16.01.2023

Kernenergie geht in die nächste Runde

Von Thilo Spahl

Foto: Oregon State University via Flickr / CC BY-SA 2.0

Kleine, modulare Reaktoren läuten das weltweite Revival der Atomkraft ein.

Lange war die Entwicklung der Kernenergie in der Schwebe. Die technischen Optionen werden schon länger diskutiert und sind sehr gut erforscht. Es ist klar, dass die Schwächen der vorhandenen globalen KKW-Flotte überwunden werden können. Es ist klar, dass neue Reaktortypen den Brennstoff besser nutzen, Kernschmelzen physikalisch ausschließen und über lange Zeiträume strahlende Abfälle weitgehend vermeiden können. Aber es blieben als sehr effektive Hindernisse für einen neuen Anlauf der kommerziellen Anwendung die preiswerten fossilen Alternativen, die deutlich geringere Investitionen erfordern, und die politisch-ideologische Unsicherheit: Wer nicht weiß, ob ein für viele Milliarden gebauter Reaktor dann auch langfristig betrieben werden kann, hat es schwer, Investoren zu finden.

Nun haben sich die Rahmenbedingungen geändert. Dekarbonisierung ist auf internationalem Parkett King. Explodierende Preise bei Öl und Gas haben nicht nur uns Deutsche aufgeschreckt. (Und davon, dass die Zukunft Wind und Sonne gehört, wird wahrscheinlich nur noch in deutschen Amtstuben geträumt). Der Wind hat sich gedreht: Weltweit schießen KKW-Projekte wie Pilze aus dem Boden. Eine zentrale Rolle spiele dabei die kleinen modularen Reaktoren (Small modular reactors – SMR). Es sieht so aus, als werden sie es sein, die in den nächsten Jahren weltweit die Renaissance der Kernenergie befeuern werden.

Billiger, einfacher, sicherer.

Die modulare Bauweise von Kernreaktoren bedeutet, dass sie in großem Maßstab und standardisiert in einer Fabrik hergestellt und dann an jeden beliebigen Standort transportiert werden können, anstatt sie als einmalige, hochkomplizierte und oft extrem langwierige Projekte individuell vor Ort zu bauen, wie dies bisher bei Kernreaktoren der Fall war. Das generische Design, die geringere Komplexität und die Massenproduktion mit relativ kurzer Bauzeit bieten enorme Möglichkeiten, die Kosten erheblich zu senken, so dass die Kernenergie bei einer kürzeren Amortisationszeit wettbewerbsfähiger werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Möglichkeit, kleinere Reaktoren in verschiedenen Größen zu bauen, unterschiedliche Anwendungen, wie z. B. Kernreaktoren für die Industrie oder abgelegene Orte mit unterentwickelter Netzinfrastruktur. Eine Faustregel im Energiesektor besagt, dass kein einzelnes Kraftwerk mehr als ein Zehntel der Gesamtkapazität eines Netzes liefern sollte, da ein übermäßiges Vertrauen auf dieses Kraftwerk bei einem Ausfall zu weitreichenden Stromausfällen führen könnte. Das bedeutet, dass konventionelle Reaktoren mit hoher Leistung nicht für Regionen mit begrenzter Netzkapazität geeignet sind – aber SMR sind mit ihrer geringeren elektrischen Leistung eine hervorragende Alternative. Das macht SMRs nicht nur für die Erzeugung sauberer Energie wertvoll, sondern auch, um in vielen Regionen der Welt Lücken in der Energieinfrastruktur zu schließen.

„Der Wind hat sich gedreht: Weltweit schießen KKW-Projekte wie Pilze aus dem Boden.“

SMRs gelten als außerordentlich sicher. Ihre Konstruktion ist einfacher, und aufgrund der geringeren Leistung und des niedrigeren Betriebsdrucks ist kein menschliches Eingreifen erforderlich, um die Systeme in Notfällen abzuschalten. Neben der Produktion von Strom eignen sie sich auch sehr gut zur Bereitstellung von Prozesswärme für industrielle Zwecke oder auch zur Wasserentsalzung. SMRs sind dafür noch besser geeignet als konventionelle KKWs, da sie kleiner sind und besser an Industriestandorten integriert werden können, und weil sie (zumindest einige Typen) sehr viel höhere Temperaturen erreichen, die für viele industrielle Anwendungen wie der Stahlherstellung benötigt werden.

Mit mehr als 80 SMR-Konzepten, die in 19 Ländern entwickelt werden, und den ersten SMR-Blöcken, die in China und Russland bereits in Betrieb sind, wird erwartet, dass SMR einschließlich Mikroreaktoren (MR) eine immer wichtigere Rolle bei der Gewährleistung der Energieversorgungssicherheit spielen und den Übergang zu Netto-Null-Emissionen unterstützen werden. In den nächsten zehn Jahren dürfte sich hier weltweit eine erhebliche Dynamik entwickeln.

Was passiert wo?

Als erster SMR wurde das schwimmende Kraftwerk Akademik Lomonosov 2019 in Pewek an der Ostsibirischen See ans Netz angeschlossen und nahm im Mai 2020 den kommerziellen Betrieb auf. Die FPU mit zwei KLT-40S-Reaktoren hat eine installierte Leistung von 70 MW(e). Seit dem Transport zum Standort und dem Anschluss an das Stromnetz wird sie nur noch für die Strom- und Wärmeversorgung der örtlichen Gemeinden genutzt. Der Entwickler zieht auch eine modifizierte Version für den Export in Erwägung.

Der andere derzeit in Betrieb befindliche SMR ist der HTR-PM in der Provinz Shandong, China. Bei dem HTR-PM handelt es sich um eine industrielle Demonstrationsanlage eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors (HTGR) mit zwei Blöcken, die im Dezember 2021 ans Netz ging. Sie hat eine installierte Gesamtleistung von 210 MW(e). Ziel dieser HTGR-Demonstrationsanlage ist es, Betriebserfahrungen mit neuen und wichtigen Komponenten wie Heliumzirkulatoren und Dampferzeugern sowie mit den Herstellungs- und Qualitätssicherungspraktiken für diese Komponenten zu testen und zu sammeln. China verfügt über die geistigen Eigentumsrechte an den wichtigsten HTGR-Technologien. Etwa 93 Prozent aller Komponenten wurden in China gefertigt. Andere nationale und internationale Projekte, die auf diesem Konzept basieren, oder mit skalierten Versionen, wie z. B. einer Anlage mit sechs Einheiten, sind in Vorbereitung.

Der CAREM-Reaktor (Central Argentina de Elementos Modulares) ist ein Prototyp eines kleinen, integrierten Druckwasserreaktors, der sich derzeit in Argentinien in der Nähe von Buenos Aires in einem fortgeschrittenen Stadium der Konstruktion befindet. Er wird eine Kapazität von 27 MW(e) haben. Für die Zukunft ist eine größere Version mit einer Leistung zwischen 150 und 300 MW(e) geplant. Alle Komponenten des primären Kühlsystems wurden in den Reaktorbehälter integriert. Nach Angaben des Entwicklers ist das Zieldatum für die Inbetriebnahme und die erste Brennstoffladung in der zweiten Hälfte des Jahres 2023.

Ein weiterer im Bau befindlicher SMR ist Chinas ACP100, oder Linglong One, in Changjiang. Der ACP100 ist ein Mehrzweck-Druckwasserreaktor (DWR) mit 125 MW(e), dessen Bau im Juli 2021 begann.

Die folgende Liste über weitere Aktivitäten weltweit basiert auf dem Report „Small Modular Reactors: A new nuclear energy paradigm" der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) sowie einzelnen Meldungen und erhebt keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit:

• Argentinien: Technologieentwickler von CAREM; Regulierungsbehörde arbeitet aktiv an SMR-Lizenzen; CAREM in der Endphase des Baus für den Betrieb im Jahr 2023.
• Brasilien: 2021 wurde eine praktische Vereinbarung zwischen der IAEO und der brasilianischen Kernenergiebehörde ABDAN über die Zusammenarbeit im Bereich der Kernkrafttechnologie und -anwendungen, einschließlich SMR, unterzeichnet.
• Bulgarien: 2021 unterzeichnete das Unternehmen KNPP-NB eine Absichtserklärung mit NuScale Power Inc. (USA), um den möglichen Einsatz eines SMR am Standort Kozloduy zu erörtern.
• Jordanien arbeitet gemeinsam mit der SMR-Plattform an der Konsolidierung der wirtschaftlichen Argumente für den Einsatz von SMR zur Wasserentsalzung.
• China: Technologieentwickler für mehrere SMR-Konzepte; Regulierungsbehörde für SMR-Lizenzen tätig.
• Dänemark. Die Firma Seaborg entwickelt einen Salzschmelzreaktor, der in Kooperation mit Samsung als Reaktorschiff eingesetzt werden soll. Die Firma Copenhagen Atomics entwickelt eine Thorium-Salzschmelzreaktor.
• Kanada: Umsetzung der kanadischen Roadmap für SMR; die Regulierungsbehörde prüft aktiv SMR-Konzepte; Versorgungsunternehmen, darunter OPG und Bruce Power, arbeiten gemeinsam an SMRs für den kurzfristigen Einsatz. OPG hat einen Standort für den Bau ausgewählt. Aktive Unternehmen sind u.a. Terrestrial Energy, ARC Nuclear und die aus Deutschland stammende Firma Dual Fluid.
• Finnland: Das staatliche Forschungszentrum VTT ist in der Forschung und Entwicklung für SMR aktiv, das Land konzentriert sich auch auf die nukleare Fernwärmeversorgung mit SMR. (Sogar der finnische Zweig von Greenpeace, der international mit seiner Anti-Atomkraft-Haltung Erfolg hatte, ist jetzt offen für kleine modulare Reaktoren). Die US-Firma Ultra Safe Nuclear Corporation hat eine Absichtserklärung mit der Technischen Universität Lappeenranta in Finnland unterzeichnet, um den Einsatz eines mikro-modularen Reaktors (MMR) in Lappeenranta zu prüfen.
• Frankreich: Technologieentwicklung für NUWARD; Aufsichtsbehörde für die Erteilung von SMR-Lizenzen.
• Indien: Technologieentwickler für mehrere SMR; Aufsichtsbehörde für SMR-Lizenzen.
• Indonesien: Technologieentwickler für mehrere SMR; Aufsichtsbehörde für SMR-Lizenzen. Der in Frankreich ansässige Prüf-, Inspektions- und Zertifizierungsdienstleister Bureau Veritas hat mit ThorCon eine Vereinbarung über die technologische Qualifizierung und anschließende Entwicklung eines schwimmenden ThorCon-Salzschmelzenreaktors mit einer Leistung von 2 mal 250 MWe geschlossen, der in Indonesien eingesetzt werden soll.
• Iran: Interesse an der Einführung von SMR, Zusammenarbeit sowohl mit China als auch mit Russland.
• Japan: Entwicklung von Design und Technologie von SMR des Typs SWR und HTGR; Betrieb eines Hochtemperatur-Testreaktors bei der japanischen Atomenergiebehörde.
• Korea: Nationales Labor und nationale Universitäten unterstützen aktiv die internationale Entwicklung der SMR-Technologie. Der südkoreanische Schiffbauer Samsung Heavy Industries (SHI) hat das Konzept für die CMSR Power Barge – ein schwimmendes Kernkraftwerk auf der Basis von kompakten Salzschmelzenreaktoren – fertiggestellt und die Basiszertifizierung des Entwurfs durch das American Bureau of Shipping (ABS) erhalten (Dezember 2022). Im Dezember 2020 teilte ABS mit, dass es eine neue Technologiequalifizierung eines vom dänischen Unternehmen Seaborg Technologies entwickelten kompakten Salzschmelzreaktors (CMSR) abgeschlossen habe. Im April letzten Jahres unterzeichneten SHI und Seaborg eine Absichtserklärung über die Herstellung und den Verkauf schlüsselfertiger Kraftwerke, die das Schiffbau-Know-how von SHI und das CMSR von Seaborg kombinieren. Die Vereinbarung umfasst auch die Entwicklung von Wasserstoff- und Ammoniakanlagen.
• Pakistan: Expandierendes Land mit Interesse an SMR, erfahren im Bau und Betrieb mittelgroßer Reaktoren; interessiert an Indigenisierung und Entwicklung der Lieferkette für SMR, in Zusammenarbeit mit China.
• Polen: Polen baut nicht nur mit amerikanischen udn koreanischen Partnern eine Reihe konventioneller KKW, der polnische Anbieter von erneuerbaren Energien Respect Energy hat kürzlich mit EDF eine Vereinbarung über die Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Kernkraftprojekten in Polen auf der Grundlage der französischen Nuward-Technologie für kleine modulare Reaktoren unterzeichnet.
• Rumänien: Nuclearelectrica und NuScale Power Inc. (USA) planen, bis 2028 eine SMR-Anlage in Rumänien zu bauen. Die Ankündigung erfolgte während eines Treffens zwischen dem Sondergesandten des US-Präsidenten für Klimafragen und dem rumänischen Präsidenten am Rande der COP26-Klimakonferenz in Glasgow.
• Russland: Technologieentwickler mehrerer Kernreaktoren, darunter das schwimmende KKW Akademik Lomonosov; Regulierungsbehörde, die sich mit der Erteilung von Genehmigungen für Kernreaktoren befasst, plant den Baubeginn von RITM-200N im Jahr 2024 in der Region Jakutien für den geplanten Betrieb im Jahr 2028.
• Südafrika: Regulierungsbehörde, die im Forum der SMR-Regulierungsbehörden der IAEO aktiv ist; das Land hat Erfahrung mit HTGR.
• Schweden: Vattenfall führt eine Pilotstudie über die Machbarkeit des Einsatzes von mindestens zwei SMR-Blöcken am Standort des KKW Ringhals durch. Der finnische Energieversorger Fortum und das schwedische Unternehmen Kärnfull Next AB, das Projekte für kleine modulare Reaktoren (SMR) entwickelt, haben eine Absichtserklärung unterzeichnet, um gemeinsam Möglichkeiten für die Entwicklung von SMR in Schweden zu erkunden.
• Tschechische Republik: Durchführung von Technologieentwicklungen für zwei SMR-Konzepte und -Technologien, einschließlich eines Mikroreaktors.
• Ukraine: Das Land hat eine Absichtserklärung mit Entwicklern der SMR-Technologie für den potenziellen Einsatz von SMR geschlossen. Die Ukraine und die USA haben ein Projekt zur Demonstration der Produktion von Wasserstoff und Ammoniak mit Hilfe eines kleinen modularen Reaktors (SMR) und innovativer Elektrolysetechnologien in der Ukraine angekündigt. An dem öffentlich-privaten Konsortium sind auch japanische und südkoreanische Unternehmen beteiligt. „Selbst während des Krieges hören wir nicht auf, die neue Energiezukunft der Ukraine zu entwerfen", sagte der ukrainische Energieminister Herman Galuschtschenko in einer Erklärung auf der Klimakonferenz COP27 im November. „Kohlenstofffreie Energie ist einer der Schwerpunkte der technologischen Entwicklung in der Welt. Natürlich wird sich die Ukraine mit ihrer Erfahrung und ihrem Potenzial im Bereich der Atomenergie auch aktiv an der Umsetzung der weltweiten Agenda beteiligen."
• Vereinigtes Königreich: Technologieentwickler; Regulierungsbehörde, die sich mit SMR und fortgeschrittenen modularen Reaktoren befasst. Der Rolls-Royce SMR ist ein 470-MWe-Konzept auf der Grundlage eines kleinen Druckwasserreaktors. Er soll mindestens 60 Jahre lang eine konstante Grundlasterzeugung liefern.
• Vereinigte Staaten von Amerika: Technologieentwickler mehrerer SMR, einschließlich Mikroreaktoren; Regulierungsbehörde im Bereich SMR aktiv; NuScale Inc. erhielt 2020 die Baugenehmigung; das NuScale Power Module in Idaho Falls, Idaho, soll 2029 mit der Stromerzeugung beginnen. NuScale hat 19 Vereinbarungen zum Bau von Reaktoren in 12 Ländern. Der Chemiekonzern DOW will zusammen mit dem Reaktorentwickler X-energy an einem seiner Standorte an der Golfküste fortschrittliche Kernreaktoren installieren, um kohlenstoffarmen Strom und Prozesswärme für die Chemieproduktion bereitzustellen. X-energy wird zudem mit Förderung des Energieministeriums ein kommerzielles Kraftwerk mit vier Blöcken (wahrscheinlich im Bundesstaat Washington) bauen, das auf dem Reaktordesign des Xe-100 basiert, einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor (HTGR) mit Kugelhaufenbett (80 MW/200 MW).

„Praktisch alle Länder, die bisher schon Erfahrungen im Bereich der Kerntechnik haben, engagieren sich bei der Entwicklung und Implementierung der nächsten Generation nuklearer Energieversorgung.“

Wir sehen: Praktisch alle Länder, die bisher schon Erfahrungen im Bereich der Kerntechnik haben, engagieren sich bei der Entwicklung und Implementierung der nächsten Generation nuklearer Energieversorgung. Allein Deutschland, das lange Jahre führend bei Kernkraftwerken war, strebt weiter danach, das Erbe von Frau Merkel zu pflegen und ein weißer Fleck auf der Landkarte zu werden, wenn es darum geht, die Energieversorgung der Zukunft zu entwickeln.

Können – und vor allem: sollten – wir uns das auf Dauer leisten?

Rumina Velshi, Präsidentin der Canadian Nuclear Safety Commission, sagt: „Wenn die Kernenergie eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels und der Energiesicherheit spielen soll, müssen die Länder auf der ganzen Welt ihr modulares Potenzial ausschöpfen. Kernreaktoren müssen schneller und kostengünstiger in Betrieb genommen werden und viel weiter verbreitet sein als die Reaktoren der Vergangenheit. Der Nuklearsektor wird eine deutliche Verlagerung von traditionellen Großprojekten hin zu einem rationalisierten, produktbasierten Modell benötigen. Für uns als Aufsichtsbehörde wird die Sicherheit immer an erster Stelle stehen – hier gibt es keine Veränderung. Aber wir haben auch immer wieder deutlich gemacht, dass wir keine unnötige Belastung oder ein Hindernis für innovative Technologien – wie z.B. SMR – sein wollen. Und ich bin der festen Überzeugung, dass dies auch bedeutet, dass wir unseren Teil dazu beitragen müssen, die Voraussetzungen für ein sicheres und effizientes produktbasiertes Modell für den Einsatz von Kernkraftwerken zu schaffen. Dies wird nicht einfach sein, es wird Zeit brauchen, und es wird eine Umgestaltung der bestehenden internationalen Governance der Nuklearindustrie erfordern, und – offen gesagt – die Bereitschaft, mutig zu sein.“