Das Interesse an kleinen Atomkraftwerken steigt. Hier ist der Grund

Kraft Punkte

Kernreaktoren werden immer kleiner, billiger und einfacher herzustellen. Das inspiriert immer mehr große und kleine Unternehmen, sich einen Teil des Marktes zu sichern.

Von Jesse Chase-Lubitz

3. August 2023

Eine künstlerische Darstellung des MoltexFlex-Reaktors. Quelle: Moltex Energy

Obwohl kleine modulare Kernreaktoren noch in den Kinderschuhen stecken, möchten Unternehmen die Technologie für eine breitere Palette industrieller Anwendungen einsetzen, darunter die Elektrifizierung von Bergbaustandorten, die Wärmeverarbeitung und den Betrieb von Entsalzungsanlagen.

Einige Unternehmen erforschen sogar Möglichkeiten, wie kleine Reaktoren Schiffe antreiben können, während andere sie als potenzielle Energiequelle für kleine Gemeinden sehen, insbesondere für solche in abgelegenen Gebieten.

Ein kurzer Überblick über das, worüber wir sprechen: Kleine modulare Reaktoren (SMRs) sind spaltungsbasierte Systeme, die etwa ein Drittel der von herkömmlichen Kernkraftwerken erzeugten Energie erzeugen – bis zu 300 Megawatt Strom, genug, um etwa 150.000 Haushalte mit Strom zu versorgen jährlich. Außerdem sind sie nur einen Bruchteil so groß und nehmen etwa zwei Fußballfelder ein.

Laut Polaris Market Research wurde der globale SMR-Markt im Jahr 2021 auf 9,5 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird in diesem Jahr voraussichtlich 13 Milliarden US-Dollar erreichen.

Von der Installation kleiner Reaktoren auf der ganzen Welt sind es noch fünf bis zehn Jahre, doch Hunderte von Unternehmen mit einer Größe von 12 bis 12.000 Mitarbeitern entwickeln Prototypen.

„Einige der Entwürfe stammen von relativ kleinen Gruppen“, sagte Jonathan Cobb, leitender Kommunikationsmanager bei der World Nuclear Association, die die globale Industrie vertritt. „Sie müssen mit den richtigen Unternehmen, akademischen Institutionen usw. zusammenarbeiten, aber dies ist ein Raum für unternehmerische Köpfe.“

Andere sind nicht so optimistisch. „Ich denke, der aktuelle Hype um SMRs ist größtenteils heiße Luft“, sagte Edwin Lyman, Direktor für Kernenergiesicherheit bei der Union of Concerned Scientists, einer gemeinnützigen Organisation, die Wissenschaftler, Analysten und Politikexperten vertritt. „Die meisten dieser Startups unterschätzen die Ressourcen und die Zeit, die für die Entwicklung neuer Nukleartechnologien erforderlich sind, erheblich.“

Die Industrie hat vor etwa 50 Jahren herausgefunden, wie man Kernkraftwerke verkleinern kann. Aber die Kosten waren im Vergleich zu Gas zu hoch, sodass die Produktion zurückblieb.

Jacopo Buongiorno, Professor am Department of Nuclear Science and Engineering am Massachusetts Institute of Technology, sagte, dass SMRs drei Hauptvorteile bieten:

„Man kann sogar das vorhandene Personal einstellen, um für die Kernenergie zu arbeiten“, sagte er. „Hier gibt es gute Synergien.“

Darüber hinaus können Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen nachgerüstet werden, um SMRs zu beherbergen. Ein von der US-Botschaft in Rumänien veröffentlichtes Faktenblatt, in dem ein Unternehmen die Installation von sechs SMRs zur Stromversorgung eines Bergbaustandorts plant, legt nahe, dass Kühlwasserversorgungssysteme, entmineralisiertes Wasser, Trinkwasser, Brandschutz am Standort sowie Verwaltungs-, Schulungs- und Lagergebäude dies könnten alles wiederverwendet werden.

Laut Forschern und Branchenexperten sind SMRs besonders nützlich für netzunabhängige Anwendungen. Einige Unternehmen hoffen, damit dieselbetriebene Fahrzeuge an Bergbaustandorten durch Wasserstoffgas ersetzen zu können.

Wasserstoff ist nachhaltiger als Diesel, erfordert aber zur Erzeugung eine andere Energieform. Ein kleiner, mobiler Kernreaktor würde den Zweck erfüllen, sagte David Dabney, CEO von StarCore Nuclear, einem kanadischen Unternehmen mit nur 12 Mitarbeitern.

Eine Studie des Imperial College London stützt Dabneys Behauptung, dass der Strom und die überschüssige Wärme, die von SMRs stammen, zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden können. „Wir sprechen im Wesentlichen über Reaktoren, die mit Dieselgeneratoren konkurrieren“, fügte James Walker hinzu, Geschäftsführer von Nano Nuclear Energy, einem in den USA ansässigen Unternehmen mit etwa 30 Mitarbeitern.

Nano Nuclear entwickelt mikromodulare Reaktoren (MMRs), die noch kleiner als SMRs sind. Als MMR gelten alle Reaktoren, die bis zu 10 Megawatt pro Stunde erzeugen. Sie sind klein genug, um in einen großen Lieferwagen zu passen – und kompakt für einfachen Transport und Einsatz. Dadurch könnten sie noch mehr Anwendungen für Unternehmen haben.

„Sie könnten möglicherweise die gesamte Schifffahrtsindustrie nuklearisieren“, sagte Walker. „Und dadurch Treibstoff billiger, das Schiff sicherer machen und der Industrie enorm viel Geld sparen.“

Eine konzeptionelle Darstellung des Systems, das von Nano Nuclear entwickelt wird. Quelle: Nano Nuclear

Laut Buongiorno sind große Unternehmen wie Rolls Royce, Westinghouse und BWXT führend bei SMRs. Sie verfügen über die Ressourcen, um die Technologie aufzubauen, und über die Mittel, um den langen und teuren Lizenzierungsprozess zu finanzieren. Allerdings haben in den letzten 10 Jahren mehrere SMR-spezifische Unternehmen an Bedeutung gewonnen, darunter NuScale Power und TerraPower, wobei letzteres von Bill Gates unterstützt wird.

Die aufkommenden Technologien sind äußerst vielfältig. Weltweit gibt es etwa 50 SMR-Designs. Druckwasserreaktoren (PWRs) und Schmelzsalzreaktoren sind zwei häufig verwendete Ansätze. Druckwasserreaktoren nutzen Hochdruckwasser, um Wärme aus dem Reaktorkern zu übertragen und Dampf zu erzeugen, der anschließend eine Turbine antreibt, die Strom erzeugt. Sie verfügen über eine hohe Wärmeleistung, die zur Bereitstellung von Fernwärme genutzt werden kann. Schmelzsalzreaktoren verwenden eine flüssige Mischung aus geschmolzenem Salz sowohl als Brennstoff als auch als Kühlmittel. Laut Expertenforschung verfügen diese Reaktoren über einen internen Sicherheitsmechanismus. Bei Überhitzung dehnt sich der Kraftstoff aus. Diese Expansion verdrängt Brennstoff aus dem aktiven Kernbereich, begrenzt automatisch die Leistung des Reaktors und verhindert eine Kernschmelze.

„In den letzten zehn Jahren ist das Ökosystem fortschrittlicher kleiner modularer Reaktoren sicherlich viel vielfältiger geworden“, sagte Rob Loveday, Kommunikationsbeauftragter bei Moltex Energy, einem Unternehmen mit Sitz in Großbritannien und Kanada und rund 30 Mitarbeitern. „Und das ist eine tolle Sache. Es ist großartig, diese große Vielfalt zu haben.“

Zwischen Katastrophen in Großkraftwerken wie Tschernobyl und Fukushima sowie ihrem Aufstieg zur schrecklichsten Waffe der Welt wurde die Kernenergie lange Zeit eher als Bedrohung denn als Lösung angesehen.

Während die Branche also von Vielfalt begeistert ist, befürchtet Lyman, dass dies zu Sicherheitsbedenken führen könnte. „Angesichts der großen Anzahl unterschiedlicher Konstruktionen ist es nicht möglich, eine allgemeine Schlussfolgerung darüber zu ziehen, dass alle SMRs mehr oder weniger sicher sind als aktuelle Reaktoren“, sagte er.

NuScale sticht unter den SMR-spezifischen Unternehmen durch seinen Fortschritt hervor. Das Unternehmen wurde 2007 gegründet und beschäftigt rund 560 Mitarbeiter. Bis 2029 sollen Reaktoren in den USA, Korea, Polen und Rumänien errichtet werden.

Andere Akteure verfügen nicht unbedingt über die Ressourcen, um in diesem Zeitrahmen Produkte zu entwickeln und Lizenzen zu erhalten. Aber sie haben Prototypen und einige sind in Gesprächen mit Regierungen über die Umsetzung.

StarCore Nuclear entwickelt einen Hochtemperatur-Gasreaktor mit 35 Megawatt Leistung, der hauptsächlich für netzunabhängige Anwendungen wie Bergbaustandorte und abgelegene Gemeinden gedacht ist.

„Was den Klimawandel betrifft, glauben wir, dass wir eine größere Wirkung erzielen können, wenn wir vom Netz gehen“, sagte Dabney. Das Unternehmen verhandelt derzeit mit einer kanadischen Provinz über einen Stromabnahmevertrag mit einer Laufzeit von 40 Jahren, der StarCore im Wesentlichen zum Hauptenergielieferanten für eine Region mit 8.000 Einwohnern machen würde.

Moltex Energy entwickelt mit Investoren- und Privatfinanzierung einen Abfallbrennerreaktor und einen Salzschmelzereaktor. „Wir sind zuversichtlich, dass wir es bis zum Ende des Jahrzehnts in die Realität umsetzen können“, sagte Loveday und fügte hinzu, dass das Unternehmen auch eine mögliche staatliche Finanzierung im Auge behält.

Tatsächlich zeigen sowohl die US-amerikanische als auch die britische Regierung ihre Bereitschaft, SMR-Projekte zu finanzieren. Im Mai gaben die USA bekannt, dass sie beabsichtigen, mindestens 275 Millionen US-Dollar bereitzustellen, um das SMR-Projekt von NuScale in Rumänien voranzutreiben. Ende 2023 führt Großbritannien einen SMR-Wettbewerb durch, bei dem zwei Technologien für die weitere Entwicklung ausgewählt werden.

Das SMR-Kraftwerk von NuScale kann bis zu 12 werkseitig hergestellte Leistungsmodule beherbergen, die etwa ein Drittel der Größe eines Großreaktors haben. Quelle: NuScale

SMR-Unternehmen – insbesondere kleinere – müssen viele Hürden überwinden. Zu den Haupthindernissen gehören die Finanzierung, die öffentliche Wahrnehmung von Sicherheitsbedenken sowie der Zeit- und Ressourcenaufwand für Lizenzierungs- und Regulierungsprozesse.

„Bei SMRs ist die Entscheidung noch offen“, sagte Buongiorno. „Sie sind noch nicht wirklich gebaut.“ Er fügte hinzu, dass einige Startups möglicherweise zu ehrgeizig seien. „Startups haben den Ehrgeiz, Technologieentwickler und Arbeitgeber zu sein, und da bin ich etwas skeptisch. Dafür ist der Bau von Anlagen erforderlich. Das ist kein Tante-Emma-Betrieb.“

Lyman sagte, dass staatliche Subventionen eine große Rolle dabei spielen werden, welche Technologien erfolgreich sind und welche nicht. „Trotz all dem Hype gibt es heute nur eine kleine Anzahl realisierbarer Projekte“, sagte Lyman. „Ich erwarte, dass innerhalb des nächsten Jahrzehnts nur eine sehr kleine Anzahl neuer Reaktoren gebaut wird – solche, die erhebliche und nachhaltige staatliche Subventionen erhalten.“

Selbst wenn es kleineren Unternehmen gelingt, sich die Ressourcen zu sichern, die sie zum Aufbau der Technologie benötigen, ist der Lizenzierungsprozess kostspielig. Clayton Scott, Executive Vice President für Geschäftsentwicklung bei NuScale, sagte, die Zertifizierung des Unternehmens in den USA habe 500 Millionen US-Dollar gekostet

Ein Teil des Problems besteht laut Cobb darin, dass der US-Regulierungsprozess immer noch auf traditionelle Großkernkraftwerke abzielt. „Es ist der gleiche bürokratische Aufwand, aber für einen Reaktor, der deutlich kleiner ist“, sagte er.

Obwohl Kernenergie während des Betriebs keine Treibhausgasemissionen verursacht, bestehen auch Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen von Reaktoren der nächsten Generation auf die Umwelt. Kernreaktoren benötigen zur Stromerzeugung Brennstoff aus dem Uranbergbau, was weitreichende negative Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesundheit hat, einschließlich der Kontamination des Wassers mit radioaktivem Staub und wassergetragenen Giftstoffen.

Auch die Kernenergie erzeugt radioaktiven Abfall. Einer in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Studie zufolge werden SMRs die Menge des erzeugten Atommülls erhöhen. Unter Atommüll versteht man in erster Linie übriggebliebenen Uranbrennstoff, es können aber auch strahlenexponierte Gegenstände wie Laborgeräte enthalten sein. Dieses Material bleibt Zehntausende von Jahren lang giftig und äußerst schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt.

Trotz dieser Bedenken marschiert die Branche weiter. Die größte Hürde ist derzeit die Lizenzierung, aber der dringende Bedarf an mehr kohlenstoffarmer Energie könnte laut Insidern ausreichen, um Industrie und Regierung zur Zusammenarbeit zu bewegen.

„Innerhalb der Branche gibt es eine glückliche Erkenntnis, dass alle an einem Strang ziehen, weil der Kuchen im Hinblick auf das Potenzial und die Notwendigkeit der Dekarbonisierung groß genug für alle ist“, sagte Loveday. „Wir brauchen eine enge Zusammenarbeit mit den Regulierungsbehörden. Wir brauchen die Regulierungsbehörden, die über genügend Bandbreite verfügen.“

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