Günter Keil, Gastautor / 01.10.2011 / 08:58 / 0 / Seite ausdrucken

Auch das noch: Die Mini-Kernreaktoren kommen, Teil 1

Von Günter Keil

Die vergangenen zwei Jahre hat Frau Merkels Regierung die Kernkraft als “Brückentechnologie” bezeichnet, die man nur noch für eine gewisse Übergangszeit brauchen würde.  Es ist anzunehmen, dass sie diese Bewertung nicht im benachbarten Ausland verkündet hat, das schließlich seit dem Jahre 2000 damit beschäftigt ist, im Rahmen des Generation IV International Forum, dem 12 Länder und die EURATOM angehören,  gemeinsam 7 verschiedene Technologielinien der übernächsten Reaktorgeneration zu entwickeln. Sie hätte sich lächerlich gemacht. Deutschland, das einst führend in der friedlichen Nutzung der Kernkraft war, steht heute abseits - hoffnungslos abgehängt selbst von Staaten wie Südkorea, China und Indien.
Daß eine Regierung eine weltweit voran getriebene Hochtechnologie, von der sie selbst offensichtlich nichts mehr versteht, als eine demnächst überholte Energietechnik bezeichnet, ist im Grunde mehr traurig als komisch.
Merkels Regierung hat vor wenigen Monaten die Nutzungsdauer dieser Brückentechnologie deutlich verlängert - und sie dann nach dem Unglück von Fukushima als einziges Land der Welt fallen gelassen, ohne plausible Gründe dafür anzuführen. Die Reaktorsicherheitskommission gab ihr jedenfalls keinen einzigen, auf die Sicherheitsfrage bezogenen Grund. Das ersetzte dann die mit Kirchenvertretern und weiteren Fachfremden besetzte Ethikkommission.

Im Zusammenhang mit dem beschleunigten Ende der Brückentechnologie Kernkraft in Deutschland opferte auch der Vorsitzende der Industriegewerkschaft Bergbau, Energie, Chemie Michael Vassiliadis kurzerhand alle Gewerkschaftsmitglieder und Mitarbeiter der deutschen Kernkraftwerke auf Merkels Altar der Energiewende mit einer klaren Zustimmung zur Beendigung der Kernkraftnutzung. Zugleich leistete er einen weiteren Beitrag zur urdeutschen Debatte mit Leerbegriffen und ersetzte die nun demontierte Nuklearbrücke durch eine neue bzw. recht alte Brücke: Stromerzeugung mit Kohle. Er nannte das tatsächlich auch wieder “Brückentechnologie” - also eine Brücke als Ersatz für eine Brücke.

Ein Blick über den Zaun ergibt ein gänzlich anderes Bild: Niemals hat die technologische Weiterentwicklung der Nukleartechnik in den Ländern Russland, Frankreich, USA, China, Indien, Südkorea und Kanada seit der Inangriffnahme dieser Entwicklungen stillgestanden. Selbst die südafrikanische Republik und Argentinien haben eigene Entwicklungen vorangetrieben. Mehrere Länder führen deutsche Entwicklungen fort, so insbesondere die des Hochtemperatur-Kugelhaufenreaktors, des ersten “inhärent sicheren” - also auf Grund seiner Physik zu keiner Kernschmelze fähigen - Reaktors, der jetzt ein Kernstück der 4. Generation darstellt.
Während zur Zeit mehrere Länder fortschrittliche Kernreaktoren der 3. Generation anbieten, die im Vergleich zu unseren KKW der 2. Generation einen nochmals erhöhten Sicherheitsstandard bieten - europäische Beispiele sind das KKW Olkiluoto in Finnland und Flamanville in Frankreich - rechnet die Arbeitsgemeinschaft mit einer Inbetriebnahme der ersten Reaktoren der 4. Generation ab 2025-2030.

Das Ende dieser Brücke ist jetzt nicht mehr zu erkennen; es liegt vermutlich im Jahre 2100 - oder auch noch 100 Jahre danach.

Die sogenannte nukleare Renaissance ist jedenfalls bereits seit geraumer Zeit im Gange. Heute haben 42 Nationen Baupläne für die Errichtung von Kernkraftwerken (KKW) – davon 19 erstmalig - und weitere 7 haben ihr Interesse daran bekundet.
Aktive Bauprojekte sind (Stand 31.12.2010; Anzahl der Reaktorblöcke in Klammern):
Argentinien (1), Brasilien (1), Bulgarien (2; das Projekt Belene mit 2 Blöcken ist offiziell nicht endgültig eingestellt; es gibt Verhandlungen), China (27), Finnland (1), Frankreich (1), Indien (5), Iran (1), Japan (2), Südkorea (5), Pakistan (1), Russland (10), Slowakische Republik (2), Taiwan (2), USA (1).
In fortgeschrittenem Planungsstadium befinden sich ferner in 20 Ländern 102 Kernkraftwerks-Blöcke. 

Diese Kernkraftwerke gehören zum Teil noch zur 2. Generation der Leichtwasserreaktoren (LWR), teilweise aber auch schon zur 3. Generation, wie z.B. die französischen Typen EPR und Kerena; der französisch-japanische Atmea1; die russischen WWER-1200 und AES-92; die US-japanischen APWR, ESBWR und ABWR; die US-Typen AP600 („Advanced Passive“) und AP1000; der koreanische APR-1400; der auf kanadischer Entwicklung basierende indische AHWR (Advanced Heavy Water Reactor); die kanadischen EC6 und ACR (Advanced Candu Reactor) und sogar der chinesische Hochtemperaturreaktor INET, den man bereits zur 4. Generation zählen muß.
Diese vierte Generation wird vollkommen neue Maßstäbe in Bezug auf inhärente Sicherheit, vielfältige Anwendungsmöglichkeiten wie die chemothermische Wasserstofferzeugung, Verringerung der langlebigen nuklearen Abfälle durch Verbrennung in schnellen Reaktoren und damit auch sehr große Sicherheit in Bezug auf die Weiterverbreitung von spaltbarem Material setzen.

Die Renaissance der großen Kernkraftwerke ist jedoch nur ein Aspekt einer potenziell noch viel größeren Entwicklung: Was jetzt zusätzlich mit Macht in den Markt dringt, ist eine ganz neue Klasse von Kernreaktoren, die bislang nur ein unbeachtetes Schattendasein führten - vom Militär in den USA und Russland einmal abgesehen - : 

Die Kleinreaktoren

Während die bisherigen KKW der 2. Und 3. Generation eine elektrische Leistung von typischerweise mindestens 600 MWel (MW = Megawatt = 1000 kW) aufwiesen, die oft bis 1.600 MWel pro Reaktorblock reichte, arbeiten die Minireaktoren im Leistungsbereich zwischen 1 und 100 MWel, aber ihr vorgesehener Einsatzbereich übertrifft den der klassischen nuklearen Großkraftwerke bei weitem:
Weil die üblichen großen KKW weitab von den Städten erbaut wurden, konnte ihre Abwärme, die zur Zeit bei 70% der aus dem Kernbrennstoff gewonnenen Energie liegt, nur in die Umwelt abgegeben werden. Für Kohlekraftwerke gilt meistens das Gleiche.
Eine Ausnahme bildete das mit russischen Reaktoren ausgerüstete KKW Lubmin, dessen Abwärme über Fernheizleitungen ins nahe Greifswald geleitet wurde. Dieses Kraftwerk wurde nach der “Wende” stillgelegt und wird demontiert.

Die neue Klasse der Minireaktoren zielt nun genau auf dieses Anwendungsfeld: Sie sind sämtlich für einen Einsatz in Stadtnähe ausgelegt; in der Regel unterirdisch gebaut, durch passive (nicht durch Pumpen angetriebene) Kühlsysteme gegen den Ausfall von Pumpen geschützt und zudem oftmals inhärent sicher, vielfach für Jahrzehnte mit Brennstoff ausgestattet und während ihres Betriebes vollkommen wartungsfrei. Ihre Hersteller sprechen daher von einer Betriebsweise wie bei einer wartungsfreien Batterie und die Betreibergesellschaft muß kein einheimisches Fachpersonal bereitstellen. Anschließen und vergessen ist das Motto.
Die Minireaktoren sollen also in erster Linie sowohl Strom als auch Heizwärme für nahe Kommunen liefern. Kleinreaktoren mit höherer Betriebstemperatur wie einige Salzschmelze-gekühlte sowie Flüssigmetall-gekühlte schnelle Reaktoren (die beide mit schnellen Neutronen arbeiten – im Gegensatz zu den Leichtwasserreaktoren, die langsame, thermische Neutronen nutzen) sollen auch der thermochemischen Wasserstofferzeugung dienen. Schnelle Reaktoren haben auch den Vorteil, dass sie nicht nur das Natururan U-238 vollständig - und nicht nur zu 2,2% wie die Leichtwasserreaktoren - ausnutzen; sie verbrennen bzw. spalten zudem auch die entstandenen langlebigen Aktiniden (insbesondere das Plutonium- 239 mit 24.000 Jahren Halbwertszeit) vollständig und hinterlassen nur relativ kurzlebige Isotope, die nach ca. 300 - 400 Jahren komplett zerfallen sind. Daher können sie mit aufbereiteten Nuklearabfällen aus den üblichen Leichtwasser-Reaktoren als Brennstoff gefüttert werden und ihn gleichzeitig von den darin enthaltenen langlebigen Transuranen befreien.

Mit Kleinanlagen sollen sowohl Versorgungslücken geschlossen als auch neue Anwendungen erschlossen werden. Ihre durchweg hohe Sicherheit, durch die ihre Akzeptanz bei der Bevölkerung erhöht werden kann, und ihre sehr oft unterirdische Bauweise prädestiniert diese Systeme als stadtnahe Energielieferanten.
Weiterhin ist die Meerwasserentsalzung bei mehreren Kleinsystemen ein vorgesehener Anwendungszweck.
Die Stromversorgung in Ländern mit wenig Infrastruktur und geringerer Bevölkerungsdichte könnte mit derartigen Kleinsystemen bezahlbar werden. Die günstigen Kosten können durch die Komplett-Vorfertigung in der Fabrik mit ihren Preis- und Qualitätsvorteilen erzielt werden. Die Modularität erhöht die gesamte Anlagenverfügbarkeit und zugleich die Sicherheit.

Nukleare Kleintechnik bietet daher vor allem einen Weg für Entwicklungsländer, um eine Nuklearindustrie zu einem Bruchteil der Kosten und Risiken aufzubauen, die üblicherweise mit großen konventionellen Kernkraftwerken in Verbindung gebracht werden; auch werden kaum Spezialisten für den Betrieb benötigt. Kleine Nuklearanlagen können somit die Energielösung für die Grundlastversorgung für viele Entwicklungsländer darstellen, die ansonsten auf fossile Brennstoffe angewiesen wären. Genau dies wird von den verschiedenen Herstellern als ihre wichtigste Vermarktungsstrategie genannt.
Für alle Länder wiederum, die in gemäßigten oder kälteren Zonen liegen, kann diese Technik Gas und Heizöl zur Hausheizung; aber auch die teuren Großkraftwerke ersetzen.

Diese Entwicklung bedeutet eine Ausweitung der Kernenergie-Anwendung in mehrere neue und bedeutende Energiemärkte, die kaum unterschätzt werden kann.

Die Kleinreaktoren gibt es schon seit geraumer Zeit:
In der Kerntechnik wußte man schon von Anbeginn an, daß der Bau von kleinen Reaktoren nicht nur ohne weiteres möglich, sondern auch viel einfacher und unkritischer ist. Forschungsreaktoren und Reaktoren für die Herstellung von medizinisch nutzbaren Isotopen gibt es schon lange. Einige Kleinreaktoren wurden auch in beachtlicher Stückzahl gebaut, allerdings überwiegend als Antriebs-Energiequelle in Atom-U-Booten und einige in Handelsschiffen und Eisbrechern. Weitere dienten als Energiequellen für entlegene Standorte im hohen Norden.

Die UdSSR baute etwa 20 Typen mit unterschiedlichen Reaktortechniken; eine davon - der Gamma - arbeitet noch heute im Kurtschatow-Institut. Eine Organisation in Weißrußland, das Sosny-Institut, entwickelte und baute ab 1976 zwei auf Lastwagen montierte, luftgekühlte kleine Hochtemperaturreaktoren Pamir-630D, die 300-600 kWel leisteten. Diese Entwicklung, die 1986 endete,  wird jetzt vom N.A.Dolezal F&E-Institut NIKIET weitergeführt - s.u. (der MTSPNR).
Seit 1976 arbeiten in einer abgelegenen Region Sibiriens 4 kleine Einheiten eines Grafit-moderierten Siedewasser-Reaktors, die mit einer Leistung von 62 MWth (thermisch)  und 11 MWel (elektrisch) Strom und Heizwärme liefern.

Die USA betrieben zwischen 1962 und 1972 kleine Leichtwasser-Reaktoren des Typs PM-3A (11 MWth und 1,5 MWel ) im McMurdo-Sund in der Antarktis. Mehrere erfolgreiche kleine Reaktoren entstanden nach 1950 in einem nationalen Programm, so der Big Rock Point BWR (Siedewasserreaktor) mit 67 MWel , der 35 Jahre bis 1997 lief.

Auch auf Schiffen und U-Booten gibt es schon lange kleine Kernreaktoren:
Der russische KLT-40S von OKBM Afrikantow ist ein in Eisbrechern bewährter Reaktor.
Bereits seit 40 Jahren verwendete die UdSSR Flüssigmetall-gekühlte (Blei-Wismut-Legierung) schnelle Reaktoren in ihren U-Booten. In 8 U-Booten der Alfa-Klasse arbeiteten kompakte SVBR-Reaktoren mit 155 MWth ; 70 Reaktor-Jahre wurden an Betriebserfahrungen damit erreicht. Auch zu dieser äußerst vielversprechenden Technik, die bei der 4. Generation eine große Rolle spielt, gibt es jetzt neue Entwicklungen von Kleinreaktoren - z.B. den SVBR-10 und den SVBR-100 (s.u.).

Es fällt auf, dass sich heute mehrere der Entwicklungslinien, die von der Arbeitsgemeinschaft der 4. Generation bearbeitet werden, im Minireaktor-Zoo wieder finden - und teilweise bereits seit langem eingesetzt werden: Zum Beispiel schnelle Reaktoren und Hochtemperaturreaktoren. Bei den schnellen Reaktoren ist der Grund offensichtlich: Sie nutzen das Natururan U-238 etwa 60-fach besser aus als die LWR und damit erhält man mit nur einer Brennstoffbeladung enorm lange Betriebszeiten. Außerdem verbrennen schnelle Reaktoren alle entstehenden langlebigen Transurane (z.B. Plutonium) restlos und hinterlassen nur kurzlebige Spaltprodukte im Abfall. Und man kann alle diese Kompaktkraftwerke inhärent sicher bauen.
Es ist deshalb zu erwarten, daß man die Reaktoren der 4. Generation wohl zuerst in den kleinen Heizkraftwerken im Einsatz sehen wird.

Der folgende Auszug aus den laufenden Entwicklungen der Kleinreaktoren gibt einerseits einen Eindruck von der erstaunlichen technologischen Bandbreite, mit der gearbeitet wird, andererseits aber auch von der Breite der angestrebten Anwendungen sowie von dem bislang unerreichbar hohen Sicherheitsniveau, das hier zum Standard wird - und das bei kleinen Reaktoren auch aus physikalischen Gründen viel leichter als bei Großkraftwerken zu realisieren ist.

Dr. Ing. Günter Keil arbeitete bis zu seiner Pensionierung 2002 in leitender Funktion im Bundesforschungsministerium

Fortsetzung folgt

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