Mit Kernkraft gegen den Klimawandel?

Während Deutschland im kommenden Jahr die letzten sechs Kernkraftwerke abschaltet, hat die spanische Regierung die Laufzeit von zwei Atommeilern mit einer Leistung von insgesamt gut 2000 Megawatt um neun beziehungsweise zehn Jahre verlängert – um die Klimaziele einzuhalten und die nationale Stromversorgung zu sichern. Und Frankreichs Wirtschafts- und Finanzminister Bruno Le Maire wiederum forderte in einem offenen Brief an die EU-Kommission einen Ausbau der Atomkraft in Europa und die Anerkennung als „nachhaltige saubere, sichere, unabhängige und wettbewerbsfähige kohlenstoffarme Energiequelle“. Unterzeichnet wurde der Brief auch von Regierungsvertretern aus Rumänien, Tschechien, Finnland, Kroatien, Bulgarien, Polen, Ungarn, Slowenien sowie derSlowakei  Technologie.

„Wenn wir den Kampf gegen den Klimawandel gewinnen wollen, brauchen wir Kernenergie“, sagt Le Maire. Auch für bezahlbaren Strom, der in Deutschland noch teurer werden könnte, wenn Kohle- zunehmend wie geplant durch Erdgaskraftwerke oder durch Erneuerbare Energien wie Sonne oder Wind ersetzt werden.

Sorgt der Kampf gegen den Klimawandel also möglicherweise für eine Renaissance der Atomkraft?

Für China ist das keine Frage mehr. Kernenergie ist für die Volksrepublik ein entscheidender Beitrag zur Erreichung des Ziels, ab 2030 die Kohlenstoffdioxid-Emissionen bei der Stromerzeugung zu reduzieren. Dabei hilft dem Land auch ein Reaktortyp, der in den 1960-er Jahren in Jülich bei Aachen entwickelt und gebaut wurde: der so genannte Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktor (HTR). 1967 ging die 15 Megawatt starke Versuchsanlage in Jülich in Betrieb, 21 Jahre später wurde sie wieder abgeschaltet. Ein 300-Megawatt-Nachfolger in Hamm-Uentrop wurde 1989 nach wenigen Jahren und mehreren Störfällen vor allem aus wirtschaftlichen Gründen stillgelegt.

Chinesen starten neuen Hochtemperatur-Reaktor

Das schreckte Nuklearforscher am Institute of Nuclear and New Energy Technology der Tsinghua University in Peking nicht ab. Zäh arbeiteten sie in den vergangenen Jahren daran, die Macken der Anlage auszumerzen. Dazu bauten sie einen zehn-Megawatt-Reaktor dieser Bauart in der Nähe von Peking. Den Höhepunkt der Entwicklung erlebt die Technik jedoch erst jetzt: Der erste von zwei zehnmal größeren HTR-PM (Hochtemperaturreaktor-Pebble Bed Module) geht derzeit in Shidaowan in Betrieb.

Die neuen Kernkraftwerke sehen wie reifere Geschwister eines HTR-Moduls aus, das Siemens einst auf der Basis des Jülicher Reaktors entwickelte, aber niemals realisierte. Noch in diesem Jahr soll der HTR-PM Strom ins Netz einspeisen. Bauherr ist der in Staatsbesitz befindliche chinesische Energiekonzern China Huaneng Group

De beiden nebeneinander stehenden chinesischen Reaktoren haben eine Leistung von jeweils 105 Megawatt. Die Reaktorkerne bestehen aus einer Schüttung von jeweils 104.000 tennisballgroßen Kugeln aus Graphit, in deren Innerem spaltbares Uran 235 fein verteilt ist. Jedes dieser winzigen Brennstoffkörnchen ist von einer Keramikhülle umgeben, damit teilweise stark radioaktive Spaltprodukte sicher eingeschlossen bleiben.

Im Laufe der Inbetriebnahme werden die so genannten Steuerstäbe, die Neutronen einfangen, langsam herausgezogen. Im Kern tummeln sich dann immer mehr Neutronen, die Urankerne spalten – es entsteht eine Kettenreaktion, die bei Bedarf durch die Steuerstäbe wieder gestoppt werden kann. Die im Kern durch die Spaltungen entstehende Wärmeenergie nimmt das Edelgas Helium auf, das durch den Kern strömt, und transportiert sie zum Wärmetauscher. Das 750 Grad Celsius heiße Gas wandelt dort Wasser in Dampf mit einer Temperatur von 566 Grad um, der in einem Turbogenerator zur Stromerzeugung genutzt wird.

Rohrpost befördert Kugeln in den Reaktor

Wenn Block 1 in Betrieb geht wird der angeschlossene Turbogenerator, der eine Leistung von 210 Megawatt hat, mit gebremster Kraft laufen. Vollgas gibt er erst, wenn der zweite Reaktor zugeschaltet wird und dessen Dampf zusätzlich genutzt werden kann.

Die Sicherheit des Reaktors basiert darauf, dass die Zahl der Kernspaltungen immer weiter abnimmt, wenn die Temperatur übermäßig stark ansteigt. Von einem bestimmten Niveau an hören die Kernspaltungen völlig auf, der Reaktor schaltet sich selbst aus. Den Brennelementkugeln machen hohe Temperaturen nichts aus. Sie vertragen locker 2500 Grad Celsius.

Die Graphitkugeln befinden sich in einem elf Meter hohen Gefäß mit einem Durchmesser von drei Metern. Mit einer Art Rohrpost werden neue Kugeln in den Behälter transportiert und auf der Schüttung abgelegt. Umgekehrt werden durch eine Schleuse Kugeln nach unten abgezogen. Haben sie mechanische Schäden werden sie aussortiert. Die übrigen werden überprüft, ob sie noch genügend Brennstoff enthalten. Wenn ja, landen sie erneut im Reaktorkern. Bei Bedarf gibt es zusätzliche Kugeln mit frischem Brennmaterial. Schadhafte und ausgebrannte Kugeln werden in strahlensichere Behälter verpackt und in Zwischenlagern aufbewahrt

Reaktor produziert Teil des Brennstoffs selbst

Ob die Chinesen eine weitere Eigenart dieses Reaktortyps ausnutzen ist noch nicht klar: Es ist möglich, zusätzlich Kugeln einzusetzen, die Thorium 232 enthalten. Das ist ein nicht-spaltbares Metall, das Neutronen einfängt, sodass es sich in spaltbares Uran 233 verwandelt. Das trägt dann zusätzlich zur Energieerzeugung bei – der Reaktor produziert einen Teil seines Brennstoffs selbst.

China hat mit dem HTR noch Großes vor. Am gleichen Standort sollen 18 weitere Module erreichtet werden, von denen jeweils sechs zu Kraftwerken zusammengefasst werden. Gemeinsam produzieren sie, so der Plan, Dampf für einen 650-Megawatt-Generator.

Auch Frankreich setzt auf Mini-Reaktoren

Die chinesischen Aktivitäten haben möglicherweise auch Frankreichs Präsidenten Emmanuel Macron inspiriert. Er will, wie er dieser Tage bekannt gab, eine Milliarde Euro in die Entwicklung eines neuen „Small Modular Reactors (SMR)“ investieren, das mit 300 Megawatt eine ähnliche Leistung hat wie der chinesische HTR-PM – der weltweit einzige Mini-Reaktor, der bislang das Prototyp-Stadium erreicht hat. Macron hält die Technik für zukunftsträchtig und spricht bereits von der „Neuerfindung“ der Kernenergie. Auch Russland will in Jakutien ein etwas kleineres Kernkraftwerk ähnlicher Art bauen, sein erstes auf dem Festland. Zwei schwimmende 40-Megawatt-Anlagen produzieren seit 2018 in der arktischen Hafenstadt Pewek Strom.

Macron lässt sich von der Kostenexplosion beim ersten Neubau eines französischen Kernkraftwerks seit 2002 offenbar nicht abschrecken. Die 1600-Megawattanlage in Flamanville kostet angeblich viermal mehr als beim Baubeginn 2004 veranschlagt worden war. Der französische Hersteller Areva geht jetzt davon aus, dass der Reaktor 2023 in Betrieb geht, lange nach drei später begonnenen baugleichen Anlagen in Finnland und China.