MIT-Forscher entwickeln Formel für wirtschaftlich rentable Fusionskraftwerke

Fusionsenergie hat in den vergangenen Jahren einen physikalischen Meilenstein nach dem anderen erreicht. Seit dem positiven Energiegewinn am National Ignition Facility im Jahr 2022 fließt Kapital aus Staatshaushalten und von privaten Investor:innen in die Branche. Ob sich diese Investitionen jemals auszahlen, blieb bislang eine offene Frage. Ein Team um die MIT-Forscher Dennis Whyte und Andrew W. Lo hat nun ein Rahmenwerk entwickelt, das genau diese Frage beantworten soll. Es bewertet Fusionskraftwerke unabhängig von der eingesetzten Technologie danach, ob sie wirtschaftlich tragfähig sind.

Zehn Parameter für die wirtschaftliche Tragfähigkeit

Whyte, Professor für Nuklearwissenschaft und -technik am MIT und Mitgründer des Fusionsunternehmens Commonwealth Fusion Systems, arbeitete gemeinsam mit dem Finanzprofessor Lo an dem Konzept. Zusammen mit Forscher:innen von Rutherford Energy Ventures identifizierten sie zehn Parameter, die über den wirtschaftlichen Erfolg eines Kraftwerks entscheiden. Dazu zählen technische Größen wie Leistungsdichte, der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Fusionsenergie in ein verkaufbares Produkt und die Haltbarkeit der eingesetzten Komponenten. Ergänzt werden sie durch Kosten- und Marktfaktoren, die Kapitalaufwand und Kapitalrückfluss gegenüberstellen. Als Vorbild diente das Lawson-Kriterium aus den 1950er-Jahren, das die sogenannte Plasma-Q beschreibt: das Verhältnis von erzeugter Fusionsleistung zu der Energie, die zur Aufrechterhaltung der Reaktion nötig ist. Whyte und Lo übertragen dieses Prinzip auf die Ökonomie und sprechen von einer ökonomischen Q, dem Verhältnis von eingesetztem zu erwirtschaftetem Kapital. Damit ein Kraftwerk langfristig bestehen kann, muss dieser Wert über eins liegen.

Kostenrechnung als vernachlässigter Faktor

Forscher:innen im Bereich Fusionsenergie kennen die Kosten ihrer Experimente meist genau. Die Gesamtkosten eines kommerziellen Reaktors realistisch einzuschätzen, ist dagegen eine andere Herausforderung, wie Whyte und Lo betonen. „Es geht um all das, was mit dem Beschaffen, Zuteilen und Ausgeben von Geld in dieser Größenordnung einhergeht“, erklärt Whyte. Wer die Technologie wirtschaftlich relevant machen wolle, müsse sich diesen Themen stellen. Lo ergänzt, dass sich komplexe wissenschaftliche und technische Anforderungen nur schwer in ökonomische Konsequenzen übersetzen lassen. Ohne diesen Schritt bleibe der Branche jedoch die nötige Finanzierung verwehrt.

Lernkurve nach dem Vorbild anderer Technologiefelder

Die Autor:innen rechnen mit erheblichen Unsicherheiten beim Bau der ersten kommerziellen Fusionsreaktoren. Lo verweist auf andere Technologiebereiche, in denen die Kosten mit wachsender Erfahrung drastisch sanken. Die Sequenzierung eines menschlichen Genoms sei heute rund eine Million Mal günstiger als vor fünfundzwanzig Jahren. Ein ähnlicher, wenn auch schwächerer Effekt sei für die Fusionsenergie zu erwarten. Commonwealth Fusion Systems, an dem Whyte beteiligt ist, erhielt vor Kurzem eine neue Finanzierungsrunde in Milliardenhöhe und plant, sein erstes Kraftwerk in den 2030er-Jahren im US-Bundesstaat Virginia in Betrieb zu nehmen. Das Rahmenwerk soll unabhängig vom gewählten Fusionskonzept funktionieren, da jeder Ansatz denselben Grundmechanismus teilt: Kapital fließt in den Aufbau der Anlage, bevor Fusionsleistung entsteht. Auch die Größe eines Kraftwerks spielt keine Rolle, da sich alle Parameter auf beliebige Projektdimensionen skalieren lassen. Whyte und Lo sehen den jetzigen Zeitpunkt als entscheidend, um die wirtschaftliche Tragfähigkeit systematisch zu bewerten, bevor weiteres Kapital in die Branche fließt. Das Rahmenwerk ist in der Fachzeitschrift Journal of Fusion Energy erschienen und frei zugänglich.

via MIT