Doch das Potenzial ist groß: Verschmelzen zwei Atomkerne miteinander, entsteht ein einzelner neuer Kern, dessen Masse etwas geringer ist als die Masse der beiden Ausgangsprodukte. Diese kleine Massendifferenz wird als Energie freigesetzt – und zwar einer gigantischen Menge, gemessen an den Dimensionen der Atomkerne. Die Energie, die pro Brennstoffvolumen gewonnen werden kann, ist in der Kernfusion mehr als eine Million Mal höher als beim Verbrennen fossiler Brennstoffe.
Was die Kernfusion jedoch schwierig macht, ist die Tatsache, dass alle Atomkerne positiv geladen sind und sich gegenseitig abstoßen. Um den Brennstoff, meist ein Gemisch der Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium, dennoch zur Fusion zu bringen, müssen die Atomkerne folglich mit sehr hoher Energie aufeinanderprallen – Energie, die dem System zunächst zugeführt werden muss. Das größte Problem der Kernfusion ist daher ihre Energiebilanz: Bislang benötigt das Verschmelzen der Atomkerne deutlich mehr Energie, als bei ihrer Fusion frei wird. Das zu ändern, ist die Herausforderung, mit der sich alle Kernfusions-Start-ups derzeit konfrontiert sehen.
Im Wesentlichen haben sich zwei unterschiedliche Lösungsansätze etabliert. Das erste und meistgenutzte ist der sogenannte magnetische Einschluss. Dabei wird aus dem Deuterium-Tritium-Gemisch ein Plasma erzeugt, das auf etwa 100 Millionen Grad Kelvin erhitzt wird. Erst bei solch hohen Temperaturen haben die Atomkerne genügend Bewegungsenergie, um bei einer Kollision zu verschmelzen. Allerdings hält kein Material der Welt einem derart heißen Plasma stand. Also versucht man, es mit Magnetfeldern zum Schweben zu bringen, sodass es die Wände des Fusionsreaktors nicht berührt. Die gebräuchlichsten Geräte, in denen das Plasma eingeschlossen wird, heißen Tokamak-Reaktoren und besitzen die Form eines Doughnuts – beziehungsweise die eines Torus, wenn man gebildet klingen möchte.
Aktuelle Tokamaks sind riesig. ITER beispielsweise wird in einem 70 Meter hohen Gebäude untergebracht sein. Einige Start-ups wie Tokamak Energy in Oxford oder Commonwealth Fusion Systems in Cambridge, Massachusetts fokussieren sich daher auf die Entwicklung von „Mini-Tokamaks“ mit nur wenigen Metern Durchmesser, die stärkere Magnetfelder nutzen und weniger Kühlung benötigen. Beide Unternehmen hoffen, jeweils bis Anfang der 2030er ein kommerzielles Fusionskraftwerk fertigzustellen.
Ein anderes Konzept für den magnetischen Einschluss sind sogenannte Stellaratoren. Die Idee geht auf den amerikanischen Astrophysiker Lyman Spitzer zurück, der in den 1950er-Jahren zeigte, dass Plasma sicherer eingeschlossen werden kann, wenn das Magnetfeld die Form einer Art komplex verdrehten Schleife hat. Berechnung und Simulation solcher Magnetfelder sind allerdings so kompliziert, dass sie selbst heute noch eine Herausforderung darstellen. Der weltweit größte existierende Stellarator ist der Testreaktor Wendelstein 7-X am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Er wurde 2014 fertiggestellt und hat mehr als eine Milliarde Euro gekostet. Einige Start-ups, darunter Type One Energy in den USA, hoffen, das Stellarator-Konzept kostengünstiger umsetzen zu können. Auch ihr Reaktor soll zu Beginn des kommenden Jahrzehnts den Betrieb aufnehmen
