Atomkraft: Mikroreaktor soll abgelegene Orte mit Atomkraft versorgen

Im US-Kernforschungslabor in Idaho entsteht der Prototyp eines nuklearen Mikroreaktors. Dieses Forschungsfeld könnte bei der Bekämpfung des Klimawandels helfen.

Ein Bericht von Patrick Klapetz veröffentlicht am 20. Juni 2022, 9:50 Uhr

Yasir Arafat mit dem nicht-nuklearen Marvel-Prototyp im Hintergrund (Bild: Idaho National Lab)

Im Kernforschungslabor Idaho National Lab arbeitet Yasir Arafat als technischer Leiter an kleinen nuklearen Reaktoren, die beispielsweise abgelegene Gegenden mit Energie versorgen sollen: Marvel, dessen Akronym für Microreactor Applications Research Validation and Evaluation (Mikroreaktoranwendungen, Forschung, Validierung und Bewertung) steht. Dem englischsprachigen Nachrichtensender CNBC erklärt er, dass diese Forschung zur Dekarbonisierung der Welt beitragen kann.

In den USA will die Regierung gemäß dem Pariser Klimaabkommen bis 2050 klimaneutral sein. In Deutschland soll dieses Ziel bereits 2045 erreicht werden. Jedoch gibt es hier auch weniger abgelegene Orte als etwa in Alaska. "Die einzige Technologie, die dort derzeit funktioniert, sind Dieselgeneratoren, und der Dieselkraftstoff muss in diese Gebiete eingeflogen werden - so abgelegen sind sie", sagt Arafat.

Der nukleare Prototyp ist fast fertig

Seit Juni 2020 arbeitet Arafat an der Entwicklung und Modellierung des Marvel-Reaktorprojekts. Der fertige Prototyp soll zeigen, dass man ein "nukleares System so miniaturisieren kann, dass es tragbar und transportabel ist und auch in der Lage, Wärme und Strom an den Endkunden zu liefern". Die Inbetriebnahme des ersten Reaktors soll bis Dezember 2023 erfolgen.

Das derzeit zentralisierte Stromnetz der USA soll damit in Teilen des Landes dezentralisiert werden. Gemeinden mit 1.000 bis 10.000 Einwohnern könnten mit einem einzigen Mikroreaktor autark sein, was weniger großflächige Stromausfälle bei Naturkatastrophen bedeuten würde.

Sicher. Auch bei Waffenmissbrauch?

Die Außenwände des Reaktors sollen aus Borkarbid bestehen - dem Material, das für gepanzerte Fahrzeuge zum Einsatz kommt. "Wenn also ein von Menschen verursachter oder extremer Witterungseinfluss eintritt, hat dies nur geringe oder gar keine Auswirkungen auf den Betrieb oder die Sicherheit dieser Systeme", argumentiert Arafat.

Die Minikraftwerke müssen nur selten gewartet werden und benötigen für ihren Betrieb nur wenig Personal: "Von der Wärmeerzeugung über den Wärmetransport und die Wärmeabfuhr bis hin zur Wärmeableitung werden alle Kühlmittelkreisläufe passiv und ohne technische Systeme betrieben."

Als Brennstoff wird Haleu (High-Assay Low-enriched Uranium; engl. hochwertiges, niedrig angereichertes Uran) verwendet. Das ist angereichertes Uran, dessen Konzentration des spaltbaren Isotops U-235 zwischen fünf und 20 Prozent der Masse des Brennstoffs beträgt. Das ist mehr als bei schwach angereichertem Uran, bei dem die U-235-Konzentration bei drei bis fünf Prozent liegt - dafür aber weit unter dem 90-prozentigen Gehalt, der für die Herstellung von Waffen oder beim Antrieb von Atom-U-Booten verwendet wird.

Atombatterie statt Großkraftwerk

Der Brennstoff muss nur alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden, so Arafat. Die einzelnen Komponenten der Mikroreaktoren können in Fabriken zusammen gesetzt werden, was die Produktion von Hunderten von Mikroreaktoren pro Jahr ermögliche. In weniger als einer Woche soll ein solcher Mikroreaktor zum Kunden transportiert, betankt und gestartet werden. Die Mikronuklearreaktoren ähneln laut Arafat eher einer Atombatterie als einem Großkraftwerk. Zudem sollen sie weitaus günstiger als der Bau konventioneller Leichtwasserreaktoren sein.

Doch laut dem Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) sind die Baukosten durch die geringe elektrische Leistung dieser Anlageform "relativ betrachtet höher als bei großen Atomkraftwerken". Somit sind die Mikroreaktoren ungeeignet für große Versorgungsgebiete sagt auch Alex Gilbert, Professor und Experte für nukleare Innovation: "Die Kosten werden zu Beginn hoch und unvorhersehbar sein und das Regulierungssystem ist schlecht dafür geeignet." Die Versorgungskette der Brennstoffzelle sei nicht garantiert.

Das US-Department für Energie (DOE) geht davon aus, dass bis 2030 mehr als 40 Tonnen Haleu benötigt werden. Um genügend Reaktoren zu errichten, damit sie zusammen mit Wind- und Sonnenenergie das Netto-Null-Emissionsziele der US-Regierung bis 2050 erreichen, muss jedoch noch mehr Haleu bereitgestellt werden. Die Umsetzung des Energiegesetzes von 2020 soll dabei helfen, dass die USA unabhängig von ausländischen Lieferanten wie Russland werden.

Nukleare Mikroreaktoren doch nicht so sicher?

Für Arafat ist die Kernenergie ein wichtiger Bestandteil eines künftigen sauberen Energienetzes, das erneuerbare Sonnen- und Windenergie sowie Batteriespeicher umfasst. Sie kann auch dann Energie liefern, wenn der Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint. Dann kann sie als Reserve für die Schwankungen der erneuerbaren Energien dienen.

Ein Punkt wird laut einem BASE-Gutachten von 2021 dabei jedoch oft nicht erwähnt: Im Falle eines Notfalls würden die Kontaminationen wahrscheinlich deutlich über das Anlagengelände hinausreichen. Der einzelne Reaktor stellt zwar ein geringeres Risiko dar. Jedoch würde das Risiko durch die hohe Anzahl an Mikroreaktoren, die für die Aufrechterhaltung von Stromnetzen nötig wären, um ein Vielfaches höher ausfallen. Für abgelegene Regionen kann diese Technologie durchaus eine Alternative sein - wenn auch nicht die sicherste.