Small Modular Reactor

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Small Modular Reactors (SMR, deutsch „kleine modulare Reaktoren“) sind Kernspaltungsreaktoren, die kleiner als herkömmliche Reaktoren sind und die daher in einer Fabrik hergestellt und dann an einen Montageort gebracht werden können. Sie sollen einen geringeren Aufwand vor Ort, eine höhere Risiko-Eindämmungseffizienz und eine höhere Sicherheit der verwendeten Kernmaterialien ermöglichen. SMR wurden auch vorgeschlagen, um Finanzierungsprobleme zu umgehen, von denen konventionelle Kernreaktoren mit größerer Leistung und um ein Vielfaches höheren Investitionskosten betroffen sind.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für SMRs gibt es verschiedene Entwürfe, von verkleinerten Versionen bestehender Kernreaktordesigns bis hin zu völlig neuen Entwürfen der vierten Kernkraftwerks-Generation. Es wurden sowohl thermische Neutronenreaktoren als auch schnelle Neutronenreaktoren vorgeschlagen. Weltweit werden derzeit (2017) von verschiedensten Firmen rund 60 SMR-Konzepte entwickelt, wobei die ersten diesbezüglichen Ideen und Entwürfe auf die 1950er-Jahre zurückgehen. Dabei gehen optimistische Schätzungen davon aus, dass 2035 knapp zehn Prozent aller neu gebauten Kernkraftwerke SMR sein werden. Sie sollen die Atomenergie rehabilitieren und auch Kritiker überzeugen, indem sie als so sicher bezeichnet werden, dass im Falle eines Atomunfalls keine Evakuierungszonen mehr notwendig seien; außerdem seien sie eine perfekte Kombination mit den erneuerbaren Energien, da sie im Gegensatz zu großen (Kern-)Kraftwerken flexibel, nämlich im Falle von Produktions- und Nachfrageschwankungen schnell ab- oder zuschaltbar seien. Nach Analysen der OECD-Nuklearsparte soll ihr Potenzial in Stromnetzen mit einem hohen Anteil an Erneuerbaren sogar am größten sein. Auch ihre Entsorgung mit dem Abwracken könne problemlos in einer Fabrik durchgeführt werden.[1]

Projekte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Prototypen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • 2021 wurden in China die ersten zwei HTR-PM-Reaktoren in Betrieb genommen.[3] Die zwei Kugelhaufen-Reaktoren mit jeweils 250 MW thermischer Leistung treiben zusammen eine Turbine mit 210 MW elektrischer Leistung an.[4][5]
  • Im Jahr 2021 wurde in Hainan mit dem Bau eines ACP100 mit dem Namen Linglong One begonnen.[6] Mit einer elektrischen Leistung von 125 MW soll der Reaktor jährlich 1 TWh an Strom erzeugen.[6]

Weitere Projekte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Das in Corvallis (Oregon) ansässige Start-up Nuscale Power mit EU-Büro in London entwickelt kleine, gebrauchsfertig zu liefernde Reaktormodule mit einer Leistung von 50 MW und einem „integralen Reaktorbehälter“, worin sich Reaktorkern, Dampferzeuger sowie Primärkreislauf zusammen befinden, die sonst getrennte Einheiten bilden. Einzelne Module sollen sich mit 4,5 m Breite und 22 m Höhe per Schwertransport an ihre Einsatzorte bringen lassen, wo bis zu zwölf voneinander unabhängig arbeitsfähige Module mit dann zusammen 600 MW Leistung in einem Gebäude untergebracht werden sollen. Ende 2016 wurde die Zulassung des Modells für den US-Markt beantragt, am in Idaho vorgesehenen ersten Bauplatz wurden 2017 Umweltgutachten erstellt.[1] Die Zulassung wird für den November 2022 erwartet.[7]
  • Rolls-Royce hat einen Druckwasserreaktor als SMR mit einer elektrischen Leistung von 470 MW entwickelt. Die Einzelteile der Reaktorblöcke sollen sich mit einem Lkw transportieren lassen und in Massenproduktion hergestellt werden.[8] Die Zulassung im Vereinigten Königreich soll bis 2024 erfolgen, der erste Reaktor 2029 ans Netz gehen.[9]
  • Schwimmende SMR werden z. B. von der kanadischen Firma Dunedin Energy Systems für abgelegene Bergbauprojekte in den USA sowie als „Integraler Leichtwasser-Reaktor“ vom chinesischen Nuclear Power Institute in Chengdu in Kooperation mit der britischen Lloyd’s Register entwickelt. Dabei müssen solche Anlagen nicht nur den Sicherheits-Vorgaben der IAEO genügen, sondern auch denen der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation IMO, die dafür mittlerweile einen vorläufigen Anforderungskatalog aufgestellt hat; allerdings sind hier noch weitere Regularien und technische Anforderungen notwendig, z. B. auch für den Fall des Sinkens der Anlagen. Dabei steht die internationale Genehmigungspraxis insgesamt vor der Herausforderung der vorgesehenen länderübergreifenden standortgebundenen und hochstandardisierten Produktionen, also quasi von Typ- statt Einzelzulassungen.[1]

Mögliche Standorte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kanada, die USA und das Vereinigte Königreich fördern die Entwicklung von SMRs mit öffentlichen Mitteln.[11] Im Streit um die Kernenergie in Belgien wurde 2021 in einem regierungsinternen Kompromiss 100 Millionen Euro Fördermittel für die Forschung zur Entwicklung kleinerer modularer Kernreaktoren vorgesehen.[12] Interessenbekundungen und Vorverträge existieren Stand September 2022 auch für Polen,[13] Rumänien,[14] Estland,[15] Tschechien[16][17], Schweden[18] und die Niederlande.[19]

Bewertung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hat am 10. März 2021 ein umfangreiches Gutachten präsentiert, das 136 verschiedene historische sowie aktuelle Reaktoren bzw. SMR-Konzepte betrachtet, 31 davon besonders detailliert. Das vom Öko-Institut im Auftrag des BASE erstellte Gutachten liefert eine Einschätzung zu möglichen Einsatzbereichen, der Endlagerfrage, Sicherheitsfragen und der Proliferations-Gefahr.[20][21]

Ergebnisse des Gutachtens sind unter anderem:

  • Um weltweit dieselbe elektrische Leistung zu erzeugen wie mit üblichen Atomkraftwerken, wäre der Bau von vielen tausend bis zehntausend SMR-Anlagen notwendig.
  • Gegenüber Atomkraftwerken mit großer Leistung könnten zwar einzelne SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile erzielen, da sie pro Reaktor ein geringeres radioaktives Inventar aufweisen. Die hohe Anzahl an Reaktoren, die für die gleiche Produktionsmenge an elektrischer Leistung notwendig ist, erhöht das Risiko jedoch insgesamt um ein Vielfaches.
  • Anders als teilweise von Herstellern angegeben, muss davon ausgegangen werden, dass bei einem schweren Unfall die radioaktiven Kontaminationen deutlich über das Anlagengelände hinausreichen.
  • Durch die geringe elektrische Leistung sind bei SMR die Baukosten relativ betrachtet höher als bei großen Atomkraftwerken. Eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Atomindustrie legt nahe, dass im Mittel 3.000 SMR produziert werden müssten, bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde.
  • Bei einem Wiedereinstieg in die Atomenergie wären wiederum lange Betriebs-, Sicherheits- und Störfallrisiken in Kauf zu nehmen. Umfangreiche Zwischenlager- und Brennstofftransporte wären weiterhin erforderlich. Auch ein Endlager wäre in jedem Fall weiter erforderlich.
  • Die Verwendung von bereits vorhandenen Uranreserven durch Partionierungs- und Transmutations-Konzepte (P&T) ist nur anwendbar für abgebrannte Brennstäbe. Allerdings wurden 40 Prozent davon in Deutschland bereits wiederaufgearbeitet. Die daraus entstandenen verglasten Abfälle wären nicht für P&T-Verfahren zugänglich.
  • Zwar könnten bestimmte Transurane wie Plutonium in ihrer Menge reduziert werden, auf der anderen Seite würde jedoch die Abfallmenge für andere langlebige radioaktive Spaltprodukte ansteigen, z. T. sogar um bis zu 75 Prozent (Cäsium-135) gegenüber der ohne P&T einzulagernden Menge.
  • Schließlich bliebe die Gefahr, dass das im P&T-Verfahren notwendigerweise abzutrennende Plutonium leichter für Waffenherstellung zugänglich wäre.

In der kritischen Gesamtbewertung heißt es: Keine der diskutierten Technologien ist derzeit und absehbar am Markt verfügbar. Gleichzeitig werden sie mit ähnlichen Versprechen wie zu den Reaktoren in den 1950ern und 1960er Jahren des vergangenen Jahrhunderts angepriesen.[22]

Dokumentationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c deutschlandfunk.de, Wissenschaft im Brennpunkt, 16. Juli 2017, Dagmar Röhrlich: Schöne neue Reaktorwelt (30. Juli 2017)
  2. Argentinisches Wirtschaftsministerium: Reactor argentino CAREM – La construcción en fotos. Abgerufen am 17. März 2021 (spanisch).
  3. China's HTR-PM reactor achieves first criticality : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 14. September 2021, abgerufen am 24. September 2022.
  4. The Shandong Shidao Bay 200 MWe High-Temperature Gas-Cooled Reactor Pebble-Bed Module (HTR-PM) Demonstration Power Plant: An Engineering and Technological Innovation - ScienceDirect. In: sciencedirect.com. 2016, abgerufen am 24. September 2022.
  5. World Nuclear Association - World Nuclear Association. In: world-nuclear.org. Abgerufen am 24. September 2022.
  6. a b China starts construction of demonstration SMR : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 13. Juli 2021, abgerufen am 9. Juli 2022.
  7. US regulator to issue final certification for NuScale SMR : Regulation & Safety - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 2. August 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  8. Rolls-Royce plans mini nuclear reactors by 2029, BBC vom 24. Januar 2020
  9. Rolls-Royce hopes for UK SMR online by 2029 : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 19. April 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  10. USA: Atomfirma von Bill Gates plant Reaktor in Wyoming. In: Der Spiegel. Abgerufen am 3. Juni 2021.
  11. Which countries are investing most in small modular reactors? In: weforum.org. 13. Januar 2021, abgerufen am 24. September 2022.
  12. Belgium agrees to close controversial ageing nuclear reactors. In: BBC News. 23. Dezember 2021, abgerufen am 23. Dezember 2021 (englisch).
  13. NuScale, KGHM agree to deploy SMRs in Poland : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 14. Februar 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  14. Romanian-Polish cooperation on NuScale SMR deployment : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 7. September 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  15. Fermi Energia to evaluate NuScale SMR for Estonia : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 25. August 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  16. Rolls-Royce SMR has signed a Memorandum of Understanding (MoU) with Czech nuclear engineering and manufacturing firm Škoda JS. - Rolls Royce SMR. In: rolls-royce-smr.com. 5. September 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  17. Atomkraft: Erstes europäisches Mini-AKW soll in Südböhmen entstehen. In: heise.de. 23. September 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  18. Kärnfull teams up with GEH for SMR deployment : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 14. März 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  19. Constellation to help Dutch Rolls-Royce SMR deployment : New Nuclear - World Nuclear News. In: world-nuclear-news.org. 15. September 2022, abgerufen am 24. September 2022.
  20. Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung einer Anwendung von SMR-Konzepten (Small Modular Reactors). BASE, März 2021
  21. Für die Zukunft zu spät. Süddeutsche Zeitung, 9. März 2021
  22. Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung: Small Modular Reactors – Was ist von den neuen Reaktorkonzepten zu erwarten? 10. März 2021, abgerufen am 16. März 2021.