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Science

Flüssigsalzreaktoren sollen Kernkraftwerke sicher machen

Atomkraft und Klimaschutz – das klingt nach 2 widersprüchlichen Konzepten. Seit einiger Zeit meinen Persönlichkeiten wie Bill Gates oder Joe Biden vermehrt, dass sich diese beiden Gegenpole aber perfekt vereinen ließen. Sie beziehen sich auf Kernkraftwerke der sogenannten IV. Generation, die im Vergleich zu heutigen Atomkraftwerken sicherer, nachhaltiger und wirtschaftlicher werden sollen. Entwickelt werden unterschiedliche Reaktortypen – die ersten sollen ab 2030 einsatzfähig sein und CO2-freie Energie erzeugen. 

Da Kernkraftwerke bis dato aber generell eine enorm lange Errichtungszeit von 20 Jahren und mehr benötigen und noch viele Nachhaltigkeitsprobleme mit sich bringen, bieten kleine Reaktormodule – sogenannte „Small Modular Reactors“ (SMR) – nun große Hoffnung im Kampf gegen den Klimawandel. Ein solcher geht in wenigen Wochen im chinesischen Wuhei in Betrieb. Es handelt sich um einen 3 Meter hohen und 2,5 Meter breiten Flüssigsalzreaktor, der bis 2030 in Serie gebaut werden und China bis 2060 zur Klimaneutralität verhelfen soll. 

„Sie können in kurzer Zeit in Werkshallen zusammengestellt und betriebsbereit an den Standort transportiert werden“

Helmuth Böck, TU Wien

Neue Mini-Reaktoren

Grundsätzlich sind Flüssigsalzreaktoren nicht neu und werden seit den 1950er-Jahren erforscht. Laut Helmuth Böck, dem ehemaligen Leiter des Atominstituts an der TU Wien, wurden bisher nur kleine Testkreisläufe zur Materialerprobung durchgeführt. „Aber jetzt zeichnet sich ein Bedarf an kleinen Reaktormodulen ab“, sagt der Experte. Die Internationale Atomenergiebehörde IAEA listet weltweit 70 Projekte zur Entwicklung solcher Mini-Reaktoren.

Laut Böck weisen sie viele Vorteile auf: „Sie können in kurzer Zeit in Werkshallen zusammengestellt und betriebsbereit an den Standort transportiert werden“, sagt er gegenüber der futurezone. Je nach Bedarf können mehrere Mini-Kraftwerke errichtet werden. Da sie modular aufgebaut sind, kann bei Wartungen das Reaktormodul ausgetauscht und per Lkw zum Hersteller transportiert werden. 

Extrem sicher

Der Flüssigsalzreaktor wird außerdem nicht wie sonst mit Uran, sondern mit dem schwach radioaktiven Thorium betrieben. Anders als bei klassischen Atomkraftwerken liegt der Brennstoff dabei bereits geschmolzen vor, sodass eine katastrophale Kernschmelze, wie wir sie etwa 2011 in Fukushima erlebt haben, laut Böck prinzipiell nicht möglich sei.

So funktioniert ein Thorium-Reaktor

  • Umwandlung

Das bereits geschmolzene Thorium wird in Flüssigsalz aufgelöst. Für die Nutzung wird es in das spaltbare Element Uran 233 umgewandelt

  • Neutronenbeschuss

Das Thorium wird zunächst mit Neutronen beschossen. Bei der Kernspaltung werden Energie in Form von Hitze und weitere Neutronen freigesetzt. Die Wärme läuft über einen sogenannten Wärmetauscher und treibt eine Turbine an. Diese wiederum produziert Strom

  • 300 Jahre...

..braucht es, bis 99,99 Prozent des Atommülls in harmlose Elemente zerfallen, so die chinesischen Forscher*innen

Generell gelte der Flüssigsalzreaktor als extrem sicher: Er verfügt über passive Sicherheitssysteme, die keiner aktiven Stromversorgung bedürfen. Der Reaktor regelt sich selbst und schaltet sich bei Störfällen autonom ab, etwa wenn der Motor zu heiß wird. Bei einem Unfall oder Leck kühlt das flüssige Salz zudem rasch ab, sodass kein radioaktiver Dampf an die Umgebung freigesetzt, sondern in den kristallisierten Salzbrocken festgehalten wird.

Dieser sogenannte „Atommüll“ sei dadurch leichter einzusammeln und zu lagern. Laut den chinesischen Forscher*innen würde der Abfall im Vergleich zu jenem aus Uran-Reaktoren außerdem deutlich kürzer strahlen. Thorium kommt zudem 3-mal häufiger auf der Erde vor als Uran. 

Probleme bleiben

Zunächst will China prüfen, ob das Konzept generell gut anwendbar ist. Der erste Prototyp ist für 2030 geplant und soll 373 Megawatt Strom erzeugen. Die rund ein Drittel geringere Einzelleistung im Vergleich zu jener von Großreaktoren soll laut Befürworter*innen durch einen weltweiten Ausbau mehrerer Mini-Reaktoren ausgeglichen werden.

Das wiederum wirft aber die Frage auf, wie die grundsätzlich geringere Menge an Atommüll bei einer Vielzahl an SMR bewältigt werden kann. Laut dem Klimaexperten Adam Pawloff von Lockl & Keck bestehe bei Flüssigsalzreaktoren außerdem ein großes Korrosionsrisiko: Das Salz zerfrisst das Metallgehäuse. Welche Lösung China dagegen erarbeitet hat, ist unklar.

Pawloff lehnt Atomkraft aufgrund vieler stets ungelöster Probleme, wie die Endlagerungsfrage bei Atommüll, generell ab und setzt vielmehr auf erneuerbare Energie. Zahlreiche Studien hätten gezeigt, dass wir damit verhindern können, dass aus der Klimakrise eine Klimakatastrophe wird. 

Kernfusion statt Kernspaltung

Weltweit gibt es unterschiedliche Bestrebungen, um den Klimawandel zu bekämpfen. Der wohl größte Hoffnungsträger ist die Kernfusion – nicht zu verwechseln mit der Kernspaltung, die in konventionellen Atomkraftwerken stattfindet. In Fusionsreaktoren soll unendlich viel Energie erzeugt werden – ein Ziel, das seit den 1960er-Jahren verfolgt wird.

„Es wird sich zeigen, ob Kernfusion weiterhin eine Hoffnung bleibt oder Realität wird“, sagt der Klimaexperte Adam Pawloff von der Nachhaltigkeitsberatungsagentur Lockl & Keck. Ihm zufolge bleiben bei der Kernfusion jedenfalls Nachhaltigkeitsprobleme, die bei der Kernspaltung entstehen, weg. Anders als bei der Kernspaltung werden bei der Kernfusion kein radioaktiver Abfall oder Treibhausgase produziert – sie liefert saubere Energie.

Langsamer Fortschritt

Einer Realisierung nähern wir uns aufgrund technischer Hürden allerdings nur langsam. Grundsätzlich sollen bei der Kernfusion natürliche Reaktionen, die innerhalb unserer echten Sonne stattfinden, in einer „künstlichen Mini-Sonne“ nachgeahmt werden. Einen Meilenstein erreichten unlängst chinesische Forscher*innen mit ihrem Experimental Advanced Superconductor Tokamak (EAST).

Im Zuge eines Experiments haben sie eine Plasmatemperatur von 70 Millionen Grad Celsius erreicht – etwa die fünffache Temperatur der echten Sonne. Die erreicht im Inneren um die 15 Millionen Grad Celsius. Diese Temperatur konnten die Forscher für 20 Minuten aufrechterhalten. Das Ziel ist, das System kontinuierlich heißer und beständiger zu machen. 

Einsatz im Jahr 2040

Die Fortschritte lassen sie zuversichtlich in die Zukunft blicken. Sie hoffen, ihre künstliche Mini-Sonne schon im Jahr 2040 zur unlimitierten sauberen Energieversorgung verfügbar machen zu können. Auch in den USA und Europa wird an Fusionsreaktoren gearbeitet. 

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Andreea Iosa

Andreea Iosa beschäftigt sich mit neuesten Technologien und Entwicklungen in der Forschung – insbesondere aus Österreich – behandelt aber auch Themen rund um Raumfahrt sowie Klimawandel.

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