In den letzten Jahren ist die Fusionsenergie aus dem Blickfeld der Witze verschwunden – immer noch ein Jahrzehnt entfernt! – zu einer zunehmend greifbaren und verlockenden Technologie, die Investoren von der Seitenlinie abgelenkt hat.
Die Technologie mag heute schwierig zu beherrschen und teuer in der Herstellung sein, aber die Kernfusion verspricht, die Kernreaktion zu nutzen, die die Sonne antreibt, um hier auf der Erde nahezu unbegrenzte Energie zu erzeugen. Wenn Startups in der Lage sind, kommerziell nutzbare Fusionskraftwerke fertigzustellen, dann haben sie das Potenzial, Billionen-Dollar-Märkte auf den Kopf zu stellen.
Der Aufwärtstrend, der die Fusionsindustrie beflügelt, wurde durch drei Fortschritte vorangetrieben: leistungsfähigere Computerchips, ausgefeiltere KI und leistungsstarke supraleitende Hochtemperaturmagnete. Gemeinsam haben sie dazu beigetragen, anspruchsvollere Reaktordesigns, bessere Simulationen und komplexere Steuerungsschemata zu liefern.
Es schadet nicht, dass ein Labor des US-Energieministeriums Ende 2022 bekannt gab, dass es eine kontrollierte Fusionsreaktion ausgelöst habe, die mehr Energie erzeugte, als die Laser dem Brennstoffpellet verliehen hatten. Das Experiment hatte die sogenannte wissenschaftliche Gewinnschwelle überschritten, und obwohl es noch weit von der kommerziellen Gewinnschwelle entfernt ist, bei der die Reaktion mehr produziert, als die gesamte Anlage verbraucht, war es ein lang erwarteter Schritt, der bewies, dass die zugrunde liegende Wissenschaft solide war.
Die Gründer haben in den letzten Jahren auf dieser Dynamik aufgebaut und die private Fusionsindustrie rasant vorangetrieben. Nach Angaben der Fusion Industry Association haben Fusions-Startups bisher 7,1 Milliarden US-Dollar eingesammelt, wobei der Großteil davon an eine Handvoll Unternehmen ging.
Commonwealth-Fusionssysteme
Mit einer Serie B im Wert von 1,8 Milliarden US-Dollar Commonwealth-Fusionssysteme katapultierte sich im Jahr 2021 auf die Pole-Position. Seitdem ist es ruhig um das Unternehmen, was die Mittelbeschaffung anbelangt (keine Überraschung), aber es hat in Massachusetts hart daran gearbeitet, Sparc zu bauen, sein erstes Kraftwerk seiner Art Strom auf einem sogenannten „kommerziell relevanten“ Niveau produzieren.
Sparcs Reaktor verwendet ein Tokamak-Design, das einem Donut ähnelt. Der D-förmige Querschnitt ist mit gewickelt Hochtemperatur-supraleitendes Banddas, wenn es mit Energie versorgt wird, ein starkes Magnetfeld erzeugt, das das überhitzte Plasma einschließt und komprimiert. In Sparcs Nachfolger, dem Arc im kommerziellen Maßstab, wird die bei der Reaktion erzeugte Wärme in Dampf umgewandelt, um eine Turbine anzutreiben. CFS hat seine Magnete in Zusammenarbeit mit dem MIT entwickelt, wo Mitbegründer und CEO Bob Mumgaard als Forscher an Fusionsreaktordesigns und Hochtemperatur-Supraleitern arbeitete.
Mit der Unterstützung von Breakthrough Energy Ventures, The Engine, Bill Gates und anderen geht CFS mit Sitz in Devens, Massachusetts, davon aus, Arc Anfang der 2030er Jahre in Betrieb zu nehmen.
Allgemeine Fusion
Jetzt im dritten Jahrzehnt, Allgemeine Fusion hat laut PitchBook 440,53 Millionen US-Dollar gesammelt. Das in Richmond, British Columbia, ansässige Unternehmen wurde 2002 vom Physiker Michel Laberge gegründet, der einen anderen Fusionsansatz namens Magnetized Target Fusion (MTF) nachweisen wollte.
Im Reaktor von General Fusion umgibt eine flüssige Metallwand eine Kammer, in die Plasma injiziert wird. Kolben, die die Wand umgeben, drücken sie nach innen, komprimieren das Plasma im Inneren und lösen eine Fusionsreaktion aus. Die entstehenden Neutronen erhitzen das flüssige Metall, das durch einen Wärmetauscher zirkulieren kann, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine antreibt.
Das Unternehmen baut derzeit seine erste Demonstrationsanlage, LM26, und hofft, bis 2026 die wissenschaftliche Gewinnschwelle zu erreichen. Zu den Investoren zählen Jeff Bezos, Temasek, BDC Capital und Chrysalix Venture Capital.
Helion
Von allen Fusions-Startups Helion hat den aggressivsten Zeitplan. Das Unternehmen plant, im Jahr 2028 Strom aus seinem Reaktor zu produzieren. Sein erster Kunde? Microsoft.
Helion verwendet einen Reaktortyp namens Feldumkehrkonfiguration, bei dem Magnete eine Reaktionskammer umgeben, die wie eine Sanduhr aussieht und an der Stelle, an der die beiden Seiten zusammenkommen, eine Ausbuchtung aufweist. An jedem Ende der Sanduhr drehen sie das Plasma in Donutformen, die mit mehr als 1 Million Meilen pro Stunde aufeinander zugeschossen werden. Wenn sie in der Mitte kollidieren, helfen zusätzliche Magnete dabei, die Fusion herbeizuführen. Bei der Fusion wird das eigene Magnetfeld des Plasmas verstärkt, was einen elektrischen Strom in den Magnetspulen des Reaktors induziert. Dieser Strom wird dann direkt von der Maschine gewonnen.
Laut PitchBook hat Helion mit Sitz in Everett, Washington, 607,64 Millionen US-Dollar eingesammelt. Zu den Investoren zählen Sam Altman, Reid Hoffman, KKR, BlackRock, Peter Thiels Mithril Capital Management und Capricorn Investment Group.
TAE
1998 gegründet, TAE (früher bekannt als Tri Alpha Energy) wurde von Norman Rostoker aus der University of California, Irvine ausgegründet. Es verwendet eine feldumgekehrte Konfiguration, allerdings mit einer Besonderheit: Nachdem die beiden Plasmaschüsse in der Mitte des Reaktors kollidieren, bombardiert das Unternehmen das Plasma mit Teilchenstrahlen, um es in einer Zigarrenform rotieren zu lassen. Dadurch wird die Stabilität des Plasmas verbessert, sodass mehr Zeit für die Fusion bleibt und mehr Wärme abgeführt werden kann, um eine Turbine anzutreiben.
Laut PitchBook hat TAE 1,32 Milliarden US-Dollar eingesammelt. Zu den Investoren zählen Alphabet, Chevron Technology Ventures und Venrock.
Zap-Energie
Zap-Energie verwendet keine supraleitenden Hochtemperaturmagnete oder superstarken Laser, um sein Plasma einzuschließen. Vielmehr wird das Plasma (verstanden?) mit elektrischem Strom gespeist, der dann sein eigenes Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld komprimiert das Plasma um etwa 1 Millimeter, woraufhin es zur Zündung kommt. Die bei der Fusionsreaktion freigesetzten Neutronen bombardieren eine flüssige Metalldecke, die den Reaktor umgibt, und heizen ihn auf. Das flüssige Metall wird dann durch einen Wärmetauscher geleitet, wo es Dampf erzeugt, der eine Turbine antreibt.
Wie Helion hat Zap Energy seinen Sitz in Everett, Washington, und laut PitchBook hat das Unternehmen 327 Millionen US-Dollar eingesammelt. Zu den Unterstützern zählen Bill Gates‘ Breakthrough Energy Ventures, DCVC, Lowercarbon, Energy Impact Partners, Chevron Technology Ventures und Bill Gates als Engel.
Tokamak-Energie
Tokamak-Energie nimmt das übliche Tokamak-Design – die Donut-Form – und quetscht es, wodurch sein Seitenverhältnis so weit reduziert wird, dass die äußeren Grenzen anfangen, einer Kugel zu ähneln. Wie viele andere Tokamak-basierte Startups verwendet das Unternehmen supraleitende Hochtemperaturmagnete (der Sorte Seltenerd-Barium-Kupfer-Oxid oder REBCO). Da sein Design kompakter als ein herkömmlicher Tokamak ist, sind weniger Magnete erforderlich, was die Kosten senken dürfte.
Der ST40-Prototyp des in Oxfordshire, Großbritannien, ansässigen Startups, der wie ein großes Steampunk-Fabergé-Ei aussieht, erzeugte im Jahr 2022 ein ultraheißes, 100 Millionen Grad Celsius heißes Plasma. Die nächste Generation, Demo 4, befindet sich derzeit im Bau und soll getestet werden die Magnete des Unternehmens in „Fusionskraftwerk-relevanten Szenarien“. Laut PitchBook hat Tokamak Energy 285,65 Millionen US-Dollar von Investoren wie Future Planet Capital, In-Q-Tel, Midven und Capri-Sun-Gründer Hans-Peter Wild eingesammelt.
Erstes Licht
Im Gegensatz zu vielen anderen Fusions-Startups Erstes Licht nutzt keine Magnete, um die für die Fusion notwendigen Bedingungen zu erzeugen. Stattdessen folgt ein Ansatz, der als Trägheitseinschluss bekannt ist und bei dem Fusionsbrennstoffpellets komprimiert werden, bis sie sich entzünden.
Aber selbst dann hält sich „First Light“ nicht an die Orthodoxie. Die meisten Versuche zur Trägheitsbegrenzung verwenden Laser, um die Drecksarbeit zu erledigen, und folgen damit dem Beispiel der National Ignition Facility, die 2022 ein bahnbrechendes Experiment hervorbrachte. First Light feuert vielmehr ein Projektil mit einer zweistufigen Waffe auf ein Ziel; In der ersten Stufe wird mit Schießpulver ein Kunststoffkolben abgefeuert, der Wasserstoff auf 145.000 psi komprimiert und dann das Projektil abfeuert. Das Ziel ist so konstruiert, dass es die Kraft des Aufpralls verstärkt, sodass der Kraftstoff bis zum Zündpunkt komprimiert wird.
First Light mit Sitz in Oxfordshire, Großbritannien, hat 179,94 Millionen US-Dollar von Investoren wie Invesco, IP Group und Tencent eingesammelt.
Marvel Fusion
Marvel Fusion folgt dem Inertial-Confinement-Ansatz, der gleichen grundlegenden Technik, die die National Ignition Facility verwendet hat, um zu beweisen, dass kontrollierte Kernfusionsreaktionen mehr Energie erzeugen können, als zu ihrer Auslösung erforderlich ist. Marvel feuert leistungsstarke Laser auf ein Ziel, in das Silizium-Nanostrukturen eingebettet sind, die unter dem Bombardement kaskadieren und den Treibstoff bis zur Entzündung verdichten. Da das Target aus Silizium besteht, sollte es relativ einfach herzustellen sein und sich dabei auf die jahrzehntelange Erfahrung der Halbleiterfertigungsindustrie stützen.
Das Startup für Trägheitsfusion baut in Zusammenarbeit mit der Colorado State University eine Demonstrationsanlage, die bis 2027 betriebsbereit sein soll. Das in München ansässige Unternehmen Marvel hat insgesamt 109,3 Millionen US-Dollar von Investoren eingesammelt, darunter b2venture, Deutsche Telekom, Earlybird, HV Capital, und Taavet Hinrikus und Albert Wenger als Engel.
Xcimer
Obwohl nichts an der Fusion als einfach beschrieben werden kann, Xcimer verfolgt einen relativ einfachen Ansatz: Folgen Sie der grundlegenden Wissenschaft, die hinter dem bahnbrechenden Netto-Positiv-Experiment der National Ignition Facility steht, und entwerfen Sie die Technologie, die ihm zugrunde liegt, von Grund auf neu. Das in Colorado ansässige Startup strebt ein 10-Megajoule-Lasersystem an, das fünfmal leistungsstärker ist als das NIF-System, das Geschichte geschrieben hat. Wände aus geschmolzenem Salz umgeben die Reaktionskammer, absorbieren Wärme und schützen die erste feste Wand vor Beschädigung.
Xcimer wurde im Januar 2022 gegründet und hat laut PitchBook bereits 109 Millionen US-Dollar von Investoren wie Hedosophia, Breakthrough Energy Ventures, Emerson Collective, Gigascale Capital und Lowercarbon Capital eingesammelt.