Revolutionäres chinesisches Reaktordesign verspricht schmelzsichere Zukunft

Die Bemühungen, die Kernenergie auszuweiten, wurden lange Zeit durch die Angst vor einem nuklearen Super-GAU behindert. Ein neues chinesisches Reaktordesign ist die erste Vollskalendemonstration, die vollständig schmelzsicher ist. Trotz des raschen Anstiegs erneuerbarer Energien argumentieren viele, dass die Kernenergie immer noch eine wichtige Rolle im Rennen um die Dekarbonisierung unserer Stromversorgung spielt. Aber Vorfälle wie Tschernobyl und Fukushima haben verständlicherweise Misstrauen geschürt.

Die neuesten Kernreaktordesigns sind weitaus sicherer als die früherer Generationen, tragen aber immer noch das Risiko eines nuklearen Super-GAUs. Dies bezieht sich darauf, wenn das Kühlsystem eines Kraftwerks versagt, oft aufgrund von abgeschnittenen Stromversorgungen, was zu einer unkontrollierten Überhitzung im Kern führt. Dies kann eine Explosion verursachen, die die Sicherheitseinheiten durchbricht und radioaktives Material weit verbreitet.

Jetzt haben Forscher in China Tests durchgeführt, um zu beweisen, dass ein neuer Reaktortyp im Grunde immun gegen Schmelzungen ist. In einem Artikel in Joule beschreiben sie einen Test, bei dem sie einem aktiven Atomkraftwerk den Strom abgeschaltet haben – und das Kraftwerk konnte sich selbst passiv kühlen.

Die Forscher von der Tsinghua-Universität führten den Test am 200-Megawatt-Hochtemperaturgasgekühlten Reaktor Pebble-Bed Module (HTR-PM) in Shandong durch, der letzten Dezember kommerziell betriebsbereit wurde. Das neuartige Design des Kraftwerks ersetzt die Brennstäbe herkömmlicher Reaktordesigns durch eine Vielzahl von „Kieseln“.

Jeder dieser Kieselsteine hat einen Durchmesser von ein paar Zoll und besteht aus Graphit mit einer geringen Menge Uranbrennstoff im Inneren. Der Ansatz reduziert signifikant die Energiedichte des Brennstoffs des Reaktors und erleichtert so die natürliche Wärmeableitung bei Ausfall der Kühlsysteme.

Obwohl in China und Deutschland kleine Prototypreaktoren gebaut wurden, hatte bisher keine Vollskalendemonstration der Sicherheitstechnologie stattgefunden. Um den neuen Reaktor auf die Probe zu stellen, schalteten die Forscher absichtlich beiden Reaktormodulen des Kraftwerks den Strom ab und beobachteten die Ergebnisse.

Beide Module kühlten sich innerhalb von etwa 35 Stunden natürlich ab, ohne jegliches Eingreifen. Die Forscher behaupten, dass dies der Beweis dafür ist, dass das Design „inherently safe“ ist und zukünftig deutlich geringere Anforderungen an Sicherheitssysteme für kommende Reaktoren stellen sollte.

Das Design führt zu Produktionskosten für Stromerzeugung etwa 20 Prozent höher als herkömmliche Reaktoren, geben die Forscher zu. Sie glauben jedoch, dass dies sinken wird, wenn und sobald die Technologie in Massenproduktion geht.

China ist nicht das einzige Land, das solche Reaktoren baut. Das amerikanische Unternehmen X-Energy hat einen 80-Megawatt-Kiesbettreaktor namens Xe-100 entworfen und wartet derzeit auf eine Entscheidung über seine Betriebslizenz von der Nuclear Regulatory Commission.

Allerdings lässt sich diese Technologie nicht in bestehenden Anlagen nachrüsten, was bedeutet, dass das Risiko von Schmelzungen in älteren Anlagen bestehen bleibt. Und angesichts des enormen Zeitaufwands und Geldes für den Bau eines Atomkraftwerks wird es wahrscheinlich noch lange dauern bis diese Technologie einen signifikanten Anteil am weltweiten Atomkraftwerkbestand ausmacht.

Aber indem sie bewiesen haben, dass es möglich ist einen schmelzsicheren Reaktor zu bauen haben die Forscher eines der Hauptargumente gegen den Einsatz von Kernenergie zur Bewältigung der Klimakrise entkräftet.