Die neuen, sichereren Kernreaktoren, die helfen könnten, den Klimawandel zu stoppen

Julian Berman

BP ist vielleicht nicht die erste Quelle für Umweltnachrichten, aber sein jährlicher Energiebericht wird von Klimabeobachtern hoch geschätzt. Und die Botschaft von 2018 war deutlich: Trotz der Angst vor der globalen Erwärmung war Kohle im Jahr 2017 für 38 % des weltweiten Stroms verantwortlich – genau so viel wie vor 20 Jahren, als das erste globale Klimaabkommen unterzeichnet wurde. Schlimmer noch, die Treibhausgasemissionen stiegen im vergangenen Jahr um 2,7 %, der stärkste Anstieg seit sieben Jahren.

Diese Stagnation hat viele politische Entscheidungsträger und Umweltgruppen zu dem Schluss geführt, dass wir mehr Kernenergie brauchen. Sogar Forscher der Vereinten Nationen, die in der Vergangenheit nicht begeistert waren, sagen jetzt, dass jeder Plan, den Temperaturanstieg des Planeten unter 1,5 °C zu halten, auf einem erheblichen Anstieg der Kernenergie beruhen wird.



10 Durchbruchtechnologien 2019

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe März 2019

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Aber wir gehen in die andere Richtung. Deutschland soll bis 2022 alle seine Kernkraftwerke abschalten; Italien hat 2011 per Referendum dafür gestimmt, alle zukünftigen Projekte zu blockieren. Und selbst wenn die Atomkraft breite öffentliche Unterstützung hat (was nicht der Fall ist), ist sie teuer: Mehrere Atomkraftwerke in den USA wurden kürzlich geschlossen, weil sie nicht mit billigem Schiefergas konkurrieren können .

Wenn die derzeitige Situation anhält, werden wahrscheinlich mehr Kernkraftwerke geschlossen und hauptsächlich durch Erdgas ersetzt, was zu einem Anstieg der Emissionen führt, argumentierte die Union of Concerned Scientists – historisch nukleare Skeptiker – im Jahr 2018. Wenn alle diese Anlagen abgeschaltet werden, deuten Schätzungen darauf hin, Die CO2-Emissionen würden um 6 % steigen.

An diesem Punkt ist die kritische Debatte nicht, ob bestehende Systeme unterstützt werden sollen, sagt Edwin Lyman, amtierender Direktor des Nuklearsicherheitsprojekts der UCS. Eine praktischere Frage ist, ob es realistisch ist, dass neue Kernkraftwerke in den nächsten Jahrzehnten in dem erforderlichen Tempo errichtet werden können.

Anfang 2018 gab es 75 separate fortgeschrittene Kernspaltungsprojekte versucht, diese Frage allein in Nordamerika zu beantworten, so die Denkfabrik Third Way. Diese Projekte verwenden die gleiche Art von Reaktion, die in den konventionellen Kernreaktoren verwendet wird, die seit Jahrzehnten verwendet werden – Spaltung oder Spaltung von Atomen.

Eine der führenden Technologien ist der kleine modulare Reaktor oder SMR: eine abgespeckte Version herkömmlicher Kernspaltungssysteme, die billiger und sicherer zu sein verspricht. NuScale Power mit Sitz in Portland, Oregon, verfügt über ein 60-Megawatt-Design, das kurz vor dem Einsatz steht. (Eine typische teure konventionelle Kernspaltungsanlage könnte etwa 1.000 MW Strom produzieren.)

NuScale hat einen Vertrag über die Installation von 12 kleinen Reaktoren abgeschlossen, um eine Koalition von 46 Versorgungsunternehmen im Westen der USA mit Energie zu versorgen, aber das Projekt kann nur fortgesetzt werden, wenn die Mitglieder der Gruppe zustimmen, es bis Ende dieses Jahres zu finanzieren. Die Geschichte zeigt, dass das nicht einfach sein wird. Im Jahr 2011 hatte Generation mPower, ein weiterer SMR-Entwickler, einen Vertrag über den Bau von bis zu sechs Reaktoren, die denen von NuScale ähneln. Es hatte die Unterstützung der Unternehmenseigentümer Babcock & Wilcox, eines der weltweit größten Energieunternehmen, aber der Pakt wurde nach weniger als drei Jahren auf Eis gelegt, da keine neuen Kunden hinzugekommen waren. Keine Bestellungen bedeuteten, dass die Preise nicht sinken würden, was das Geschäft unhaltbar machte.

Während der Ansatz von NuScale traditionelle leichtwassergekühlte Kernreaktoren nimmt und sie verkleinert, verwenden Systeme der sogenannten Generation IV alternative Kühlmittel. China baut einen großen natriumgekühlten Reaktor in der Provinz Fujian, der voraussichtlich bis 2023 in Betrieb gehen soll, und TerraPower mit Sitz in Washington hat ein natriumgekühltes System entwickelt, das mit abgebrannten Brennelementen, abgereichertem Uran oder Uran direkt aus dem Reaktor betrieben werden kann der Boden. TerraPower – Bill Gates ist ein Investor – schmiedete eine Vereinbarung mit Peking über den Bau einer Demonstrationsanlage bis 2022, aber die Beschränkungen der Trump-Regierung für den chinesischen Handel machen seine Zukunft fraglich.

Eine andere Variante der Generation IV, der Salzschmelzreaktor, ist sicherer als frühere Konstruktionen, da er sich selbst kühlen kann, selbst wenn das System vollständig stromlos wird. Das kanadische Unternehmen Terrestrial Energy plant den Bau einer 190-MW-Anlage in Ontario, deren erste Reaktoren vor 2030 Strom produzieren sollen, zu einem Preis, der angeblich mit Erdgas konkurrieren kann.

Ein Reaktor der Generation IV könnte bald in Betrieb gehen. Heliumgekühlte Höchsttemperaturreaktoren können mit bis zu 1.000 °C betrieben werden, und die staatliche China National Nuclear Corporation hat einen 210-MW-Prototyp in der östlichen Provinz Shandong, der dieses Jahr ans Netz gehen soll.

Drei Gründe für neue Hoffnung auf Atomkraft
Kleine modulare Reaktoren Fortgeschrittene Kernspaltung Verschmelzung
SMRs sind eine abgespeckte Version herkömmlicher Spaltreaktoren. Obwohl sie weitaus weniger Strom erzeugen, tragen ihre geringere Größe und die Verwendung von handelsüblichen Komponenten zur Kostensenkung bei. Diese Reaktoren sind sicherer als herkömmliche wassergekühlte Reaktoren und verwenden stattdessen Kühlmittel wie flüssiges Natrium oder geschmolzene Salze. Am weitesten fortgeschritten ist der Kugelbettreaktor, der durch ein Gas wie Helium gekühlt wird; China ist bereit, den ersten Reaktor dieser Art noch in diesem Jahr ans Netz zu bringen. Der technische Fortschritt ist nach jahrzehntelangen Investitionen immer noch langsam, aber Fusionsunternehmen konzentrieren sich darauf, das Plasma einzudämmen, das erforderlich ist, um die thermonuklearen Bedingungen der Sonne nachzubilden. Zu den Techniken gehören der magnetische Einschluss, der Plasma kontinuierlich bei niedrigem Druck einfängt; Trägheitseinschluss unter Verwendung von Lasern und pulsierendem Plasma jeweils für Nanosekunden; und magnetisierte Zielfusion, die die beiden mit Plasmaimpulsen kombiniert, die von Magneten gesteuert werden.
Firmen NuScale-Leistung China National Nuclear Corporation, TerraPower, Erdenergie ITER, TAE-Technologien, Allgemeine Fusion, Commonwealth-Fusionssysteme
Leistung 50-200 Megawatt 190-600 Megawatt 100-500 Megawatt
Erwartete Lebensdauer 60 Jahre 40-60 Jahre 35 Jahre
Kosten 100-Millionen-Dollar-Prototyp,
2 Milliarden Dollar für die Entwicklung
Kieselbetten: 400 Millionen bis 1,2 Milliarden US-Dollar
Natriumgekühltes und geschmolzenes Salz: Prototyp im Wert von 1 Milliarde US-Dollar
ITER: derzeit 22 Milliarden US-Dollar
Die Kosten einer kommerziellen Version sind unbekannt
Erhältlich 2026 Kieselbett im Jahr 2019; natriumgekühlt 2025;
Geschmolzenes Salz 2030
Nicht früher als 2035

Für viele bleibt die große Energiehoffnung jedoch die Kernfusion. Fusionsreaktoren ahmen den nuklearen Prozess in der Sonne nach, indem sie leichtere Atome zusammenschlagen, um sie in schwerere zu verwandeln, und dabei riesige Mengen an Energie freisetzen. In der Sonne wird dieser Prozess durch die Schwerkraft angetrieben. Auf der Erde zielen Ingenieure darauf ab, Fusionsbedingungen mit unergründlich hohen Temperaturen – in der Größenordnung von 150 Millionen °C – zu replizieren, aber sie fanden es schwierig, das Plasma einzugrenzen, das zum Verschmelzen von Atomen erforderlich ist.

Eine Lösung wird von ITER gebaut, der früher als International Thermonuclear Experimental Reactor bekannt war und seit 2010 in Cadarache, Frankreich, gebaut wird. Sein magnetisches Einschlusssystem hat weltweite Unterstützung, aber die Kosten sind aufgrund von Verzögerungen und politischen Auseinandersetzungen auf 22 Milliarden US-Dollar explodiert. Die ersten Experimente, die ursprünglich für 2018 geplant waren, wurden auf 2025 verschoben.

General Fusion in Vancouver verwendet eine Kombination aus physikalischem Druck und Magnetfeldern, um Plasmaimpulse zu erzeugen, die Millionstelsekunden dauern. Dies ist ein weniger komplizierter Ansatz als der von ITER, was ihn weitaus billiger macht – aber technische Herausforderungen bleiben bestehen, einschließlich der Herstellung von Titankomponenten, die die Arbeitslast bewältigen können. Dennoch erwartet General Fusion, dass seine Reaktoren in 10 bis 15 Jahren einsatzbereit sein werden.

Das in Kalifornien ansässige Unternehmen TAE Technologies hingegen hat 20 Jahre damit verbracht, einen Fusionsreaktor zu entwickeln, der Energie direkt in Elektrizität umwandelt. Das Unternehmen, das 500 Millionen US-Dollar von Investoren erhalten hat, sagte im Januar voraus, dass es innerhalb von fünf Jahren kommerziell sein würde.

Viele Wähler glauben einfach nicht an die Versprechungen der Unternehmen, dass neue Technologien alte Fehler vermeiden können.

Wird also eine dieser Technologien Erfolg haben? Fortgeschrittene Kernspaltung reduziert Atommüll – selbst wenn er als Brennstoff verwendet wird – und verringert die Wahrscheinlichkeit von Tragödien wie Fukushima oder Tschernobyl drastisch. Bisher wurden jedoch keine solchen Reaktoren außerhalb Chinas oder Russlands lizenziert oder eingesetzt. Viele Wähler glauben Unternehmen einfach nicht, wenn sie versprechen, dass neue Technologien alte Fehler vermeiden können.

Es ist jedoch nicht nur Politik: Auch die Kosten spielen eine Rolle. Fortgeschrittene Kernspaltung verspricht, die lächerlich teuren Vorabkosten der Kernenergie zu senken, indem Reaktoren geschaffen werden, die in der Fabrik gebaut werden können, anstatt nach Maß gefertigt zu werden. Dadurch würden die Preise ebenso stark sinken wie bei Wind und Sonne. Aber private Unternehmen haben sich selten als erfolgreich erwiesen, diese Projekte zum Abschluss zu bringen: Die größten Fortschritte wurden von stark zentralisierten, staatlich gesteuerten Systemen erzielt, die Risiken leichter absorbieren können.

Chris Mowry, CEO von General Fusion, argumentiert, dass die Kernspaltung einfach zu vielen Hindernissen gegenübersteht, um erfolgreich zu sein. Er hat Erfahrung: Er war Gründer von mPower, der 2014 eingemotteten SMR-Firma. Fusionsreaktoren seien zwar schwieriger zu bauen, schlägt er vor, aber sie seien gesellschaftsfähiger. Aus diesem Grund habe es einen Ansturm von Risikokapital in die Fusion gegeben, sagt er – Investoren sind zuversichtlich, dass es ein Meer von eifrigen Käufern geben wird, die auf den warten, der es zuerst zum Laufen bringen kann.

Aber hat die Fusion wirklich so viel mehr Spielraum? Zwar stellt der dabei entstehende schwach radioaktive, kurzlebige Tritium-Abfall keine ernsthafte Gefahr dar, und durch die Technik sind Kernschmelzen ausgeschlossen. Aber die Kosten sind immer noch hoch und die Fristen sind noch lang – der Fusionsreaktor von ITER ist massiv teurer als ursprünglich geplant und wird nicht mindestens 15 Jahre lang funktionsfähig sein. Unterdessen wollen grüne Politiker in Europa bereits die Abschaltung von ITER, und viele Anti-Atom-Aktivisten unterscheiden nicht zwischen Spaltung und Fusion.

Experten mögen sich hinter Atomkraft stellen, aber skeptische Wähler zu überzeugen, ist etwas anderes.

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