Das amerikanische Fusions-Startup Xcimer Energy gab bekannt, dass sein in einer privaten Anlage befindliches Lasersystem „Phoenix“ am Mittwoch Ortszeit offiziell gezündet und in Betrieb genommen wurde. Das Unternehmen sagte, es handele sich derzeit um das weltweit größte private Lasergerät. Xcimer versucht, die Inertial-Confinement-Fusion von der Labortechnologie in eine neue Stromerzeugungsmethode mit kommerziellem Potenzial umzuwandeln, die auf dem National Ignition Facility (NIF)-Experiment basiert.

Der technische Weg von Xcimer ist der National Ignition Facility am Lawrence Livermore National Laboratory in den Vereinigten Staaten nachempfunden. Im Dezember 2022 erreichte das Gerät erstmals, dass die bei der Fusionsreaktion freigesetzte Energie die für die Zündung benötigte Energie übersteigt, was als wichtiger Meilenstein in der Kernfusionsforschung gilt. Im NIF-Experiment zielten die Forscher mit 192 Laserstrahlen auf ein Treibstoffziel, das kleiner als die Spitze eines Radiergummis war. Der Laser traf zunächst auf einen Zielhohlraum aus Gold, verdampfte ihn und wandelte ihn in Röntgenstrahlen um. Die Röntgenstrahlen komprimierten dann die eingebauten Brennstoffpellets, wodurch die darin enthaltenen Atome verschmelzen und Energie freisetzten.

Im Gegensatz dazu ist Xcimer davon überzeugt, dass durch den Einsatz eines leistungsfähigeren und einfacheren Lasersystems die Systemkomplexität und -kosten bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Steigerung der Fusionsenergieausbeute verringert werden sollen, wodurch der Weg für die Kommerzialisierung geebnet wird. Dem Plan des Unternehmens zufolge soll das künftige Design seines Fusionskraftwerks mit zwei Hauptlasern ausgestattet sein, die Mikrosekunden-Laserimpulse aussenden können. Diese Impulse werden durch eine Reihe optischer Systeme geleitet, die einer „Energiekompression“ ähneln, und übertragen innerhalb einer Nanosekunden-Zeitskala Energie auf das Treibstoffziel, wodurch die Treibstoffkompression in sehr kurzer Zeit abgeschlossen wird und die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass nutzbare Fusionsreaktionen entstehen.

Das diesmal ans Netz gegangene Phoenix-System gilt als wichtiger Zwischenschritt auf dem Weg zu Fusionskraftwerken. Das System nutzt die „Excimer-Verstärkungs“-Technologie. Dieser Lasertyp wurde in der Halbleiterfertigung eingesetzt, die Leistung des Phoenix-Systems wurde jedoch erheblich gesteigert. Xcimer teilte den Medien mit, dass dieser Kryptonfluorid (KrF)-Laser bei voller Leistung mehr als 1 Kilojoule Energie abgeben kann und die Länge seines Laserverstärkungskerns 38 Meter erreicht. Das Unternehmen ist davon überzeugt, dass Phoenix derzeit weltweit an der Spitze der Leistungsfähigkeit und Größe privater Lasersysteme steht.

Allerdings liegt Phoenix noch weit hinter den für kommerzielle Kraftwerke geforderten Vorgaben zurück. Xcimer schätzt, dass ein echtes kommerzielles Fusionskraftwerk eine Gesamtlaserenergie von mehr als 12 Megajoule erfordern würde, was deutlich über der aktuellen Leistung von Phoenix liegt. Daher ist Phoenix eher eine technische Verifizierungsplattform für nachfolgende Systeme im größeren Maßstab, einschließlich wichtiger Verbindungen wie Laserverstärkung, Impulsformung, optische Übertragung und Kraftstoff-Ziel-Interaktion.

Zeitplanlich plant Xcimer, den Bau und die Erprobung eines Prototypsystems im Jahr 2028 abzuschließen. Auf dieser Grundlage wird das Unternehmen weiterhin größere integrierte Systeme entwickeln, mit dem Ziel, dass das gesamte Gerät eine „Energieparität“ erreicht, d. h. die Abgabe an elektrischer Energie entspricht mindestens der Aufnahme. Der aktuellen Vision des Unternehmens zufolge soll der Bau des ersten Fusionskraftwerks im kommerziellen Maßstab Mitte der 2030er Jahre beginnen. Wenn Technologie und Wirtschaft bis dahin die Standards erfüllen können, könnte die Trägheitsfusion zu einer wichtigen Kraft in der neuen Energielandschaft werden.

Derzeit wird der Wettbewerb im globalen Fusionsbereich immer härter und viele Start-up-Unternehmen erkunden andere Wege und technische Umsetzungswege. In diesem Zusammenhang hat Xcimer mit dem Phoenix-System den „größten privaten Laser der Welt“ auf den Markt gebracht, was nicht nur eine Demonstration technischer Stärke, sondern auch ein Signal an den Kapitalmarkt und die politischen Entscheidungsträger ist: Die Trägheitsfusion bewegt sich allmählich vom Labor in die Technik und Industrialisierung über. Der Übergang von einem experimentellen Gerät im Kilojoule-Bereich zu einem kommerziellen Kraftwerk im Megajoule-Bereich erfordert jedoch immer noch lange technische Iterationen und Kapitalinvestitionen. Die erfolgreiche Zündung von Phoenix ist nur einer der entscheidenden Ausgangspunkte in diesem Prozess.