Rolle der Kernfusion in einem europäischen Energiesystem in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts

Um die klimapolitischen Ziele zu erreichen, müssen die Emissionen in allen Bereichen, insbesondere in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr, durchgreifend reduziert werden. Die Basis für die Erreichung der Ziele stellt aktuell der Ausbau von erneuerbaren Energien dar. Daneben können sich in Entwicklung befindende Technologien, wie zum Beispiel die Kernfusion erforscht am Max-Planck-Institut für Plasma Physik, langfristig eine tragende Rolle in einem zukünftigen emissionsfreien Energiesystem einnehmen.

In den letzten Jahren wurde vor allem für den Stromsektor auf europäischer sowie auf nationaler Ebene Ausbaupfade definiert, die den Anteil erneuerbaren Energien für zukünftige Jahre festsetzen. Unter der Annahme, dass langfristig die Stromerzeugung auf überwiegend emissionsfreien Technologien basiert, erscheint eine Kopplung des Wärme- und Verkehrssektors mit dem Stromsektor sinnvoll. Durch eine Substitution fossiler Brennstoffe im Bereich der Endenergie durch Elektrizität ist jedoch ein starker Anstieg der Stromnachfrage zu erwarten. In einem zukünftigen emissions-neutralen Energiesystem wäre die Nachfrage nach Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien – insbesondere den fluktuierenden Quellen Windkraft und Solarenergie - stark von der Nachfrage nach Elektrizität, Wärme und Mobilität abhängig.

Um Systemstabilität zu gewährleisten und gleichzeitig die Nachfrage zu decken ist eine Anpassung des Stromsystems an die erhöhten Flexibilitätsanforderungen notwendig. In den vergangenen Jahren wurden dazu Studien durchgeführt, die ein emissionsfreies bzw. –armes Energiesystem bis zum Jahr 2050 untersuchen. Vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen erscheint die Erreichung eines emissionsarmen Energiesystems bis 2050 unwahrscheinlich, sodass eine Ausweitung des Betrachtungshorizontes auf das Jahr 2100 erforderlich ist. Unter Berücksichtigung des erweiterten Horizontes sollten Technologien, die sich aktuell noch in der Entwicklung befinden, in die Untersuchung einbezogen werden. Eine potentielle Technologie stellt die Kernfusion dar. Aufgrund ihrer Eigenschaften – Emissionsfreiheit, Sicherheit und Regelbarkeit – könnten Fusionskraftwerke eine sinnvolle Ergänzung für ein, auf erneuerbaren Energien basierendes, Energiesystem darstellen. Um die Rolle der Kernfusion genauer zu untersuchen, z.B. welche techno-ökonomischen Voraussetzungen erfüllt sein müssen, wurde das Projekt initiiert.

In der ersten Projektphase liegt der Schwerpunkt auf den Rahmenbedingungen, die u.a. eine Charakterisierung eines zukünftigen Energiesystems, eine Ableitung sinnvoller Szenarien und die Modellierung zentraler Komponenten umfasst, um allgemeine Aussagen über die Rolle der Fusion zu treffen. In der anschließenden zweiten Projektphase werden, basierend auf den vorherigen Ergebnissen, ausgewählte Aspekte vertieft. Im Fokus steht dabei die Implementierung des spezifischen Kraftwerkprozesses in die Modellierung sowie die Berücksichtigung sektorenübergreifender Prozesse.