Wie schwierig ist es, einen "künstlichen Sonnen" zu erschaffen? Enthüllung der Kerntechnologien der kontrollierten Kernfusion und der Geschäftsmöglichkeiten im Startup-Bereich

„Künstliche Intelligenz und die Nutzung der Kernenergie sind zwei großartige Dinge, die das menschliche Leben im 21. Jahrhundert verändern können.“ Dies hat Sam Altman, der Chef von OpenAI, einst behauptet.

Künstliche Intelligenz und Kernenergie sind wie zwei Bahnen, die in die zukünftige Zivilisation führen. Die eine Bahn formt das Wesen der Intelligenz neu, während die andere versucht, die Energie aus der Urquelle des Universums zu beherrschen.

Was noch wichtiger ist, diese beiden Bahnen verschmelzen und arbeiten zusammen. Einerseits entwickelt sich die KI rasant, was zu einem sprunghaften Anstieg des Rechenleistungsbedarfs und folglich zu Problemen bei dem Energieverbrauch führt. Die Kernenergie, insbesondere die kontrollierbare Kernfusion, wird als der Schlüssel zur Lösung dieser Herausforderung angesehen. Andererseits könnte die KI die Entwicklung der Kernenergie unterstützen, indem sie nicht nur das Kernreaktionssystem steuern, sondern möglicherweise auch an der Echtzeitsteuerung der Reaktion selbst beteiligt sein könnte. Im Juni 2025 gab das Kernkraftunternehmen TerraPower bekannt, dass es eine Finanzierung in Höhe von 650 Millionen US-Dollar abgeschlossen habe. Nvidia ist einer der neuen Investoren.

Uncle Feng hat einmal in einem Podcast erwähnt, dass, wenn wir die kontrollierbare Kernfusion beherrschen könnten, dies bedeuten würde, dass wir nicht mehr nur passiv die Energie aufnehmen, die die Sonne abstrahlt, sondern dass wir Energie aktiv herstellen könnten. Das heißt, der Mensch würde selbst zur „Sonne“ werden.

Wie weit ist die Reise in die Welt der kontrollierbaren Kernfusion noch entfernt?

In dieser Branchenstudie werden wir uns auf das Thema der kontrollierbaren Kernfusion als ultimatives Energieproblem konzentrieren und über ihre Entwicklungsschwierigkeiten, die Branchenentwicklung, die intersektoralen Auswirkungen sowie die dahinter liegenden Gründungs- und Investitionschancen diskutieren. Wir hoffen, eine neue Perspektive zu bieten, um zu verstehen, wie diese Technologie die zukünftige Energieversorgung, die Technologieökosysteme und sogar den Verlauf der Zivilisation beeinflusst.

/ 01 / Was ist eine Kernreaktion?

Ob Kernfusion oder Kernspaltung, im Wesentlichen wird durch die Veränderung von Elementen eine enorme Energie freigesetzt. Verschiedene Elemente setzen aufgrund ihrer Massendifferenzen während der Reaktion unterschiedliche Energiemengen frei.

Die Kernfusion ist, wie der Name schon sagt, der Prozess, bei dem leichte Elemente wie Deuterium und Tritium sich verbinden, um schwerere Elemente zu bilden. Dieser Prozess wird von einer enormen Energiefreisetzung begleitet. Die Kernspaltung, wie beispielsweise die Spaltung von Uran-235, setzt zwar etwas weniger Energie frei, ist aber dennoch eine der Energiedichten, die der Mensch derzeit beherrscht.

Im frühen Stadium des Urknalls bestand das gesamte Universum fast nur aus Wasserstoff. Anschließend bildeten sich durch Kernreaktionen im Inneren von Sternen allmählich Elemente wie Helium, Kohlenstoff und Sauerstoff, und schließlich entstanden noch schwerere Elemente. Diese schwereren Elemente sind die Grundlage für die Entstehung von Planeten und Leben – sie entstehen hauptsächlich am Ende der Lebenszeit von Sternen.

Um eine kontrollierte Kernreaktion zu erreichen, sind die Reinheit und Dichte des Materials von entscheidender Bedeutung. Sowohl bei der Fusion als auch bei der Spaltung müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein, um eine Kettenreaktion auszulösen. Beispielsweise war die Urananreicherung, die Iran zuvor durchgeführt hat, ein Prozess zur Verbesserung der Reinheit von Uran-235, was ein Schlüsselschritt für die Nutzung der Kernenergie ist.

Während der Kernreaktion entstehen neben neuen Elementen auch verschiedene radioaktive Nebenprodukte, wie z. B. Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlen. Diese Strahlen tragen eine große Menge an Energie und können schließlich in Wärme- und elektrische Energie umgewandelt werden, um eine nutzbare Energiequelle zu werden. Sie können auch direkt ihre radioaktiven Eigenschaften nutzen, um Wert zu schaffen, beispielsweise in der Medizin zur Behandlung von Krebs.

Kurz gesagt, das Wesen der Kernenergie besteht darin, durch die Kontrolle der Umwandlung von Elementen die in den Atomkernen enthaltene enorme Energie freizusetzen. Die effiziente Kontrolle und Nutzung dieser Energie ist die Schlüsselrichtung für die zukünftige Entwicklung der Energietechnologie.

/ 02 / Warum genau jetzt die kontrollierbare Kernfusion?

Am 23. Mai hat Donald Trump eine Reihe von Verwaltungsanordnungen im Bereich der Kernenergie unterzeichnet. Bisher war seine Politik eher auf die Unterstützung der herkömmlichen fossilen Energien ausgerichtet. Diese Maßnahme hat viel Aufmerksamkeit erregt und auch viele Fragen aufgeworfen: Warum genau jetzt? Warum wird die Alternativeenergie übersprungen und direkt zur Kernfusion gegriffen?

I. Kernfusion: Die Lösung für die Energieknappheit in der Ära der KI

Uncle Feng hat in einem Podcast erwähnt, dass ein wichtiger Hintergrund für die Entwicklung der Kernfusion darin besteht, dass die Vereinigten Staaten und möglicherweise auch die Welt erkennen, dass die herkömmlichen Energien möglicherweise nicht ausreichen, um die technologischen Bedürfnisse der nächsten Jahrzehnte zu decken, insbesondere angesichts des sprunghaften Anstiegs des Energieverbrauchs, der durch die rasanten Fortschritte der KI und den damit verbundenen hohen Rechenleistungsbedarf verursacht wird.

Bevor Trumps Verwaltungsanordnung zur Kernenergie erlassen wurde, hatte Elon Musk in einem Medieninterview darauf hingewiesen, dass die KI bis nächstes Jahr an einem Stromengpass stoßen würde und dass die Strominfrastruktur in China weitaus stärker sei als in den USA. Die Chefin der amerikanischen Ölgesellschaft Occidental Petroleum, Vicki Hollub, hat erwähnt, dass etwa 97 % des weltweit produzierten Öls im 20. Jahrhundert entdeckt wurden. Da die Welt die vorhandenen Ölreserven nicht schnell genug erneuern kann, wird der Ölmarkt bis Ende 2025 einem Versorgungsengpass ausgesetzt sein.

Vor diesem Hintergrund wird die Wahl der Vereinigten Staaten klar: Einerseits hat China in der Branche der erneuerbaren Energien eine führende Position eingenommen. Andererseits sind die Umwandlungseffizienz und die Nachhaltigkeit der herkömmlichen Energien begrenzt. Daher besteht die Möglichkeit, dass die USA die erneuerbaren Energien überspringen und sich direkt der kontrollierbaren Kernfusion zuwenden.

Natürlich ist diese politische Wende nicht unumstößlich. Aufgrund der Zwei-Parteien-System in den USA ändern sich viele politische Richtungen häufig. Beispielsweise wurde der Subventionsanteil im Chipgesetz, das während der Amtszeit von Biden unterzeichnet wurde, später reduziert oder sogar aufgehoben. Daher beobachten die Menschen mit abwartendem Verhalten, wie sich die Unterstützungspolitik für die Kernfusion entwickeln wird.

II. Der Mensch kann über den Sonnensystem hinaus denken

Die Energie, die der Mensch seit jeher nutzt, ist im Wesentlichen eine Umwandlungsform der Sonnenenergie. Ob Kohle, Öl, Windenergie, Wasserkraft oder Photovoltaik, diese Energien stammen letztendlich alle von der Sonnenenergie, nur mit unterschiedlichen Schwierigkeiten bei der Umwandlung und Anwendungsbereichen.

Uncle Feng hat gesagt, dass, wenn wir die kontrollierbare Kernfusion beherrschen könnten, wir nicht mehr nur passiv die Energie aufnehmen würden, die die Sonne abstrahlt, sondern dass wir Energie aktiv herstellen könnten. Das heißt, der Mensch würde selbst zur „Sonne“ werden.

Damit würde der Mensch in der Lage sein, über das Sonnensystem hinaus zu denken und sich der interstellaren Zivilisation zu nähern.

Wenn man die Geschichte betrachtet, ist jede entwickelte Zivilisation auf eine starke Ingenieurskunst gegründet. Beispielsweise hat China die Große Mauer gebaut, Ägypten die Pyramiden und die Vereinigten Staaten haben während des Zweiten Weltkriegs wie Häppchen Schiffe gebaut.

Bei diesem Wettlauf um die Kernenergieindustrie hat China möglicherweise gute Chancen, da es mit seiner starken Organisations- und Durchführungskraft komplexe Systeme umsetzen kann.

Die Entwicklung der kontrollierbaren Kernfusion erfordert nicht einfach nur Bevölkerung und Ressourcen, sondern auch starke Organisationsfähigkeiten, Ingenieurskunst, Forschungskapazitäten, Designfähigkeiten und Managementfähigkeiten. Der gesamte Prozess ist wie eine präzise Kette, in der jedes Glied fest sein muss, sonst bricht die Kette. Das Fehlen von Kerntechnologien liegt oft nicht an einem einzelnen Punkt, sondern an der Unterbrechung der gesamten Kette.

/ 03 / „Dumplings in einem Papiertopf kochen“ – wie schwierig ist die Kernfusion?

Die Kernfusion trägt den ultimativen Traum des Menschen von Energie und Zivilisation, aber die Schwierigkeiten bei ihrer Umsetzung sind auch unvorstellbar groß.

Die Schwierigkeit der Kernfusion ist vergleichbar mit dem Versuch, „Dumplings in einem Papiertopf zu kochen“. Der gesamte Prozess muss äußerst präzise kontrolliert werden, sonst geht alles verloren. Man muss das Wasser gerade richtig kochen lassen (um ein Plasma mit einer Temperatur von hunderten Millionen Grad zu halten), das Papier darf nicht brechen (die vorhandenen Materialien sind in der Kernfusion sehr empfindlich) und immer wieder neue Dumplings hineingeben (Brennstoff zuführen).

I. Die Kernfaktoren für die Kernfusion

Das Wesen der Kernfusion besteht darin, dass leichte Atomkerne (wie Deuterium und Tritium) unter extremen Bedingungen verschmelzen und eine enorme Energie freisetzen. Um dies zu erreichen, sind drei Kernbedingungen erforderlich: eine ausreichend hohe Teilchendichte, eine extrem hohe Temperatur (normalerweise müssen Hunderten Millionen Grad Celsius erreicht werden) und eine ausreichend lange Einschlusszeit. Das Produkt dieser drei Faktoren wird in der Physik als „Tripelprodukt“ bezeichnet. Erst wenn dieser Wert groß genug ist, kann die Fusion tatsächlich „entzündet“ werden.

Darüber hinaus gibt es einen oft übersehenen Faktor: das Volumen. Da das Volumen proportional zum dritten Potenz des Radius ist, während die Oberfläche proportional zum zweiten Potenz des Radius ist, kann selbst wenn die Energieausbeute pro Einheit nicht hoch ist, eine ausreichend große Größe zu einer beachtlichen Leistung führen.

Ein weiterer wichtiger Parameter, um die Praktikabilität der Kernfusion zu messen, ist der Q-Wert, das heißt das Verhältnis zwischen der ausgegebenen Energie und der erforderlichen Eingangsenergie, um den Zustand der Fusion aufrechtzuerhalten.

Derzeit ist es möglich, einen Q-Wert größer als 1 zu erreichen, das heißt die ausgegebene Energie ist größer als die Eingangsenergie. Dies ist jedoch nur der erste Schritt. Die echte Herausforderung besteht darin, wie man kontinuierlich und stabil Strom erzeugen kann, anstatt nur kurzzeitig in einem einzelnen Experiment.

II. Die Haupttechnologien für die Kernfusion

Derzeit können die Haupttechnologien für die Kernfusion grob in zwei Kategorien unterteilt werden: die inerzielle Einschlussmethode und die magnetische Einschlussmethode.

Die erste Methode, die inerzielle Einschlussmethode, umfasst die folgenden Technologien:

• Laserzündung: Mit Hilfe der Schockwelle eines Lasers wird ein Brennstoffkügelchen, das normalerweise Deuterium und Tritium enthält, auf eine extrem hohe Temperatur und einen hohen Druck gebracht, um die Kernfusion auszulösen.
• Field-Reversed Configuration (FRC): Hierbei wird direkt die Energie der Kernfusion zur Stromerzeugung genutzt, anstatt indirekt über die Erhitzung eines Fluids oder die Betätigung einer Turbine.
• Z-Pinch: Ein starkes Magnetfeld wird genutzt, um das Plasma einzuschließen und zusammenzudrücken, um so die Kernfusion zu erreichen.

Das Prinzip dieser Methoden besteht darin, in kurzer Zeit eine große Menge an Energie in den Brennstoff einzubringen, um ihn zusammenzudrücken. Der Vorteil besteht darin, dass in kurzer Zeit extreme Parameterbedingungen erreicht werden können.

Beispielsweise hat das US-amerikanische National Ignition Facility (NIF) die Laserzündung als Hauptrichtung gewählt, und das US-amerikanische Energieunternehmen Helion Energy hat bei der Field-Reversed Configuration relativ hohe Parameter erreicht. Die Herausforderung bei dieser Methode besteht jedoch darin, dass nur ein einzelner Impuls erzeugt werden kann, und es ist schwierig, kontinuierlich zu entladen und die Energie zu nutzen.

Die zweite Methode, die magnetische Einschlussmethode, ist derzeit die Technologie, die am nächsten an der kontinuierlichen Betriebsweise ist. Sie umfasst verschiedene Formen wie Tokamak, Stellarator und Magnetspiegel. Obwohl diese Formen unterschiedliche Strukturen haben, basieren sie auf dem gleichen Prinzip: Durch die Anordnung eines Magnetfelds wird das heiße Plasma in einem abgeschlossenen Raum eingeschlossen.

Das chinesische Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), der Internationale Thermonuklearische Experimentelle Reaktor (ITER) und der Joint European Torus (JET) sind wichtige Vertreter dieser Technologie.

Der ITER ist derzeit der größte Tokamak der Welt. Er wiegt 23.000 Tonnen und ist fast 30 Meter hoch, was einer zehnstöckigen Wohnungshaus entspricht.

Baustelle des ITER. Bildquelle: ITER

Wie wird ein so großes System wie ein Tokamak gestartet? Hier ist ein einfacher Überblick über den Prozess:

Zunächst wird der toroidale Spule Strom zugeführt, um ein starkes toroidales Magnetfeld zu erzeugen. Dann wird ein Gas aus Wasserstoffisotopen eingebracht und durch Entladung ionisiert, um es in ein Plasma zu verwandeln. Die geladenen Teilchen rotieren im Magnetfeld um die Magnetfeldlinien. Dies reicht jedoch nicht aus, um das Plasma stabil zu halten, da es sich ausdehnen will. Deshalb fügen die Wissenschaftler ein axiales Magnetfeld hinzu, um das Plasma zusammenzuziehen. Schließlich wird ein vertikales Magnetfeld hinzugefügt, um einen Spiegelungseffekt zu erzeugen, um so das Entweichen des Plasmas so weit wie möglich zu reduzieren. Während dieses Prozesses muss das Plasma ständig erhitzt werden, um die Schwellentemperatur für die Fusion zu erreichen, und das Magnetfeld muss dynamisch angepasst werden, um das System stabil zu halten.

Klingt das nicht so kompliziert? Das Problem besteht jedoch darin, dass das Magnetfeld eine Eigenschaft hat: Es hat keinen Anfang und kein Ende, sondern ist immer ein geschlossener Kreis. Im Gegensatz dazu ist das elektrische Feld divergent. Die Wechselwirkung dieser beiden Felder macht es unmöglich, das Plasma nur durch elektromagnetische Kräfte vollständig stabil einzuschließen. Deshalb bemühen sich die Wissenschaftler ständig, das Magnetfeld so genau wie möglich zu steuern, um das Entweichen des Plasmas so gering wie möglich zu halten.

Wir können das Problem der Steuerung des Magnetfelds mit dem Modell eines Gefängniswärters veranschaulichen. Das Plasma ist wie die Gefangenen in einem Gefängnis, die immer versuchen, hinauszufliehen. Wir möchten mit möglichst wenig Personal (Steuerenergie) sie kontrollieren. Allerdings tragen diese „Gefangenen“ elektrische Ladungen, stoßen sich voneinander ab und werden vom Magnetfeld beeinflusst, was ihre Dynamik äußerst komplex macht. Noch schlimmer ist, dass wir es nicht einmal schaffen, jeden „Flüchtigen“ in E