Kernfusion: Wo der Maschinenbau ins Spiel kommt

Kernfusion klingt nach ferner Zukunft. Für viele Maschinenbauer könnte sie aber früher relevant werden, als es der Zeitplan für das erste kommerzielle Kraftwerk vermuten lässt. Denn bevor ein Fusionsreaktor zuverlässig Strom liefert, müssen Anlagen gebaut, Komponenten gefertigt, Werkstoffe geprüft, Lieferketten aufgebaut und Wartungskonzepte entwickelt werden. Genau dort liegen die Stärken des Maschinen- und Anlagenbaus.

Das Prinzip der Kernfusion ist bekannt: Leichte Atomkerne verschmelzen zu schwereren Kernen, dabei wird Energie frei. In der Sonne geschieht das unter enormem Druck und bei extremen Temperaturen. Auf der Erde müssen diese Bedingungen technisch erzeugt werden. Dazu braucht es Plasmen mit Temperaturen von vielen Millionen Grad, stabile Einschlussverfahren und Werkstoffe, die Belastungen aushalten, wie sie in klassischen Industrieanlagen kaum vorkommen.

Damit ist Kernfusion weit mehr als ein Thema der Plasmaphysik. Sie ist Hochpräzisionsmechanik, Vakuumtechnik, Kryotechnik, Lasertechnik, Magnetbau, Werkstoffentwicklung, Automatisierung, Sensorik, Robotik und Qualitätssicherung in einem. Der Schritt vom Experiment zum Kraftwerk wird nur gelingen, wenn diese Disziplinen industriell beherrscht werden.

Kernfusion: Wendelstein 7-X erzeugt stabiles Plasma

Das Kernfusions-Experiment in Greifswald hat einen Meilenstein überschritten. Die Forschenden haben 1,3 Gigajoule erreicht - und einen Rekord für die Entladungszeit: Das heiße Plasma konnte acht Minuten lang aufrechterhalten werden.

Warum Kernfusion ein Thema für den Maschinenbau ist

Die zentrale Frage lautet nicht allein, wann das erste Fusionskraftwerk Strom ins Netz einspeist. Für die Industrie ist mindestens ebenso wichtig, wer die dafür nötigen Maschinen, Komponenten und Prozesse liefern kann. Fusionsanlagen benötigen Bauteile, die unter extremen Bedingungen funktionieren: große und dichte Vakuumkammern, supraleitende Magnetspulen, kryogene Kühlsysteme, hochbelastbare Wandmaterialien, präzise Target-Zuführungen, Lasersysteme, Ventile, Pumpen, Sensoren und ferngesteuerte Wartungstechnik.

Damit entstehen Aufgaben, die für den Maschinenbau vertraut klingen – nur unter deutlich verschärften Anforderungen. Es geht um enge Toleranzen, reproduzierbare Prozesse, stabile Lieferketten und hohe Anlagenverfügbarkeit. Ein physikalisches Experiment darf einzigartig sein. Ein Kraftwerk muss wartbar, genehmigungsfähig, sicher und wirtschaftlich betreibbar sein.

Maschinenbau-Gipfel 2026: Kernfusion als Thema für die Branche

Das Zukunftsthema Kernfusion wird auch der Maschinenbau-Gipfel 2026 in Berlin aufgreifen. Dort geht es bei der Kernfusion nicht nur um Energiepolitik oder Forschung, sondern um industrielle Chancen: Welche Kompetenzen werden gebraucht?  Und wie lässt sich verhindern, dass Deutschland zwar stark forscht, die spätere Wertschöpfung aber anderswo entsteht? Das Thema soll weg vom Mythos und hin zur echten realen, wertschöpfenden Anwendung. Die Teilnehmer sollen das Thema abseits des Buzzwordings einordnen können und ihr Möglichkeiten erkennen. Schon jetzt steht im Programm des Gipfels fest, dass der Kernfusion im Forum "Future Business" am zweiten Veranstaltungstag, 11.11.26, Raum eingeräumt wird. Bereits für Beiträge zugesagt haben Prof. Dr. Claudia Eckert, die Präsidentin der acatech,  und Prof. Dr. Maximilian Fleischer, Chief Key Expert bei Siemens Energy Global. 

Zwei technologische Wege dominieren

Bei der Kernfusion stehen derzeit vor allem zwei technologische Ansätze im Mittelpunkt. Der erste ist die Magnetfusion. Dabei wird ein heißes Plasma mit starken Magnetfeldern eingeschlossen. Die bekanntesten Bauformen sind Tokamak und Stellarator . Beim Tokamak wird das ringförmige Plasma durch Magnetfelder und einen im Plasma erzeugten Strom stabilisiert. Der Stellarator arbeitet dagegen mit komplex geformten externen Magnetspulen. Das macht Konstruktion und Fertigung anspruchsvoll, verspricht aber Vorteile für einen späteren Dauerbetrieb.

Der zweite Ansatz ist die Laser- oder Trägheitsfusion. Dabei treffen extrem starke Laserpulse auf ein winziges Brennstoffkügelchen. Dieses Target wird so stark komprimiert und erhitzt, dass Fusionsreaktionen einsetzen. Für ein Kraftwerk müsste dieser Vorgang jedoch nicht nur einmal im Labor funktionieren. Er müsste mit hoher Wiederholrate, hoher Effizienz und industrieller Robustheit ablaufen. Das stellt enorme Anforderungen an Laser , Optiken, Target-Fertigung, Zuführsysteme und Prozesskontrolle.

Als Brennstoff gilt meist eine Mischung aus Deuterium und Tritium. Deuterium kommt im Wasser vor. Tritium ist radioaktiv und in der Natur nur in geringen Mengen vorhanden. Ein künftiges Fusionskraftwerk müsste Tritium deshalb möglichst selbst erzeugen, etwa in sogenannten Brutblankets. Dort kann Lithium durch Neutronenbeschuss in Tritium umgewandelt werden. Diese Brutblankets müssen zugleich Wärme abführen, Strahlung widerstehen und sicher in den Kraftwerksbetrieb eingebunden werden. Für Werkstofftechnik, Fertigung und Anlagenbau ist das eine der anspruchsvollsten Aufgaben der Fusion.

Trumpf: Hagen Zimer zur Zukunft der Lasertechnik

Hagen Zimer, CEO Lasertechnologie bei Trumpf, ist von den vielen Möglichkeiten, die die Technik mit sich bringt, begeistert. Wofür Laser künftig unter anderem eingesetzt werden.

Deutschland hat starke Forschungsanker

Deutschland verfügt über eine dichte Forschungslandschaft zur Kernfusion. Eine Schlüsselrolle spielt das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik mit Standorten in Garching und Greifswald. In Garching wird der Tokamak ASDEX Upgrade betrieben. In Greifswald steht Wendelstein 7-X, die weltweit größte Fusionsanlage des Typs Stellarator.

Wendelstein 7-X zeigt besonders deutlich, wie stark Fusionsforschung bereits heute vom Hochleistungsmaschinenbau abhängt. Die Anlage arbeitet mit 50 nichtplanaren supraleitenden Magnetspulen, insgesamt sind 70 supraleitende Spulen verbaut. Deren Fertigung, Montage, Kühlung und Integration sind keine Randthemen, sondern Kern der Technologie.

Wendelstein 7-X: Wie ein Stellarator Geschichte schreibt

Zehn Jahre, unzählige Rekorde – Wendelstein 7-X hat sich vom Forschungsversuch zum Hoffnungsträger für Fusionsenergie entwickelt. Ein Blick hinter die Magnetspulen offenbart ein Jahrhundertprojekt mit globaler Strahlkraft.

Auch das Karlsruher Institut für Technologie ist ein wichtiger Akteur. Dort geht es unter anderem um Sicherheitsfragen, Materialien, Brutblankets, Tritium-Kreisläufe, Plasmaheizung und Brennstoffzufuhr. Das Forschungszentrum Jülich arbeitet an der Wechselwirkung zwischen Plasma und Wandmaterialien sowie an Werkstoffen, die extremen Wärmeflüssen und intensiver Neutronenstrahlung standhalten müssen.

Fraunhofer wiederum bringt die anwendungsnahe Perspektive ein. Mehrere Institute arbeiten an Lasertechnik, Optiken, additiver Fertigung, Werkstoffen, Target-Herstellung, zerstörungsfreier Prüfung, Tritium-Barrieren und Reparaturtechnologien. Damit rückt die Fusion näher an industrielle Fragestellungen heran. Sie bleibt Forschung, wird aber zunehmend auch Engineering-Aufgabe.

Start-ups treiben die Kommerzialisierung

Neben den Forschungsinstituten entstehen in Deutschland mehrere Unternehmen, die unterschiedliche Wege zur Fusion verfolgen:

Proxima Fusion ist aus dem Umfeld des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik hervorgegangen und setzt auf den Stellarator. Das Unternehmen will Erkenntnisse aus Wendelstein 7-X in Richtung eines kraftwerkstauglichen Designs weiterentwickeln.

• Focused Energy, mit Wurzeln an der TU Darmstadt, verfolgt den Weg der Laserfusion. Das Unternehmen will seine Technologie am Standort Biblis voranbringen. RWE ist als strategischer Partner beteiligt und bringt unter anderem Standort- und Genehmigungserfahrung ein. Das zeigt, dass sich auch Energieversorger frühzeitig mit der Frage beschäftigen, welche Rolle sie in einem möglichen Fusionsmarkt einnehmen können.

Marvel Fusion aus München arbeitet ebenfalls an laserbasierter Fusion und setzt auf Ultrakurzpuls-Lasertechnologie sowie nanostrukturierte Brennstoffe. Gauss Fusion wiederum verfolgt den Weg der Magnetfusion und versteht sich als europäischer Industrieakteur für künftige Fusionskraftwerke.

Was Ultrakurzpuls-Laser in der Industrie möglich machen

UKP-Laser bearbeiten Materialien, bei denen andere Laser schlapp machen. Was sie alles leisten können, zeigen zum Beispiel Lasersysteme von Trumpf.

Für den klassischen Maschinenbau sind solche Start-ups aus zwei Gründen interessant. Erstens brauchen sie Partner, die aus Laborprozessen robuste Anlagen und Komponenten machen. Zweitens entstehen rund um sie frühe Lieferketten. 

Fraunhofer nennt im Zusammenhang mit dem IFE Targetry HUB unter anderem Focused Energy, KIT, TU Darmstadt sowie Unternehmen wie Kern Microtechnik, Diamond Materials, Plasmatreat, LightFab und ModuleWorks. In Projekten zu lasergetriebenen Neutronenquellen werden zudem Trumpf, Photonis Germany, RWE, Fraunhofer ILT, HZDR und TU Darmstadt genannt.

Wo Maschinenbauer bei der Kernfusion konkret gebraucht werden

• Ein erstes Feld ist die Präzisionsfertigung. Magnetkomponenten, Target-Systeme, optische Bauteile, Brennkammerstrukturen und Kühlkanäle verlangen Genauigkeit, Prozessstabilität und belastbare Qualitätssicherung. Werkzeugmaschinen , Messmaschinen, Automatisierung und digitale Prozessketten werden damit zu Schlüsseltechnologien.
• Ein zweites Feld ist die Werkstoff- und Oberflächentechnik. In Fusionsanlagen kommen Materialien wie Wolfram, Spezialstähle, Verbundwerkstoffe oder neue Legierungskonzepte zum Einsatz. Sie müssen verarbeitet, gefügt, geprüft und im Betrieb überwacht werden. Additive Fertigung kann dort Vorteile bieten, wo komplexe Kühlstrukturen, Funktionsintegration oder schwer bearbeitbare Materialien gefragt sind.
• Ein drittes Feld ist Vakuum-, Kryo- und Fluidtechnik. Magnetfusion braucht Hochvakuum und kryogene Kühlung für supraleitende Magnete. Laserfusion braucht präzise Prozessumgebungen, geschützte Optiken und Target-Handhabung mit hoher Wiederholrate. Pumpen, Dichtungen, Ventile, Sensoren, Aktoren und Regelungstechnik werden dadurch zu kritischen Komponenten.
• Ein viertes Feld ist Robotik. Bauteile im Inneren eines Fusionsreaktors können durch Neutronen aktiviert werden. Wartung per Hand ist dort nur sehr eingeschränkt möglich. Künftige Anlagen brauchen deshalb ferngesteuerte und teilweise automatisierte Wartungssysteme. Greiftechnik, Bildverarbeitung, Zustandsüberwachung, sichere Steuerungsarchitekturen und Remote Handling werden damit zu wichtigen Bausteinen.
• Das fünfte Feld ist die Industrialisierung selbst. Ein Forschungsreaktor kann über Jahre als Einzelprojekt entstehen. Ein Kraftwerk braucht andere Maßstäbe: Lieferfähigkeit, Normung, Kostenkontrolle, Wartungskonzepte, Seriennähe und belastbare Projektstrukturen. Genau hier kann der Maschinen- und Anlagenbau seine Erfahrung aus anderen Hochtechnologiebranchen einbringen.

Robotik-Boom fordert die Messtechnik heraus

Robotik und Messtechnik rücken in der Automobilindustrie enger zusammen. Mit vernetzter Fertigung steigen Taktzeitdruck, Datenanforderungen und Normenkomplexität.

Vom Großexperiment zum Industriethema

Lange war Kernfusion vor allem staatlich finanzierte Großforschung. ITER in Frankreich, ASDEX Upgrade in Garching und Wendelstein 7-X in Greifswald stehen für diesen Ansatz. Große Anlagen, lange Laufzeiten, internationale Programme.

Inzwischen verändert sich das Bild. Start-ups, Investoren, Energiekonzerne, Photonikunternehmen und Maschinenbauer kommen hinzu. Die Bundesregierung hat Kernfusion als Schlüsseltechnologie in ihre Hightech-Strategie aufgenommen und einen Aktionsplan Fusion beschlossen. Zusätzliche Mittel sollen in Forschung, Infrastruktur und Technologiedemonstratoren fließen.

Trotzdem bleibt die Einordnung wichtig: Kernfusion ist keine kurzfristige Antwort auf hohe Strompreise, Versorgungssicherheit oder den Umbau des Energiesystems. Heute liefert kein kommerzielles Fusionskraftwerk Strom. Der Zeitpunkt eines ersten wirtschaftlich betriebenen Kraftwerks lässt sich nicht belastbar vorhersagen.

Auch acatech formuliert den Weg anspruchsvoll. Ein Fusionskraftwerk in Deutschland bis 2045 wäre demnach nur erreichbar, wenn Forschung, Industrie, Infrastruktur und Fachkräfteaufbau deutlich beschleunigt werden. Besonders wichtig sind Neutronentestinfrastrukturen, Brutblankets, Materialentwicklung und die Industrialisierung der Komponentenfertigung.

Damit ist klar: Die Fusion braucht nicht nur wissenschaftlichen Fortschritt. Sie braucht industrielle Umsetzungskraft.

Warum sich frühes Engagement lohnen kann

Für Maschinenbauer entstehen Chancen nicht erst beim Bau eines kommerziellen Kraftwerks. Sie entstehen bereits bei Forschungsanlagen, Demonstratoren und Testinfrastrukturen. Gebraucht werden Maschinen für Target-Produktion, Laseroptik-Fertigung, Magnetkomponenten, Vakuumkammern, Wärmetauscher, Spezialpumpen, Beschichtungstechnik, zerstörungsfreie Prüfung, digitale Zwillinge und Anlagenautomation.

Hinzu kommen Spin-offs. Technologien aus der Fusion können früher in anderen Märkten nutzbar werden: Hochleistungslaser, Neutronenquellen für Materialprüfung, neue Messverfahren, strahlungsresistente Sensorik, additive Reparaturverfahren oder Werkstoffdatenplattformen. Der wirtschaftliche Nutzen hängt also nicht allein davon ab, wann ein Fusionskraftwerk erstmals Strom verkauft.

Strategisch geht es um Positionierung. Sollte Fusion zu einem globalen Kraftwerksmarkt werden, entstehen Standards, Zulieferstrukturen und Systemarchitekturen früh. Wer dann bereits Erfahrung mit Komponenten, Prozessen und Anlagen gesammelt hat, dürfte bessere Karten haben als Unternehmen, die erst bei der ersten Großbestellung einsteigen.

Keine Energiepolitik für morgen

Bei aller Dynamik bleibt Vorsicht geboten. Kernfusion ist keine Technologie für die nächste Legislaturperiode. Viele Fragen sind offen: Tritiumversorgung, Materiallebensdauer, Wartung, Wirtschaftlichkeit, Genehmigung, Anlagenverfügbarkeit und Kosten. Besonders schwierig ist der Übergang von erfolgreichen Einzelexperimenten zu einem Dauerbetrieb, der die Anforderungen eines Kraftwerks erfüllt.

Auch die wirtschaftliche Rolle im Energiesystem ist nicht geklärt. Ein Fusionskraftwerk wäre ein hochkomplexes und kapitalintensives System. Ob es sich gegen erneuerbare Energien, Speicher, Netzausbau, Wasserstoffkraftwerke oder andere Flexibilitätsoptionen behaupten kann, wird sich erst zeigen.

Gerade deshalb sollte die industrielle Debatte nüchtern geführt werden. Es geht nicht um das Bild vom „Sonnenfeuer aus der Steckdose“. Es geht um Komponenten, Fertigungsverfahren, Normen, Lieferketten, Risiken und Geschäftsmodelle. Für den Maschinenbau ist das die eigentlich spannende Frage.

Fusion braucht Industrialisierer

Kernfusion bleibt eine Langfristtechnologie. Doch sie ist nicht mehr nur Sache der Physik. Aus der Forschung entsteht ein industrielles Umfeld, in dem Maschinenbauer, Anlagenbauer, Automatisierer, Werkstoffspezialisten und Präzisionsfertiger eine wichtige Rolle spielen können.

Forschungseinrichtungen wie IPP, KIT, Forschungszentrum Jülich, Fraunhofer und TU Darmstadt liefern Grundlagen und Technologiebausteine. Start-ups wie Proxima Fusion, Focused Energy, Marvel Fusion und Gauss Fusion treiben unterschiedliche Ansätze voran. Die Industrie muss daraus belastbare Anlagen, Komponenten und Prozesse machen.

Für den Maschinenbau liegt die Chance an der Schnittstelle zwischen Forschung und Kraftwerk. Wer extreme Temperaturen, Hochvakuum, Spezialwerkstoffe, automatisierte Fertigung, Robotik, Qualitätssicherung und Prozessstabilität beherrscht, findet in der Fusion ein anspruchsvolles Zukunftsfeld. Noch ist offen, wann daraus ein breiter Kraftwerksmarkt wird. Klar ist aber: Sollte Kernfusion gelingen, wird sie nicht nur ein Erfolg der Physik sein. Sie wird auch ein Erfolg des Maschinen- und Anlagenbaus sein.