Kernkraft 27.06.2022, 07:00 Uhr

Mit Mikroreaktoren gegen den Klimawandel und die Energiekrise?

Die US-Regierung arbeitet an einem Projekt, um kleine Kernreaktoren fast wie Batterien einzusetzen. Ab 2023 sollen die Mikroreaktoren in großer Stückzahl hergestellt werden. Lösen sie wirklich bekannte Probleme der Kernenergie?

Kernkraftwerk

Große Kernkraftwerke (Foto) gehören der Vergangenheit an. US-Ingenieurinnen und -Ingenieure arbeiten an Mikroreaktoren.

Foto: panthermedia.net/wlad74

In Deutschland werden nur noch drei Atomkraftwerke kommerziell zur Stromerzeugung genutzt. Bis Ende des Jahres sollen auch sie vom Netz gehen. Seit Beginn des Krieges von Russland gegen die Ukraine und den damit verbundenen Lieferengpässen beim Erdgas wird Kritik am Atomausstieg laut. Beispielsweise fordert der CDU-Chef Friedrich Merz eine Verlängerung der Laufzeiten.

Die US-amerikanische Regierung hat einen anderen Weg eingeschlagen – in erster Linie als Strategie zur Verringerung der Kohlendioxid-Emission, aber auch, um weniger von fossilen Brennstoffen abhängig zu sein. Mit Hochdruck arbeitet das Idaho National Lab am sogenannten MARVEL-Reaktor. Das Akronym steht für „Microreactor Applications Research Validation and Evaluation“. Ab Ende 2023 sollen die Mini-Reaktoren erhältlich sein.

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Nachteile von Kernreaktoren zur Energieerzeugung

Mit ihrem Projekt wollen die US-Ingenieurinnen und -Ingenieure bekannte Probleme lösen: Kernreaktoren haben den schlechten Ruf, riesige Bauprojekte zu sein, bei denen die geplanten Kosten häufig überschritten werden. Läuft die Anlage endlich, sind für ihre Überwachung und Wartung Dutzende von Fachleuten erforderlich. In MARVEL sehen die Entwickler eher eine nukleare Batterie als ein Kernkraftwerk im klassischen Sinne – auch hinsichtlich der Kosten.

Das Idaho National Lab begann im Juni 2020 mit der Entwicklung und Modellierung des MARVEL-Reaktors. Nach seiner Fertigstellung soll der Mikroreaktor „der erste seiner Art sein, der demonstrieren kann, wie sich ein Nuklearsystem so miniaturisieren lässt, dass es sich leicht transportieren lässt und gleichzeitig Wärme und Strom an den Endkunden liefern kann“, heißt es von den Entwicklern.

Ein einziger Mikroreaktor versorgt perspektivisch 1.000 bis 10.000 Personen mit Strom – oder ein entlegenes Krankenhaus beziehungsweise einen Militärstützpunkt ohne Infrastruktur. Damit könnte ein zentrales Defizit der Versorgung behoben werden. In den meisten Ländern wird Strom an einem zentralen Ort erzeugt und zum Verbraucher oder der Verbraucherin transportiert. Ohne entsprechende Infrastruktur ist dies nicht möglich. Oft bleiben nur Dieselgeneratoren als Option. Mikroreaktoren wären damit Teil einer Zukunftsvision für das Stromnetz, das weniger zentralisiert und widerstandsfähiger gegen Naturkatastrophen ist.

Sie könnten auch ein wichtiger Bestandteil eines künftigen sauberen Energienetzes sein, das erneuerbare Sonnen- und Windenergie sowie Batteriespeicher umfasst. Als Energiequelle der Grundlast liefern sie auch Energie, wenn der Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint.

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Ein Blick auf die Technik des Mikroreaktors

Kleine, modulare Kernreaktoren seien um Größenordnungen einfacher zu konstruieren und zu bauen als herkömmliche Leichtwasserreaktoren, schreiben die Entwickler. Sie gehen davon aus, dass die gesamte Fertigung in einem einzigen Werk möglich sein sollte, mit einer Kapazität von mehreren hundert Reaktoren pro Jahr. Von der Fabrik aus kann ein Mikroreaktor zum Kunden transportiert, gefüllt und gestartet werden.

Zum Einsatz kommt ein spezieller Kernbrennstoff, der auf knapp unter 20% angereichert ist, nämlich HALEU (High-Assay Low-enriched Uranium). Dadurch lässt sich der Reaktor recht kompakt bauen. Die geringe Größe und die standardisierte Fertigung in der Fabrik führen zu niedrigeren Preisen, verglichen mit konventionellen Leichtwasserreaktoren.

Mikroreaktoren erfordern auch weniger Personal und weniger Wartungsarbeiten. So muss der Brennstoff nur alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden, im Gegensatz zu weniger als zwei Jahren bei einem Leichtwasserreaktor. Außerdem wurde der Mikroreaktor so konzipiert, dass viele seiner Systeme, etwa die Kühlmittelkreisläufe, passiv und damit wartungsarm sind. Und die Seiten des Reaktors bestehen aus Borkarbid. Bor ist ein bekannter Neutronenabsorber, was für zusätzliche Sicherheit sorgt.

Mikroreaktoren: Ein neues Konzept – aber nicht die Lösung aller Probleme

Steve Nesbit, Präsident des Branchenverbands American Nuclear Society, befürwortet das Konzept von Mikroreaktoren zwar generell. Er warnt jedoch, die neue Technologie sei kein Allheilmittel gegen den Klimawandel. Herkömmliche Leichtwasserreaktoren würden mehrere hundert Megawatt Energie erzeugen, bei einem Mikroreaktor seien es nur einem und fünf Megawatt.

Offen sind derzeit noch Fragen zum Rückbau, sprich zur Dekontamination und zur Entsorgung. Hinzu kommen Fragen zur Wiederaufbereitung beziehungsweise zur Endlagerung der Brennelemente.

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Von Michael van den Heuvel

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