Zukunftsmarkt Laserfusion auf der LASER 2025

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Die laserbasierte Trägheitsfusion ist ein strategischer Zukunftsmarkt für
die Photonik. Ihre Machbarkeit ist nachgewiesen. In Deutschland formieren
sich Konsortien aus Industrie und Forschung, um die klimaneutrale und
intrinsisch sichere Energiequelle zu erschließen und schlagkräftige
Lieferketten zu bilden. Der Staat fördert die Entwicklung der
Basistechnologien für Fusionskraftwerke mit über einer Milliarde Euro.

Die
Ansätze bergen über die Fusion hinaus hohes Innnovationspotenzial.
Wichtige Akteure treffen sich auf der LASER 2025 zum Application Panel
»Laser Fusion: Energizing Photonics Industry«. Geleitet vom Fraunhofer ILT
beleuchtet es Marktpotenziale und Chancen der Fusion.

Die laserbasierte Trägheitsfusion ist auf dem Sprung aus der
Grundlagenforschung in die anwendungsnahe Technologieentwicklung.
Deutschland hat die Weichen gestellt, um die klimaneutrale, rund um die
Uhr verfügbare Energiequelle schnellstmöglich zu erschließen. Seit die
Bundesregierung im Frühjahr 2024 das Programm »Fusion 2040 – Forschung auf
dem Weg zum Fusionskraftwerk« startete, haben sich 16 Konsortien mit einem
Fördervolumen von 140 Millionen Euro formiert. Konzerne, Mittelständler,
Start-ups, Forschungsinstitute und Hochschulen führen darin ihre
Kompetenzen zusammen, um Basistechnologien für Fusionskraftwerke zu
entwickeln. Es ist der Auftakt zu einer Forschungsoffensive, die
Deutschland bis 2030 mit über einer Milliarde Euro fördert. Hinzu kommen
private Investitionen der mitwirkenden Unternehmen. Diese kommen zum
Großteil aus der photonischen Industrie und haben die Fusion als
strategischen Zukunftsmarkt erkannt.

Application Panel »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry« auf der
LASER

Ein Application Panel im Rahmen der Laser World of Photonics wird dem
Potenzial für die photonische Industrie auf den Grund gehen. Geleitet von
Dr. Jochen Stollenwerk, dem kommissarischen Leiter des Fraunhofer-
Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen, werden führende Expertinnen und
Experten aus Industrie und Wissenschaft über den Stand der Technik,
Herausforderungen und photonische Lösungsansätze diskutieren. Den
Impulsvortrag des Panels »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry«
hält Prof. Constantin Häfner, Vorstand für Forschung und Transfer der
Fraunhofer-Gesellschaft. Er war bis Ende 2019 als Program Director for
Advanced Photon Technologies am Lawrence Livermore National Laboratory in
Kalifornien, USA, für die Entwicklung der weltweit leistungsfähigsten
Lasersysteme verantwortlich, mit denen an der dortigen National Ignition
Facility (NIF) erstmals die Zündung eines Fusionsplasmas gelang.

Seit seinem Wechsel nach Deutschland bringt Häfner seine Expertise unter
anderem als Berater der Bundesregierung im Fusionsbeirat des
Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) sowie
als Leiter der Expertenkommission für die Laserfusion ein. In seinem
Impulsvortrag wird er die Chancen Deutschlands und Europas im
Zukunftsmarkt Laserfusion beleuchten; dies auch vor dem Hintergrund, dass
deutsche Photonik-Unternehmen als Technologie- und Hardwarelieferanten
eine nicht zu unterschätzende Rolle beim NIF-Bau gespielt haben.
»Der Aufbau leistungsfähiger Lieferketten in der Photonik ist die
Voraussetzung für die technische und ökonomische Machbarkeit eines
Fusionskraftwerks«, sagt Häfner. Auf dem Weg dahin bedürfe es noch
etlicher Innovationen. Von diesen werden aufgrund der zu erwartenden
Marktgröße weitreichende Transformationen im heutigen Markt für
Industrielaser, Laseranwendungen und Optiken ausgehen. In Form von Spill-
Over-Effekten könne sich die anlaufende Forschung und Entwicklung auch
schon kurzfristig auf den Photonikmarkt auswirken.

Startschuss für den Aufbau schlagkräftiger Lieferketten

Mit der Bildung der ersten Konsortien im Programm »Fusion 2040« ist der
Startschuss für die notwendige Innovationsoffensive gefallen. Die Projekte
führen Akteure aus der Photonik, Optik und Materialwissenschaft und deren
Kompetenzen zusammen. Dabei liegt ein Fokus auf der Entwicklung und
Fertigung hocheffizienter Diodenlaser sowie robuster optischer Gläser und
Kristalle. Diese werden im Dauerbetrieb kommerzieller Kraftwerke extremen
Belastungen ausgesetzt sein. Ihre Aufgabe ist es, Laserpulse in hoher
Frequenz auf das notwendige Energielevel zu pumpen, um ein Gemisch aus den
Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium in Plasma zu wandeln und deren
Fusion zu zünden. Für einen kommerziellen Betrieb müssen pro Sekunde zehn
bis 20 Targets mit diesem Gemisch gezündet werden. Auch bei diesen Targets
– stecknadelkopfgroße Kügelchen – und bei der ersten Reaktorwand besteht
Entwicklungsbedarf. Letztere ist den bei der Fusion freigesetzten
Neutronen und der thermischen Abstrahlung des über 150 Millionen Grad
Celsius heißen Fusionsplasmas ausgesetzt. Entwicklungsfelder tun sich
zudem beim Tritium-Kreislauf und der nach Möglichkeit additiven Fertigung
von komplexen Kraftwerkskomponenten auf.

Diese Themen adressieren die Konsortien. Schon heute ist absehbar, dass
besagte Spill-Over-Effekte auf die Photonik und ihre Anwenderbranchen
eintreten werden. So zielt eines der Projekte auf signifikante
Leistungssteigerungen von Diodenlasern bei zugleich stark reduzierten
Kosten infolge vollautomatisierter Fertigung. Erreicht das Konsortium
seine Zielsetzungen, dann dürften Diodenlaser branchenübergreifend
transformatives – und teils disruptives Potenzial entfalten. Auch für
Hochleistungsstrahlquellen und die optischen Gläser, die für
Fusionskraftwerke benötigt werden, besteht Nachfrage aus anderen Märkten.
Und es gibt steigenden Bedarf an Lasern, die als Secondary Sources zur
Erzeugung von EUV-, Neutronen- oder Röntgenstrahlung einsetzbar sind. Sie
sind unter anderem für eine kombinierte Röntgen- und Neutronen-Bildgebung
gefragt. Das Verfahren soll durch die Wände verschlossener Fässer und
Container hindurch optische und stoffliche Analysen des Inhalts
ermöglichen. Laserstrahlquellen sind der Schlüssel, um die hierfür
benötigten Teilchenbeschleuniger zu miniaturisieren und in kompakte Geräte
zu integrieren.

Grundlegende Physik funktioniert – Aufbruch zur Anwendungsentwicklung

Die Entwicklung der Laserfusion selbst schreitet spätestens seit dem 5.
Dezember 2022 – dem Tag des Durchbruchs in der NIF – rasant voran. Nach
Einschätzung Häfners wird der zunehmende KI-Einsatz das Innovationstempo
weiter erhöhen. Zur Optimierung der Experimente in der US-Versuchsanlage
ist KI bereits im Einsatz: Setzte die Zündung des Fusionsplasma Ende 2022
mit 3,15 Megajoule (MJ) das 1,5-Fache der für die Zündung benötigten
Laserenergie frei, so meldete die NIF Ende 2024 eine Steigerung auf 5,2 MJ
– und im Mai 2025 auf 8,6 MJ. Damit setzte die Fusion 4,13 mal mehr
Energie frei, als der Laser auf das Target fokussiert hatte. Die
erfolgreichen Experimente belegen, dass die grundlegende Physik
funktioniert. Doch ist die Anlage nicht zur Energieerzeugung, sondern für
die Plasmaforschung konzipiert. In ihren 192 parallelen Strahlengängen
pumpen Blitzlampen und Spezialgläser das Energielevel der Laserpulse auf
das nötige Niveau. Nach jeder Zündung muss das System abkühlen, weil weder
die optischen Komponenten noch das Lasersystem oder die Materialien der
Brennkammer auf einen fortlaufenden Kraftwerksbetrieb ausgelegt sind.

Auf dem Weg zu kraftwerkstauglichen Konzepten und Technologien

Um die Fusionstechnologie in Kraftwerken nutzbar zu machen, braucht es
ganz neue Konzepte. Deren Entwicklung hat die Bundesregierung mit dem
Programm »Fusion 2040« in die Wege geleitet. Die Industriebeteiligung in
den ersten Ausschreibungen war enorm. Die Entwicklung optischer,
photonischer und werkstoffwissenschaftlicher Kraftwerkstechnologien hat
begonnen. Bis 2030 stehen mehr als eine Milliarde Euro für die
technologieoffene Forschung bereit: neben der laserbasierten
Trägheitsfusion steht die Magnetfusion auf der Agenda. Die Konsortien
führen Hersteller von Lasern, Optiken, Beschichtungsverfahren, zunehmend
KI-gestützter Fertigungstechnik sowie aus Prüfwesen und
Softwareentwicklung mit Forschungseinrichtungen zusammen, um das enorme
Potenzial des photonischen Zukunftsmarktes zu heben. Das Miteinander von
Industrie und Wissenschaft verbindet Wissen, Prozesse – und Lieferketten.
Das schafft die Grundlage für eine kommerzielle Nutzung der Fusion. Als
intrinsisch sichere Energiequelle soll sie sich neben der Wind- und
Solarenergie zum verlässlichen Baustein eines vom Kohlenstoffkreislauf
entkoppelten Energiesystems entwickeln.

Application Panel »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry«
Datum: Dienstag, 24. Juni 2025
Uhrzeit: 10:30 – 12.00 Uhr
Ort: Halle A2.561

Chair:
Dr. Jochen Stollenwerk, Fraunhofer ILT

Panel, u.a. mit:
Prof. Constantin Häfner, Vorstand Forschung & Transfer, Fraunhofer-
Gesellschaft
Dr. Ulrich Steegmüller, Chief Technology Officer (CTO) & Senior Vice
President (SVP), ams OSRAM
Dr. Frank Nürnberg, Global Head of Sales Optics, HERAEUS Covantics
Alexander Ancsin, Managing Director (CEO), Layertec GmbH
Siemens Energy, weitere Informationen folgen