Neue Reaktortechniken
Hier im Forum schön öfter angesprochen, (auch
Forum
möchte ich eine kleine Übersicht geben.
Einleitung
Während das grüne Spektrum in Deutschland einst verbissen den Transrapid bekämpfte, Claudia Roth bezeichnete den Transrapid als „ein völlig überflüssiges, finanziell ungedecktes Prestigeobjekt“ [1] und nun den inländischen Flugverkehr verbieten wollen.
Baerbock will Kurzstreckenflüge abschaffen
. Nur mal so: 2015 flogen 20 Mio. Passagiere innerdeutsch. Es wird der Wunsch nach Mobilität bekämpft und lieber ein Tempolimit auf der Autobahn eingerichtet. In China fährt der Transrapid seit 2002 im Regelbetrieb. Demnächst mit 600 km/h [2], in Deutschland ist man dann wieder mit dem Lastenfahrad unterwegs (wie in China in den 70igern).
Genauso verbissen wird die Atomtechnik bekämpft („Die Atomkraft hat keine Zukunft“), ja, es soll nicht einmal geforscht werden. Währenddessen entwickelt sich die Zukunft woanders, neue Generationen in der Reaktortechnik werden Entwickelt, allen voran China. Als einziges legitimes Mittel gegen den Klimawandel gilt in Deutschland: Verzicht, Verzicht, Verzicht. Die einzig zugelassene Form der Predigt ist die Moralpredigt. Der Gedanke, dass ein technisches Problem (wir Menschen blasen zu viel von einem bestimmten Gas in die Luft) auch mit technischen Mitteln gelöst werden könnte, gilt beinahe als ketzerisch. Wird sich das je ändern?
Windkraft bringt es nicht
Ein weiterer wichtiger Aspekt: Kernkraft gewährleistet die Stabilität und durchgehende Versorgung der Stromnetze. Schon heute wird in Deutschland Atomstrom aus Nachbarländern zugekauft, weil mit den Regenerativen allein eine zuverlässige Netzstabilität nicht zu schaffen ist – besonders in Krisenzeiten. Ein Beispiel aus Schweden: Mitte März schaltete der Energiekonzern Vattenfall das AKW Ringhals I aufgrund der rapide sinkenden Stromnachfrage ab. In der Folge erfuhr das Stromnetz immer wieder empfindliche Spannungsschwankungen, wenn trotz geringem Verbrauch viel Windstrom eingespeist wurde. Obwohl die Windkraft in Schweden nur rund zwölf Prozent im Energiemix ausmacht, sah sich der schwedische Netzbetreiber Svenska Kraftnät gezwungen, Vattenfall satte 30 Millionen Euro Entschädigung zu zahlen, um das AKW Ende Juni wieder hochzufahren und für mindestens zweieinhalb Monate in Betrieb zu halten.
Währenddessen wird weiter an neuen Reaktortypen geforscht. Zur 4. Generation gehören [3]
-Gas-Cooled Fast Reactor System (GFR)
-Lead-Cooled Fast Reactor System (LFR)
-Molten Salt Reactor System (MSR)
-Sodium-Cooled Fast Reactor System (SFR)
-Supercritical-Water-Cooled Reactor System (SCWR)
-Very-High-Temperature Reactor System (VHTR)
Seit den 1950er-Jahren werden Flüssigsalzreaktoren erprobt. Zu denen auch der Molten Salt Reactor (MSR) gehört.
In einigen Generation-IV-Reaktoren ist das radioaktive Thorium als Brennstoff vorgesehen. (Thorium Molten Salt Reactor ). Thorium kommt dreimal häufiger im Boden vor als das herkömmliche Uran-253, setzt mehr Energie frei – eine Tonne Thorium entspricht 35 bis 200 Tonnen Uran oder vier Millionen (!) Tonnen Kohle –, kann besser recycelt werden und ist nicht waffenfähig. Würde man Uran konsequent durch Thorium ersetzen, fielen nur rund 0,6 Prozent des aktuellen Atommüllvolumens an – wieder mit einer deutlich verringerten Halbwertszeit von rund 300 Jahren.
Manche Generation-IV-Reaktoren laufen auch mit Uran-238, dem am häufigsten natürlich vorkommenden Uran-Isotop, das zwar rund 99 Prozent der natürlichen Uranvorkommen ausmacht, in herkömmlichen Reaktoren aber nicht verwertet werden kann.
Eine vielversprechende Entwicklung ist der DFR
Ein Dual-Fluid-Reaktor kann die gleiche Leistung erbringen, wie viele hundert Windräder; CO2-frei, wetterunabhängig und exakt nach dem Bedarf des Stromnetzes. Und sein Strom kostet nur ein Viertel dessen, was die „erneuerbare“ Energien verursachen. Mit einem Bruchteil der Kosten der bisherigen Energiewende könnte Deutschland innerhalb von zwei Dekaden von einem Möchtegernvorbild zum echten Vorreiter der Energieerzeugung werden.
Der Dual-Fluid-Reaktor (DFR) unterscheidet sich von einem herkömmlichen Leichtwasserreaktor ebenso stark wie ein Düsenflugzeug von einem Zeppelin. Aber worin genau bestehen diese Unterschiede? Zentraler Gedanke bei der Entwicklung war, eine Energiequelle zu konstruieren, die für den zivilen Einsatz in Ballungsgebieten und Industriezentren geeignet ist.
In einem herkömmlichen Reaktor wird eine Kettenreaktion energiearmer Neutronen in nuklearen Brennstäben, die mit Urantabletten gefüllt und umgeben von Wasser unter sehr hohem Druck sind, zur Energieerzeugung genutzt. Solche herkömmliche Reaktoren regulieren ihre Leistung mit beweglichen Steuerstäben. So soll gewährleistet werden, dass immer nur die gewünschte Neutronenmenge Wärme erzeugt. Wenn dies versagt, wird zu viel Energie frei, und es kann durch unkontrollierte Freisetzung der im Reaktor gespeicherten Reaktivitätsreserve zum Auslegungsstörfall kommen, d.h. der Reaktorkern kann schmelzen (Tschernobyl). Dies kann auch geschehen, wenn der Kern nicht in allen Betriebssituationen ausreichend gekühlt werden kann (Fukushima).
Im metallgekühlten Dual-Fluid-Reaktor besteht der Spaltstoff aus einem geschmolzenen Gemisch von spaltbaren Materialien und Chrom, welches langsam durch einen Reaktorkern aus Keramik fließt, der zur Kühlung von flüssigem Blei umspült wird. Der Spaltprozess ist selbstregelnd, ohne Steuerstäbe, allein durch die abgenommene Wärme. Bei Temperaturanstieg verringert sich der Spaltprozess durch die Ausdehnung des Brennstoffes – die Reaktorleistung sinkt ganz von alleine. Wird mehr Wärme abgeführt, kühlt sich der Brennstoff ab, und die Leistung steigt bis zum Gleichgewicht.
Der Dual-Fluid-Reaktor arbeitet im „drucklosen“ Zustand, statt mit Hochdruck von über 100 Bar in einem Druckwasserreaktor. Dieser große Vorteil vereinfacht die Konstruktion und Fertigung des Reaktors erheblich und macht das System sicher gegen Lecks.
Eigenschaften des Reaktors
Der DFR ist ein Schnellspaltreaktor mit flüssigem Brennstoff. Der Brennstoff wird in Form eines Flüssigsalzes durch den Reaktor gepumpt. Es gibt ene separater Kühlschleife mit flüssigem Blei: Daher der Name „Dual-Fluid“ — zwei Flüssigkeiten.Eine seiner wichtigsten Eigenschaften ist die geringe Größe [4]
• Inhärente Sicherheit: Die Naturgesetze sorgen dafür, dass ein Super-GAU unmöglich wird. Ebenso, wie ein Eimer Wasser in der Antarktis nicht plötzlich zu sieden anfangen kann, ist ein DFR unfähig, Fukushima- oder Tschernobyl-Szenarien hervorzurufen.
• Recycling des Atommülls: Der DFR zerstört sowohl seine eigenen Abfälle wie die der alten Kernkraftwerke. Übrig bleiben nur Spaltprodukte, die nach maximal 300 Jahren kaum noch radioaktiv sind. Die Suche nach einem Endlager für geologische Zeitspannen wird damit gegenstandslos.
• Sehr hohe Effizienz: Alle Kernbrennstoffe sind mit maximaler Energieausbeute nutzbar! Atommüll, abgereichertes Uran, Natururan, Thorium, Plutonium, u.v.a. lassen sich im DFR einsetzen. Dadurch erhält man eine Energiequelle, die so lange reicht, bis die Sonne zum Roten Riesen wird.
• Minimale Kosten: Der DFR ist der kompakteste Kernreaktor mit dem geringsten Aufwand an Material, Arbeitsstunden und Geld.
• Hohe Arbeitstemperatur: Dies macht nicht nur die Stromerzeugung sehr effizient (60% Wirkungsgrad), sondern ermöglicht auch viele Prozesswärmeanwendungen — z.B. Meerwasserentsalzung oder Herstellung erdölfreier Kraftstoffe. Dadurch kann Kernenergie endlich den kompletten Primärenergiebedarf decken, einschließlich Antrieb von Autos, Flugzeugen, Heizungen, etc. Die Betriebstemperatur eines DFR liegt bei 1000 °C. Dadurch wird zum einen sehr effiziente Stromerzeugung möglich, zum anderen lässt sich der Reaktor auch als Prozesswärmequelle für Industriebetriebe nutzen: Kraftstoffsynthese, Meerwasserentsalzung, Betonherstellung, Petrochemie und einiges mehr.
Als Schnellspaltreaktor kann der DFR wahlweise als Brüter, Atommüllvernichter oder Transmutationsmaschine arbeiten. Jedes radioaktive Schwermetall, das man in seine Brennstoffschleife einbringt, wird entweder direkt gespalten oder durch Neutroneneinfang in ein Isotop umgewandelt, welches spaltbar ist. Soll gebrütet werden, muss der DFR/s außen noch zusätzlich mit einem Brutmantel umgeben werden, welcher fertiles Material (Uran 238 oder Thorium 232) enthält. Beim DFR/m ist Brut in der Brennstoffflüssigkeit selbst möglich.
Der flüssige Brennstoff dehnt sich bei Erwärmung stark aus, bei Abkühlung zieht er sich entsprechend zusammen: Dies ermöglicht einen sehr großen negativen Temperaturkoeffizienten, durch den sich die thermische Leistung stets an die entnommene Leistung anpasst — mechanische Kontrollelemente wie Steuerstäbe sind daher unnötig.
Falls dennoch aus irgendwelchen Gründen der Reaktor seine Solltemperatur stark überschreitet, lösen sich Schmelzstopfen unten in der Brennstoffschleife auf, und die Flüssigkeit strömt in unterkritische Auffangtanks. Unfälle wie in Fukushima werden durch die Naturgesetze unterbunden!
Warum zwei Flüssigkeiten?
Kernreaktoren mit flüssigem Brennstoff haben viele Vorteile: Die Aufarbeitung kann „on-site“ und „on-line“ durchgeführt werden, d.h. direkt neben dem Reaktor auf dem Kraftwerksgelände in laufendem Betrieb, so dass die Stillstandszeiten sehr gering ausfallen. Radioaktive Spaltprodukte werden kontinuierlich extrahiert — Nachzerfallswärmeunfälle wie in Fukushima oder Three Mile Island kommen nicht vor. Darüberhinaus schützen Schmelzsicherungen den Reaktor vor Überhitzung.
Die Kritik an der Kernenergie ist lange Zeit berechtigt gewesen – doch im Angesicht der vielen neuen technischen Entwicklungen hat sich die Atomkraft vom Saulus zum Paulus entwickelt, vom Sorgenkind zum Hoffnungsträger. Vor uns liegt eine Technik, mit der wir radioaktive Abfälle recyclen können, günstigen Strom erzeugen und die klimaschädlichen Emissionen aus dem Energiesektor massiv eindämmen. Wollen wir eine Industriekultur bleiben, dann ist die neue Atomenergie der realistischste Weg in eine klimagerechte und versorgungssichere Zukunft.
[1]
Front-gegen-den-Transrapid
[2]
Transrapid
[3]
Roadmap
[4]
Technical Principle