Mehrere Zukünfte der Kernkraft

Während eines Großteils des Atomzeitalters lautete die zentrale Debatte der Branche, wie man Reaktoren baut. Eine grundlegendere Frage rückt nun ins Licht: Hätten die Reaktoren, welche die Flotte der Welt beherrschen, überhaupt das Ziel sein sollen?

Es ist eine seltsame Frage an eine bewährte Technik. Druckwasser- und Siedewasserreaktoren erzeugen rund ein Zehntel des weltweiten Stroms und nahezu ein Viertel seiner kohlenstoffarmen Leistung. Sie haben Tausende von Reaktorjahren im Betrieb verbucht, gewaltige industrielle Lieferketten aufgebaut und Generationen regulatorischer Prüfung überdauert. Nach fast jedem Maßstab gehören sie zu den erfolgreichsten Energietechniken, die je im Einsatz waren.

Doch betrachtet man die Geschichte aus einem anderen Winkel. Die Entwürfe, die moderne Netze betreiben, wurden in den 1950er- und 1960er-Jahren ersonnen. Ihr Brennstoff wird zu keramischen Pellets gepresst, in Metallrohre eingeschlossen und von Wasser gekühlt, das unter rund dem 150-Fachen des Atmosphärendrucks steht. Die Details haben sich verbessert, doch die zugrunde liegende Architektur käme den Ingenieuren, die vor mehr als einem halben Jahrhundert die ersten kommerziellen Reaktoren bauten, augenblicklich bekannt vor.

Das Auffällige ist nicht, dass Ingenieure immer wieder Alternativen vorschlagen. Es ist, dass die Branche nach sechzig Jahren Fortschritts in Werkstoffwissenschaft, Computermodellierung, Fertigung und Chemie überwältigend einer einzigen Familie von Entwürfen verhaftet bleibt – ein Feld, das beinahe alles neu erfunden hat außer der Maschine in seinem Zentrum.

Die Erklärung ist nicht Stillstand. Es ist, dass die erfolgreichste Technik selten die eleganteste ist. Es ist meist jene, die das größte Ökosystem um sich versammelt.

Dem ersten Atomzeitalter fehlte es nicht an Ideen. Ingenieure erkundeten unter anderem gasgekühlte, natriumgekühlte, Schwerwasser-, Brüter- und Salzschmelze-Konzepte. Doch Leichtwasserreaktoren genossen eine entscheidende Verbindung aus Glück und Schwung: Sie ritten auf den Rockschößen des Marineantriebs, zogen massive staatliche Investitionen an, sammelten früh Betriebserfahrung und wurden zur Vorlage, um die herum sich Regulierer, Versorger, Brennstofflieferanten und Universitäten organisierten. Sobald dieses Ökosystem bestand, konkurrierte ein rivalisierender Entwurf nicht mehr gegen einen anderen Reaktor. Er konkurrierte gegen eine ganze Zivilisation angehäufter Expertise.

Heute öffnet eine wachsende Riege von Unternehmen und Forschungsprogrammen Fragen erneut, die erledigt schienen. Sie bieten nicht eine Vision der Zukunft, sondern mehrere – jede gegen eine andere Schwäche der Gegenwart gerichtet.

Ein Lager argumentiert, der Reaktor sei nie das Problem gewesen. Aus dieser Sicht geht es bei den Nöten der Branche um Baukosten und Projektausführung, und die Lösung besteht nicht darin, die Kernkraft neu zu erfinden, sondern sie zu vereinfachen. GE Hitachi, Holtec und andere bauen kleinere Leichtwasserreaktoren, die viel vom bestehenden Brennstoffkreislauf, vom regulatorischen Rahmen und von der Betriebsphilosophie beibehalten, während sie den Einsparungen von Standardisierung und modularer Fertigung nachjagen. Hier sieht die Zukunft der Kernkraft ihrer Vergangenheit sehr ähnlich, nur kompakter und leichter zu bauen.

Ein zweites Lager richtet den Blick auf den Brennstoff. Herkömmliche Reaktoren entziehen dem geförderten Uran weniger als ein Prozent der darin gebundenen Energie, ehe der Brennstoff aus dem Dienst genommen wird. Das ist eine Entscheidung, kein Mangel: Der Durchlaufzyklus erkauft Einfachheit und Berechenbarkeit. Schnelle Reaktoren stellen diesen Handel infrage. Indem sie mit energiereicheren Neutronen laufen, können sie demselben Brennstoff weit mehr Energie abringen und zugleich den Bestand an langlebigem transuranischem Abfall verkleinern. TerraPowers natriumgekühltes Natrium gehört weitgehend in diese Tradition, ebenso die vielen Brüterprogramme vor ihm.

Ein drittes Lager stellt die Architektur selbst infrage. Warum sollte Kernbrennstoff als feste Pellets in Metallstäben sitzen? Warum muss das Kühlmittel unter außerordentlichem Druck laufen? Warum nicht ein geschmolzenes Salz, das bei Atmosphärendruck und weit höheren Temperaturen flüssig bleibt?

Diese Fragen führen zurück zum Molten Salt Reactor Experiment am Oak Ridge National Laboratory in den 1960er-Jahren, das zeigte, dass ein mit flüssigem Salz betriebener Reaktor laufen kann. Die Idee lag dann jahrzehntelang weitgehend brach. Sie ist mit Wucht zurückgekehrt. Die meisten modernen Nachfahren nutzen Fluoridsalze – namentlich FLiBe, eine Mischung aus Lithium- und Berylliumfluoriden –, die heiß laufen, ihren flüssigen Zustand unter Bedingungen halten, die einen herkömmlichen Reaktor bezwingen würden, und einen Sicherheitsnachweis versprechen, der auf Chemie ruht statt auf unter Druck gespeichertem Wasser. Für ihre Befürworter liegt der Reiz nicht nur in der Effizienz, sondern in der Eleganz.

Doch selbst innerhalb der Salzschmelze-Welt herrscht Uneinigkeit darüber, was als Nächstes kommt.

Das führt uns zu einem der ehrgeizigeren Vorhaben, die nun laufen: dem Molten Chloride Reactor Experiment, kurz MCRE – einer von Southern Company geführten Zusammenarbeit mit TerraPower, CORE POWER und dem US-Energieministerium, die am Idaho National Laboratory zusammengebaut wird. Wo die meisten Salzkonzepte ein thermisches Neutronenspektrum mit Fluoridsalzen paaren, verfolgt das MCRE ein schnelles Spektrum mit Chloridsalzen. Einem Außenstehenden klingt der Unterschied obskur. Einem Reaktorkonstrukteur markiert er einen anderen Satz von Prioritäten: Fluoridsalze erben die Vision von Oak Ridge; Chloridsalze versuchen, sie zu erweitern.

Ein schnelles Chloridsystem verspricht, mehrere reizvolle Eigenschaften in einem Entwurf zu bündeln – die hohen Temperaturen der Salzschmelze samt der Brennstoffökonomie eines schnellen Reaktors. Im Prinzip könnte es Material verbrennen, das heute als Abfall behandelt wird, Lagerbestände langlebiger Transurane verringern und dem Uran weit mehr Wert abpressen.

Die Formulierung „im Prinzip“ verdient ihr Gewicht.

Was das MCRE interessant macht, ist nicht, was seine Ingenieure ihm zutrauen, sondern was sie einräumen, noch nicht zu wissen. Ob ein Chloridreaktor eine Kettenreaktion aufrechterhalten kann, steht nicht in Zweifel; das hat die Physik längst geklärt. Die offene Frage ist, ob sich das umgebende Ökosystem zum Funktionieren bringen lässt. Heiße Chloridsalze sind für Strukturmetalle erbarmungslos korrosiv. Die Brennstofffertigung wird noch erfunden – erst kürzlich stellte das Team in Idaho die ersten Chargen Chlorid-Brennstoffsalz her, die je für einen schnellen Reaktor gefertigt wurden, und Dutzende weitere sind nötig, bevor das Experiment überhaupt die Kritikalität erreichen kann. Manche Entwürfe stützen sich auf Chlor-37, ein Isotop, das in kommerziellen Mengen kaum existiert. Instrumente müssen Bedingungen überstehen, die nichts in einem herkömmlichen Kern gleicht, und Regulierer müssen eine Technik beurteilen, für die es fast keine Betriebspräzedenz gibt.

In diesem Sinne gehört das MCRE zu den ehrlicheren Projekten der fortschrittlichen Kernenergie. Es ist ein unterskaliges, zeitlich begrenztes Experiment in Werkstoffen, Chemie und Machbarkeitsnachweis – kein Kraftwerk in Wartestellung – und es gibt nicht vor, die Antworten bereits in der Hand zu haben. Es existiert gerade deshalb, weil es sie nicht hat.

Die tiefere Lehre ist, dass Gesellschaften die Erfindung feiern und die schwerere Arbeit unterschätzen, das Ökosystem um sie herum zu bauen: die Metallurgie, die Chemie, die Lieferketten, die Genehmigungsrahmen und die Betriebsabläufe – von denen jeder einzelne eine ansonsten solide Idee versenken kann.

Die Zukunft der Kernkraft wird daher wohl kein einzelner Sieger gegen ein Feld von Verlierern sein. Die Ansätze lösen nicht dasselbe Problem. Leichtwasserreaktoren bieten bewährte Verlässlichkeit; kleine modulare Reaktoren versprechen etwas Leichter-zu-Bauendes; schnelle Reaktoren ringen demselben Uran mehr Energie ab; Salzreaktoren mit thermischem Spektrum jagen einer einfacheren Architektur nach; Salzreaktoren mit schnellem Spektrum versuchen, Vorteile zu verschmelzen, die stets in getrennten Welten lebten.

Manche werden scheitern. Manche werden nur in Nischen Erfolg haben. Einige wenige könnten die Branche neu gestalten. Vorerst weiß niemand, welcher Entwurf in welche Kategorie fällt – und diese Ungewissheit ist kein Zeichen des Versagens. Sie ist ein Zeichen, dass die Kernkraft in eine neue Ära des Experimentierens eingetreten ist.

Jahrzehntelang lautete die prägende Frage, wie man Reaktoren besser baut. Zunehmend lautet sie, ob man überhaupt andere Reaktoren bauen soll. Die Antwort wird nicht nur über die Zukunft der Kernkraft entscheiden, sondern darüber, ob die nächsten sechzig Jahre der Reaktorentwicklung den letzten auch nur im Entferntesten gleichen.

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