen erheblichen Engpass dar. Die bisherigen quecksilberbasierten Anreicherungsverfahren sind nicht nachhaltig und lassen sich möglicherweise nicht in großem Maßstab umsetzen.“

Bei dem quecksilberbasierten Anreicherungsverfahren nutzt man die Eigenschaft aus, dass ⁶Li gegenüber dem Element Quecksilber eine größere Affinität als ⁷Li aufweist (➚ COLEX-Verfahren).

Lithiumbedarf für 1 GW_el

ITER geht unkommentiert davon aus, dass man für 1 GW Strom in einem Fusionsreaktor pro Jahr 500 kg ⁶Li benötigt (6). Aus dem stöchiometrischen Mindestbedarf ergeben sich rund 111 kg Lithium-6 pro GW_th und Jahr. Die von ITER genannte Größe von 500 kg Lithium-6 pro GW_el und Jahr liegt deutlich darüber. Wahrscheinlich wird man dabei auch einen realistischen Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung berücksichtigt haben.

Siehe auch:

Wie viel Tritium würde ein Fusionsreaktor über ein Jahr benötigen, um kontinuierlich 1 GW elektrische Leistung zu erzeugen?

Lithiumbedarf im Überschuss

Obwohl der jährliche Lithiumverbrauch vergleichsweise gering ist, enthält das Blanket eines Fusionsreaktors typischerweise ein Lithiuminventar, das den Jahresverbrauch um zwei bis drei Größenordnungen übersteigt(4), da:

ansonsten die Trefferwahrscheinlichkeit der Neutronen und damit die Tritiumbrutrate zu stark sinkt und
man mindestens ein ein standby- BlanketAm Plasma angrenzendes Bauteil im Fusionsreaktor innerhalb des Vakuumgefäßes benötigt, um in regelmäßigen Abständen dieses zu wechseln.

Ward und Mitarbeiter (2026) gehen deshalb von einem Bedarf von 50 bis 100 Tonnen Lithium aus (4). Und dieser Kostenfaktor wird schon als Investitionskosten zu Buche schlagen, wobei der eigentliche Lithum-Verbrauch (Betriebsausgaben) vernachlässigbar sein wird.

Neutronenaktivierung von Verunreinigungen

Nicht das Lithium selbst bestimmt die spätere Radioaktivität eines ausgebauten Blankets. Untersuchungen des KIT (7) zeigen vielmehr, dass bereits geringste Spuren von Verunreinigungen – insbesondere Cobalt und Aluminium – die Aktivierung über Jahrzehnte dominieren können. Die Reinheit der eingesetzten Lithiumverbindungen wird damit zu einem entscheidenden Faktor für die spätere Wiederaufarbeitung und die Entsorgung des Blanketmaterials. D.h. welche Reinheit muss das Lithium bzw. AUCH alle für die endgültige Herstellung des Blankets notwendigen Stoffe haben, damit das es nach Jahrzehnten überhaupt wieder wirtschaftlich recycelt werden könnte?

Recycling von Kernfusion-Lithium

Da man das Lithium im hohen Überschuss in den Blankets einsetzen muss, liegt die Notwendigkeit eines Recyclings der ausgebauten Blankets nahe. Im ➚ KIT scheint man sich damit schon zu beschäftigen. Ohne auf die Einzelheiten einzugehen, dürfte die Wiederaufarbeitung lithiumhaltiger Blanketmaterialien eine komplexe nasschemische Prozesskette unter hohen strahlenschutztechnischen Anforderungen, verbunden mit hohen Kosten, darstellen.

Hat man solche Prozessschritte eigentlich schon in Wirtschaftlichkeitsberechnungen mit einbezogen?

Wahrscheinlich wird ein Blanket dabei eher als „periodisch zu ersetzendes Modul mit pauschalen Kosten“ behandelt und nicht wie ein komplexer nuklearer Stoffstrom!

Zusammenfassung

Ward und Mitarbeiter (2026) kommen deshalb zu dem Schluss, dass die Lithiumversorgung – insbesondere die Bereitstellung von Lithium-6 – zu einem geschäftskritischen Faktor für eine künftige Fusionsindustrie werden könnte (4).

Wolfram

Wolfram ist das 26. häufigste Element auf der Erde. Aber Wolfram gilt als sogenannter Konfliktrohstoff, weil sein Abbau in Entwicklungsländern mit Menschenrechtsverletzungen, Korruption und Geldwäsche in Verbindung gebracht wird.

Literatur

Grohol, M., Veeh, C: "Study on the critical raw materials for the EU 2023 – Final report", Publications Office of the European Union, 2023
➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 10.06.2026
TAB (Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag) Grünwald R.: Auf dem Weg zu einem möglichen Kernfusionskraftwerk – Wissenslücken und Forschungsbedarfe aus Sicht der Technikfolgenabschätzung; TA-Kompakt Nr. 1 ISSN: 2944-8077 (01.12.2024)
➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 09.01.2025
Rat für technologische Souveränität: "Positionspapier – Materialforschung" beauftragt vom BMBF (Januar 2025)
➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 10.06.2026
Ward, S.H., Pearson, R.J., Scott, T., Lopes C., Niek J. "Lithium enrichment threatens to curb fusion deployment" Physics and Society (physics.soc-ph); General Economics (econ.GN) (Subm 06.05.2026)
➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 25.07.2026
Bradshaw A.M., Hamacher T., Fischer U.: "Is nuclear fusion a sustainable energy form?" Fusion Engineering and Design, Volume 86, Issues 9–11, 2011, Pages 2770-2773, ISSN 0920-3796,
➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 23.04.2026
Iter R.A.: Will fusion run out of fuel?; QUESTION OF THE WEEK (09.07.2018)
➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 19.11.2024
Knitter R., Fischer U., Herber S., Adelhelm C.: "Reduction of impurities and activation of lithium orthosilicate breeder materials" Journal of Nuclear Materials 386-388 (20.04.2009), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.12.284
➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 27.07.2026