Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) beabsichtigt, die technologische Weiterentwicklung der Fusion auf der Grundlage des Programms „Fusion 2040 – Forschung auf dem Weg zum Fusionskraftwerk“ sowie unter dem Dach der Hightech-Agenda und des Energieforschungsprogramms der Bundesregierung zu fördern. Mit dem Förderprogramm verfolgt das BMFTR das strategische Ziel, in aufeinander aufbauenden Phasen schnell und zielführend die Voraussetzungen für den Bau und Betrieb des weltweit ersten Fusionskraftwerks in Deutschland zu schaffen. Hierfür sollen technologieoffen Forschungsarbeiten sowohl im Bereich der Trägheitsfusion als auch des magnetischen Einschlusses gefördert werden.
An den Grundlagen der technischen Umsetzung der Fusionsenergie wird bereits seit vielen Jahrzehnten geforscht. Fusionsreaktionen in einem Labor oder einem Kraftwerk in Gang zu setzen und zu kontrollieren, ist jedoch aufgrund der extremen Bedingungen der Reaktion enorm herausfordernd. Aufgrund der Abstoßung positiv geladener Atomkerne, die es zu überwinden gilt, können solche Reaktionen nur bei höchsten Temperaturen und Drücken stattfinden. Eine Verschmelzung erreicht man daher nur mit Hilfe von extremen Magnetfeldern, Heizsystemen oder sehr starken Lasern.
Die Herausforderungen auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk sind vielfältig. Die meisten der benötigten Komponenten, Technologien und Systeme existieren momentan – wenn überhaupt – nur in Form wissenschaftlicher Experimente und werden in den kommenden Jahren weiter erforscht, entwickelt und erprobt werden müssen. Zudem muss ein Übergang von einer reinen Grundlagenforschung hin zu einer anwendungs- und projektorientierten Forschung vollzogen werden. Hierfür braucht es ein Innovationsökosystem, in dem alle relevanten Akteure effizient zusammenarbeiten können.
Aus diesen Aspekten formuliert das Förderprogramm Fusion 2040 eine Reihe von Handlungsfeldern und definiert Themenschwerpunkte, von denen einige in den ersten zwei Auswahlrunden der Bekanntmachung im Jahr 2024 bereits adressiert wurden und in den kommenden Jahren mit spezifischen Maßnahmen weiter adressiert werden sollen.
Wissenschaftlich-technische Fragestellungen:
a) System-Codes/Kraftwerksdesign
b) Tritium/Tritiumkreislauf/Brutblanket
c) Erste Wand/Plasma-Wand-Wechselwirkung
d) Neutronics/Neutronenquellen
e) Magnetischer Einschluss und Plasmaheizung
f) Lasersysteme
g) Targets und Injektionssysteme
h) Hochenergiedichte- und Magnetohydrodynamik-Simulationen
i) Diagnostik
j) Remote-Handling
k) Periphere Kraftwerkskomponenten
Innovationsökosystem:
l) Kooperation, Einbindung der (Anwender- und Ausrüster-)Industrie
m) Fachkräfte
n) Kommunikation und Outreach
o) Regulierung und Rechtsrahmen für den Bau, Betrieb und Rückbau von Fusionskraftwerken
Mit der vorliegenden Förderrichtlinie sollen insbesondere die Buchstaben a, b, d, e, g-j und l adressiert werden.
Ziel der vorliegenden Förderrichtlinie ist es, wesentliche Schlüsseltechnologien zu erforschen und zu entwickeln, die perspektivisch für die erfolgreiche Demonstration eines Fusionskraftwerks notwendig sind. Damit sollen erfolgversprechende Technologiezweige frühzeitig identifiziert und die Basis für mögliche Folgemaßnahmen gelegt werden.
Unmittelbar zu den Zielen dieser Bekanntmachung ist das Bestreben zugeordnet, nachhaltige Forschungskooperationen zwischen Wissenschaft und Wirtschaft zu initiieren und perspektivisch zu Lieferkettenbeziehungen auszubauen, um so einen wirksamen Transfer von Forschungsergebnissen in innovative Dienstleistungen und Produkte zu erreichen. Dabei sollen vor allem ein entsprechender Reifegrad (und gegebenenfalls Durchbrüche) bei den erforschten Technologien sowie weitere Planungen der Projektteilnehmenden hinsichtlich nächster innovatorischer Schritte (fortgeschriebener Verwertungsplan) angestrebt werden.
Modul A „Schlüsseltechnologien“
Die Förderrichtlinie zielt darauf ab, den technologischen Reifegrad (Technology Readiness Level, TRL) von wesentlichen Komponenten und „Enabling Technologies“ für ein Fusionskraftwerk innerhalb der nächsten drei Jahren derart zu erhöhen, dass eine Anwendung mindestens in Demonstrationsanlagen Anfang der 2030er Jahre ermöglicht werden kann. So sollen auch Unternehmen eine bessere Entscheidungsgrundlage und Perspektive erhalten, in die Wertschöpfungskette der Fusionstechnologien einzusteigen und zu investieren.
Der Fokus im vorliegenden dritten Förderaufruf der Maßnahme liegt auf kritischen Technologien für die Fusion allgemein („Bottlenecks“):
Dazu zählen das Tritium-Brutblanket und der daran angeschlossene Brennstoffkreislauf zur Extraktion, Aufbereitung und Rückführung des Tritiums in die Brennkammer bzw. die Neuherstellung von Targets. Es handelt sich um eine hochkomplexe und unverzichtbare Technologie für alle Deuterium-Tritium Ansätze mit einer hohen Zahl von benötigten Subkomponenten. Der Reifegrad TRL des Themenkomplexes „Tritiumkreislauf“ entspricht aktuell je nach Komponente noch 3 oder weniger und soll bis zum Ende des Jahrzehnts auf mindestens 5 gesteigert werden.
Im Bereich der Trägheits-/Laserfusion soll die Modellierung des Fusionsprozesses vorangetrieben werden. International vorhandene Expertise und Simulationscodes stehen für die deutschen Akteure nur eingeschränkt oder gar nicht zur Verfügung. Für den Aufbau eines deutschen Fusionsökosystems im Bereich der Laserfusion wird begleitend zum Aufbau entsprechender Experimentierumgebungen die Entwicklung eines eigenen Radiation-Hydrodynamic-Codes angestrebt. Deutschland verfügt über exzellentes Knowhow in der relativistischen Plasmaphysik, bei der Laser-Plasma-Wechselwirkung und beim High-Performance-Computing, das hier gebündelt und genutzt werden soll. Wo notwendig, ist die Beteiligung weiterer europäischer Partner dabei anzustreben.
Neben diesen technologischen Engstellen soll die angewandte Forschung zu weiteren reaktornahen Komponenten, zur Diagnostik und zum Remote-Handling von Reaktorkomponenten intensiviert, und dabei möglichst auf Ergebnissen von laufenden Förderprojekten aufgebaut werden.
Modul B „Test- und Messinfrastruktur“
Mit der Intensivierung der Forschungsanstrengungen und der Erhöhung der technologischen Reifegrade steigen auch Bedarfe und technische Anforderungen an die Forschungsinfrastrukturen. Eine entsprechende Aktualisierung oder der Ausbau der Geräteinfrastruktur aus Mitteln der Grundfinanzierung ist für Forschungseinrichtungen und Hochschulen in der Regel nicht leistbar, so dass hier in den nächsten Jahren ein Engpass entsteht. Ziel ist es daher, die Neuentwicklung, den Ausbau und die Validierung von Forschungs- und Geräteinfrastrukturen sowie Mess- und Testeinrichtungen voranzutreiben. Hiermit sollen Verfügbarkeit und Zugang zu solchen Infrastrukturen für die gesamte Fachcommunity und ganz besonders auch für Unternehmen deutlich verbessert werden.
So werden z.B. für die Testung von Teilen des Brutblankets, aber auch für die weiteren inneren Komponenten und Materialien des Kraftwerks Testanlagen erforderlich, die eine Schädigung mit Neutronen, bevorzugt in einem fusionsnahen Energiespektrum, ermöglichen. Diese Testmöglichkeiten sind in Deutschland – und der Europäischen Union – kaum vorhanden. Großgeräte wie die International Fusion Materials Irradiation Facility – Demo Oriented Neutron Source (IFMIF-DONES) oder eine von der Community diskutierte „Volumetric Neutron Source“ könnten frühestens in den 2030er Jahren zur Verfügung stehen. Ansätze zur Überbrückung mit kleinen, schnell verfügbaren Anlagen und Lösungen, das betrifft auch Neutronen aus Spaltreaktoren, sollen daher ebenfalls Ziel der Maßnahme sein.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, sind interdisziplinäre Kooperationen in der Wissenschaft sowie die Zusammenarbeit mit der Industrie erforderlich. Sich komplementär ergänzende Kompetenzen aller Projektteilnehmenden sind notwendig, um die komplexen Fragestellungen zielführend bearbeiten zu können und die technologischen Reifegrade entlang konkreter Meilensteine zu steigern. Hierzu werden in der Regel kooperative, vorwettbewerbliche und thematisch fokussierte Verbundprojekte mit Partnern aus der gewerblichen Wirtschaft und Forschungseinrichtungen beziehungsweise Hochschulen gefördert. Wo möglich, sollen die Projekte entlang von Wertschöpfungsketten strukturiert sein, um Innovationsprozesse zu beschleunigen und die Vernetzung der notwendigen Akteure frühzeitig voranzutreiben.
Kennzeichen aller geförderten Projekte sollen dabei ein hohes Risiko und eine besondere Komplexität der Forschungsaufgabe sein. Für eine Lösung dieser komplexen Problemstellungen sind in der Regel ein inter- und multidisziplinäres Vorgehen und eine enge Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft erforderlich, so dass gemeinsam und bedarfsorientiert neue, verbesserte Technologien erforscht werden.
Gleichzeitig soll eine Perspektive für eine nachgelagerte Realisierung der erforschten Komponenten und Technologien sichergestellt werden. Dafür sollen quantitative Ziele formuliert werden, anhand derer der Erfolg der Projekte als Meilensteine innerhalb einer Roadmap auf dem Weg zum Fusionskraftwerk beurteilt werden kann. Diese können als Basis für weiterführende (Förder-)Maßnahmen dienen.
Im Rahmen von Modul B soll zudem die Technologieentwicklung durch einen Ausbau von Test- und Messinfrastrukturen an Forschungseinrichtungen und Hochschulen zwecks eines weiteren Ausbaus des Fusionsökosystems in Deutschland unterstützt werden. Für diese Projekte können Einzelvorhaben an Hochschulen oder Forschungseinrichtungen sowie Forschungsverbünde zweckmäßig sein.
Um Synergien zwischen verschiedenen Technologierouten in einzelnen Forschungsschwerpunkten und Teiltechnologien bestmöglich zu nutzen und das Innovationsökosystem effektiver zu gestalten, soll die Organisation und Vernetzung mehrerer Akteure und/oder Projekte in sogenannte „Hubs“ mit bestimmten thematischen Schwerpunkten erfolgen, die insbesondere regionale Schwerpunkte abbilden können. Begleitende Arbeiten und (Teil-)Projekte zum Aufbau solcher Strukturen sollen ebenfalls im Rahmen dieser Maßnahme gefördert werden.
Der Bund gewährt die Zuwendungen nach Maßgabe dieser Förderrichtlinie, der §§ 23 und 44 der Bundeshaushaltsordnung (BHO) und den dazu erlassenen Verwaltungsvorschriften sowie der „Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Ausgabenbasis (AZA/AZAP/AZV)“ und/oder der „Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Kostenbasis von Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft (AZK)“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Ein Anspruch auf Gewährung der Zuwendung besteht nicht. Vielmehr entscheidet die Bewilligungsbehörde aufgrund ihres pflichtgemäßen Ermessens im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel.
Nach dieser Förderrichtlinie werden staatliche Beihilfen auf der Grundlage von Artikel 25 Absatz 1 und 2 Buchstaben a, b und c der Allgemeinen Gruppenfreistellungsverordnung (AGVO) der EU-Kommission gewährt.1 Die Förderung erfolgt unter Beachtung der in Kapitel I AGVO festgelegten Gemeinsamen Bestimmungen, insbesondere unter Berücksichtigung der in Artikel 2 der Verordnung aufgeführten Begriffsbestimmungen (vergleiche hierzu die Anlage zu beihilferechtlichen Vorgaben für die Förderrichtlinie).
1Verordnung (EU) Nummer 651/2014 der Kommission vom 17. Juni 2014 zur Feststellung der Vereinbarkeit be-stimmter Gruppen von Beihilfen mit dem Binnenmarkt in Anwendung der Artikel 107 und 108 des Vertrags über die Arbeitsweise der Europäischen Union (ABl. L 187 vom 26.6.2014, S. 1), in der Fassung der Verordnung (EU) 2017/1084 vom 14. Juni 2017 (ABl. L 156 vom 20.6.2017, S. 1), der Verordnung (EU) 2020/972 vom 2. Juli 2020 zur Änderung der Verordnung (EU) Nummer 1407/2013 hinsichtlich ihrer Verlängerung und zur Änderung der Verordnung (EU) Nummer 651/2014 hinsichtlich ihrer Verlängerung und relevanter Anpassungen (ABl. L 215 vom 7.7.2020, S. 3) und der Verordnung (EU) 2021/1237 vom 23. Juli 2021 zur Änderung der Verordnung (EU) Num-mer 651/2014 zur Feststellung der Vereinbarkeit bestimmter Gruppen von Beihilfen mit dem Binnenmarkt in An-wendung der Artikel 107 und 108 des Vertrags über die Arbeitsweise der Europäischen Union (ABl. L 270 vom 29.7.2021, S. 39) und der Verordnung (EU) 2023/1315 vom 23. Juni 2023 zur Änderung der Verordnung (EU) Nummer 651/2014 zur Feststellung der Vereinbarkeit bestimmter Gruppen von Beihilfen mit dem Binnenmarkt in Anwendung der Artikel 107 und 108 des Vertrags über die Arbeitsweise der Europäischen Union (ABl. L 167 vom 30.6. 2023, S.1).
