TRANSATOMIC – schon wieder ein neuer Reaktortyp?

Es tut sich wieder verstärkt etwas bei der Weiterentwicklung der Reaktortechnik in den USA.

Gänzlich anders als in Deutschland, in dem man sich mehr denn je zurück ins Mittelalter träumt, setzt man in USA verstärkt auf die Ausbildung junger Ingenieure und Wissenschaftler und ermutigt sie, eigene Unternehmen zu gründen. Eines der Programme ist das Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear (GAIN), des U.S. Department of Energy (DOE). Vereinfacht gesagt, gibt es dort Gutscheine, die die (sonst kostenpflichtige) Nutzung staatlicher Forschungseinrichtungen durch Unternehmensgründungen ermöglichen. Acht solcher „Gutscheine“ im Gesamtwert von zwei Millionen Dollar gingen an sog. startups aus der Kerntechnik.

Eines dieser jungen Unternehmen der Kerntechnik ist Transatomic Power Corporation (TPC). Wie so oft in den USA, ist es eine Gründung von Absolventen des MIT. Glückliches Amerika, in dem noch immer tausende junger Menschen bereit sind, sich den Strapazen eines Kerntechnik-Studienganges aussetzen, während man hierzulande lieber „irgendwas mit Medien“ studiert. Allerdings kennt man in den USA auch keine Zwangsgebühren zur Schaffung von hoch dotierten Nachrichtenvorlesern und Volksbelehrern. Jeder Staat setzt halt seine eigenen Prioritäten.

Noch etwas ist in den USA völlig anders. Das junge Unternehmen hat bereits mehrere Millionen Dollar privates Risikokapital eingesammelt. Es braucht noch mehr Kapital und hat deshalb ein Papier veröffentlicht, in dem das Konzept seines Reaktors näher beschrieben ist. Sicherlich ein erhebliches wirtschaftliches Risiko. Man vertraut offensichtlich darauf, mangelnde „Geldmacht“ durch Schnelligkeit kompensieren zu können. Erklärtes Ziel ist es, möglichst schnell einen kleinen Versuchsreaktor mit 20 MWth zu bauen. Das erste kommerzielle Kraftwerk soll rund 500 MWel (1250 MWth.) Leistung haben und rund zwei Milliarden Dollar kosten.

Abgebrannte Brennelemente als Brennstoff

Der Reaktor ist vom Typ „molten salt“. Der Brennstoff wird in geschmolzenem Salz gelöst, welches gleichzeitig dem Wärmetransport dient. Populär ist dieser Reaktortyp im Zusammenhang mit Thorium gemacht worden. Man beschränkt sich hier bewußt auf Uran als Brennstoff, um auf die dafür vorhandene Infrastruktur zurückgreifen zu können. Thorium wird eher als Option in ferner Zukunft gesehen.

Der besondere Charme dieses Konzeptes liegt in der Verwendung abgebrannter Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren als Brennstoff. Solche abgebrannten Brennelemente bestehen zu rund 95% aus Uran-238 und etwa je einem Prozent Uran-235 und Plutonium. Der Rest sind Spaltprodukte als Abfall. Das klassische Modell, wie es z.B. in Frankreich praktiziert wird, ist die Wiederaufbereitung nach dem Purex-Verfahren: Man erhält sehr reines Uran, welches als Ersatz für Natururan wieder in den Kreislauf zurückgeführt wird und reines Plutonium, welches als Mischoxid zu neuen Brennelementen verarbeitet wird. Die Spaltprodukte mit Spuren von Aktinoiden werden verglast und als Atommüll endgelagert. Für diese chemischen Prozeßschritte (Wiederaufbereitungsanlage) geht man von Kosten in Höhe von 1300 bis 3000 US-Dollar pro kg aus. Bei heutigen Preisen für Natururan eine unwirtschaftliche Angelegenheit. Deshalb füllen sich die Lager mit abgebrannten Brennelementen auch weiterhin. Allein in den USA lagern über 70.000 to ausgedienter Brennelemente. Für die „Zwischenlagerung“ in Behältern (ähnlich den Castoren in Deutschland) geht man von etwa 100 Dollar pro kg aus. Für die „Entsorgung“ haben sich bereits über 31 Milliarden US-Dollar Rücklagen angesammelt – was etwa 400 Dollar pro kg entspricht.

Wem es gelingt, einen Reaktor zu bauen, der die abgebrannten Brennelemente „frißt“, ist in der Rolle einer Müllverbrennungsanlage: Er wird für die Beseitigung des Mülls bezahlt und kann sich mit seinem Preis an den anderen Möglichkeiten (z. B. Müllkippe) orientieren. Die entstehende Wärme ist umsonst. Die elektrische Energie aus der „Müllbeseitigung“ ist ein weiteres Zubrot. Es kommt lediglich darauf an, eine besonders günstige „Müllverbrennungsanlage“ zu bauen. Genau an diesem Punkt, setzt TPC an.

Das Transatomic Konzept

Die Angst vor dem „Atommüll“ wird mit seiner Langlebigkeit begründet. Es gibt wahrlich gefährlichere Stoffe, als abgebrannte Brennelemente. Solange man sie nicht aufisst, sind sie recht harmlos. Es ist aber die berechtigte Angst, ob man diese Stoffe für Jahrmillionen sicher von der Biosphäre fern halten kann, die viele Menschen umtreibt. Spaltprodukte sind in diesem Sinne kein Problem, da sie in wenigen hundert Jahren faktisch von selbst verschwunden sind. Jahrhunderte sind aber durch technische Bauwerke (Kathedralen, Pyramiden etc.) oder natürliche Barrieren (einige hundert Meter gewachsene Erdschichten) sicher beherrschbar.

Man kann aber alle langlebigen Aktinoide durch Spaltung in kurzlebige Spaltprodukte umwandeln und dabei noch riesige Mengen Energie erzeugen – am besten in einem Kernkraftwerk. Ein solcher Reaktor muß besonders sparsam mit den bei einer Spaltung freiwerdenden Neutronen umgehen, um möglichst viele andere Kerne umzuwandeln und letztendlich zu spalten.

  • Spaltprodukte haben teilweise sehr große Einfangquerschnitte. Mit anderen Worten, sie wirken parasitär indem sie wertvolle Neutronen „wegfangen“. Die Konsequenz ist eine integrierte Wiederaufbereitung. Dies läßt sich nur über eine Brennstofflösung erreichen.
  • Es dürfen nur möglichst wenig Neutronen das System verlassen. Dazu muß man den Reaktor mit einem Reflektor versehen, der die Neutronen wieder in den Reaktor zurück streut. Idealerweise verwendet man dafür ebenfalls Uran, damit nicht zurück streubare Neutronen bei ihrem Einfang wenigstens neuen Spaltstoff – hier Plutonium – erzeugen.
  • Bei Reaktoren mit festen Brennstoffen, kann man die Spaltstoffe nicht kontinuierlich ersetzen. Man benötigt deshalb zu Anfang eine Überschußreaktivität. So zu sagen, mehr Spaltstoff als eigentlich zuträglich ist. Diese Überschußreaktivität muß durch Regelstäbe und abbrennbare Gifte kompensiert werden: Wertvolle Neutronen werden unnütz weg gefangen.

Will man mit möglichst geringer Anreicherung auskommen – was einem bereits abgebrannten Brennelement entspricht – muß man zwingend auf ein thermisches Neutronenspektrum übergehen. Sogenannte „Schnelle Brüter“ erfordern eine zweistellige Anreicherung. Also wesentlich höher, als sie in einem frischen Brennelement für einen Leichtwasserreaktor vorliegen. Man kann in einem thermischen Reaktor zwar nicht brüten – also mehr Spaltstoff erzeugen als beim Betrieb verbraucht wird – aber fast genau soviel erzeugen, wie verbraucht wird. Man muß es auch gar nicht, da ja der „Atommüll“ noch Spaltstoff enthält.

Wieviel wird nun gespart?

Ein heutiger Leichtwasserreaktor produziert pro 1000 MWel etwa 20 to abgebrannter Brennelemente pro Jahr. Geht man von einer direkten Endlagerung aus, ist dies die Menge „Atommüll“ die in ein Endlager muß. Erzeugt man die gleiche elektrische Energie aus eben solchem „Atommüll“, ist diese Menge schon mal komplett eingespart.

Gleichzeitig wird aber auch der ursprünglich vorhandene „Atommüll“ in der Form abgebrannter Brennelemente weniger. Die Energie wird durch die Spaltung von Atomkernen erzeugt. Sie sind nach der Spaltung unwiederbringlich vernichtet. Wird Uran noch von vielen Menschen als natürlich und damit relativ harmlos angesehen, ist z. B. Plutonium für sie reines Teufelszeug. Genau diese Stoffgruppe dient aber bei diesem Reaktortyp als Brennstoff und wird beständig verbraucht.

Ein solcher Reaktor produziert rund 1 to Spaltprodukte pro 1000 MWel und Jahr. Die Spaltprodukte sind darüberhinaus in einigen Jahrhunderten – gegenüber 100.000den von Jahren bei Plutonium – verschwunden. In Bezug auf die Energieversorgung sind solche Reaktoren eine echte Alternative zu sog. „Schnellen Brütern“. Bereits die vorhandenen abgebrannten Brennelemente und die absehbar hinzukommenden, wären eine schier unerschöpfliche Energiequelle.

Was ist neu bei diesem Reaktortyp?

In den USA hat man über Jahrzehnte Erfahrungen mit Salzschmelzen in Versuchsreaktoren gesammelt. Hier strebt man bewußt die Verwendung von Uran und nicht von Thorium an. Dies hat bezüglich des Salzes Konsequenzen: Lithiumfluorid kann wesentlich höhere Konzentrationen Uran gelöst halten (LiF-(Actinoid)F4) als das bekanntere FLiBe-Salz. Erst dadurch ist der Einsatz abgebrannter Brennelemente (niedrige Anreicherung) möglich. Allerdings liegt die Schmelztemperatur dieses Brennstoffs bei etwa 500 °C. Ein wesentliches Sicherheitskriterium ist daher, Verstopfungen in Kanälen und Rohrleitungen durch Ablagerungen, sicher zu vermeiden.

Als Moderator sollen Stäbe aus Zirconiumhydrid eingesetzt werden. Sie wirken wie „umgekehrte Regelstäbe“: Je tiefer sie in die Schmelze eingetaucht werden, um so mehr Neutronen werden abgebremst und die Spaltungsrate erhöht sich. Die Moderation solcher Stäbe ist gegenüber früher verwendetem Graphit so viel besser, daß fast der doppelte Raum für die Salzschmelze bei einem vorgegebenen Reaktorvolumen zur Verfügung steht. Ein weiterer wichtiger Schritt zu der Verwendung von „Atommüll“ als Brennstoff.

Die integrierte Wiederaufbereitung

Die Spaltprodukte müssen kontinuierlich aus der Salzschmelze entfernt werden. Sie wirken nicht nur parasitär, sondern stellen auch das eigentliche Sicherheitsproblem dar. Je weniger Spaltprodukte gelöst sind, um so weniger Radioaktivität könnte bei einem Störfall freigesetzt werden.

Etwa 20% der Spaltprodukte sind Edelgase. Sie sollen mit Helium aus der Salzschmelze abgeschieden werden und anschließend in Druckgasflaschen gelagert werden.

Rund 40% der Spaltprodukte sind Metalle, die Kolloide in der Schmelze bilden. Sie sollen mit Geweben aus Nickel ausgefiltert werden.

Der Rest – hauptsächlich Lanthanoide – sind sehr gut in der Salzschmelze gelöst. Sie sollen mittels flüssigen Metallen extrahiert werden und anschließend in eine keramische Form zur Lagerung überführt werden.

In der Abscheidung, Behandlung und Lagerung der Spaltprodukte dürfte die größte Hemmschwelle bei der Einführung von Reaktoren mit Salzschmelzen liegen. Welcher Energieversorger will schon gern eine Chemiefabrik betreiben? Vielleicht werden deshalb erste Anwendungen dieses Reaktors gerade in der chemischen Industrie liegen.

Zusammenfassung

Der Gedanke, „Atommüll“ möglichst direkt als Brennstoff einzusetzen, hat Charme. Wirtschaftlich kommt man damit in die Situation einer Müllverbrennungsanlage. Man kann sich an den Aufbereitungs- und Entsorgungspreisen des Marktes orientieren. Diese Einnahmen sind schon mal vorhanden. Die Stromproduktion ist ein Zubrot. Es wird noch sehr viel Entwicklungszeit nötig werden, bis ein genehmigungsfähiger Reaktor vorliegt. Auch die Kostenschätzung über zwei Milliarden Dollar für den ersten kommerziellen Reaktor, ist in diesem Sinne mit der gebotenen Vorsicht zu betrachten. Allerdings handelt es sich bei diesem Reaktor nicht um ein Produkt einer „Erfindermesse“. Man hat sehr sorgfältig den Stand der Technik analysiert und bewegt sich auf allen Ebenen auf dem machbaren und gangbaren Weg. Es ist nur zu hoffen, daß diesem jungen Unternehmen noch etwas Zeit verbleibt, bis es – wie so viele vor ihm – auf und weg gekauft wird.

Weltweit tut sich etwas in der Entsorgungsfrage: Salzbadreaktoren, Entwicklung metallischer Brennstoffe – sogar für Leichtwasserreaktoren – und abgespeckte chemische Wiederaufbereitungsverfahren in Rußland.

Brexit und der atomare Schirm

Seltsamerweise fehlt in den unzähligen Kommentaren zum geplanten Austritt Großbritanniens aus der EU völlig der Aspekt der „atomaren Sicherheit“ in Europa.

Großbritannien zählt zu den vier „echten Atommächten“ in der Welt. Zwar mutet die Anzahl der Sprengköpfe (GB: 215, Frankreich: 300) klein gegenüber der von Rußland und den USA (USA: 7000, Rußland: 7290) an, sie verfügen aber ebenfalls über Atom-U-Boote mit Interkontinentalraketen. Alle vier lassen diese U-Boote monatelang sich in den Weltmeeren verstecken. Sie sind dadurch nahezu unzerstörbar und es ergibt sich daraus die gesicherte Zweitschlagfähigkeit – das Fundament jeder nuklearen Abschreckung. Wenn jemand das Mutterland nuklear angreift, können diese Boote mit ihren zahlreichen Sprengköpfen auf den Interkontinentalraketen, den Angreifer ebenfalls schwer schädigen. Sowohl GB, wie auch Frankreich lassen sich diese Sicherheit zig Milliarden kosten.

Die Auswirkungen für Europa

Bisher hatte die EU also zwei schlagkräftige atomare Säulen. Zwar haben diese beiden schon immer sehr eng zusammengearbeitet z. B. bei der Abstimmung ihrer Einsatzpläne und gemeinsame Übungen abgehalten, aber auch hier galt: Doppelt hält besser, da die Kernwaffen ausschließlich in nationaler Verfügung stehen. Ein wichtiger Aspekt, wenn man die nächsten Präsidentschaftswahlen in Frankreich einbezieht. Wahrscheinlich sind dann die gleichen Kreise, die ihre Informationen nur über den Staatsrundfunk beziehen wieder total erstaunt, wenn Marine Le Pen doch als Siegerin hervorgeht. Absehbar ist schon jetzt, daß aus dem anstehenden Wahlkampf der Front National so gestärkt hervorgehen wird, daß Frankreich in der „Europafrage“ ebenso gespalten sein wird, wie einst Großbritannien. Vorher dürfte vielleicht noch der neue Präsident der USA „The Donald“ gewählt worden sein.

Beide Politiker treten mit dem zentralen Wahlkampfslogan „Frankreich zuerst“ bzw. „USA zuerst“ an. Wahrscheinlich sind sie gerade deswegen für weite Bevölkerungsschichten so attraktiv. Jedenfalls stehen beide dem (derzeitigen) Europa äußerst skeptisch gegenüber. Wenn man über Kernwaffen nachdenkt, sollte man den alten KGB-Fuchs Putin nicht vergessen: Er hat Marine Le Pen finanziert und sieht auch (noch) in „The Donald“ seinen Lieblingskandidaten. Ein möglichst schwaches und zerstrittenes Europa, das seinen Expansionsgelüsten nichts entgegensetzt, ist sein Traum. Erinnern wir uns nur an den „Maidan“. Genau der Wunsch nach Europa war die einende Parole die das Regime in der Ukraine zu Fall brachte.

Die Rolle Deutschlands

Deutschland hat keine eigenen Kernwaffen. Dies hat eine Menge Geld gespart. Zusätzlich stand es unter dem atomaren Schutzschild der USA. Noch heute sind Atombomben der USA auf deutschem Boden gelagert. Dies wird sich ändern. Zukünftig wird man für den Schutz bezahlen müssen. Donald Trump hat in seinem Wahlkampf bereits klare Aussagen dazu gemacht. Er fordert ein viel stärkeres Engagement der Bundeswehr nicht nur in Osteuropa, sondern auch im nahen Osten. Die Zeiten, in denen sich Deutschland auf seine Vergangenheit berufen und die Kriege den „cowboys“ überlassen konnte – um sie anschließend auch noch heftig dafür zu beschimpfen – sind vorbei.

Eine Marine Le Pen wird aus der gleichen Einstellung heraus ähnlich reagieren. Selbst französische Sozialisten neiden immer mehr die „reichen Deutschen“ und ihre mit dem Euro wedelnde „Madame Merkel“. Es wird einsam werden in Europa. Putin wird keine Gelegenheit auslassen unsere osteuropäischen Nachbarn weiter zu bedrohen. Er stellt gerade Kurzstreckenraketen – die sich auch mit Kernwaffen bestücken lassen – in Kaliningrad (Königsberg und nördliches Ostpreußen) auf. Eine alte sowjetische Taktik: Die selektive Bedrohung mit Kurz- und Mittelstreckenraketen um den „Schutzschirm“ aus Interkontinentalraketen auszuhebeln und die Nationen zu spalten. Die Reaktion der USA ist erwartungsgemäß: Man prüft gerade, ob man nicht das israelische Iron Dome System anschafft um es an der polnischen Grenze zu stationieren. Das Wettrüsten ist auch in Europa wieder eröffnet. Wenn ihnen jetzt ein „Putinversteher“ erzählt, dies sei nur eine notwendige Reaktion auf die Stationierung der Raketenabwehr in Rumänien, einfach mal einen Globus in die Hand nehmen. Rumänien liegt ziemlich genau in der Mitte einer ballistischen Flugbahn zwischen Teheran und Brüssel. Von diesem Standort aus, könnte man höchstens Raketen aus Moskau gegen Libyen abfangen. Man kann mit kinetischer Munition (der regenschirmartige Kopf der Abfangrakete muß möglichst frontal auf den einfliegenden Sprengkopf treffen um ihn sicher zu zerstören) nur in eng begrenzten Winkeln Wirkung erzielen.

Denkbare Szenarien

Es ist besser, sich im Vorfeld ausgiebig Gedanken zu machen, als Probleme aussitzen zu wollen und erst wenn die Hütte brennt der (ausschließlich) aktuellen Mehrheitsmeinung zu folgen. Wie politisch kontrovers Fragen besonders zu Kernwaffen in Deutschland ausgetragen werden, zeigte der „NATO-Doppelbeschluss“. Der damalige Kanzler Helmut Schmidt bezahlte seine Standfestigkeit letztlich mit dem Verlust seines Amtes und die SPD mit der Konkurrenz durch die Neugründung der Grünen-Partei. Auch heute erscheint es nicht unwahrscheinlich, daß die Linken wieder hunderttausende als Drohkulisse gegen „Atombomben“ auf die Straßen bringen.

Die Rest-EU

Vielleicht muß man schon sagen: … Da waren es noch 27. Eins scheint fest zu stehen, je stärker die brüsseler Bürokraten an ihren Sesseln kleben und ein „weiter so“ proklamieren, um so mehr Nationen werden sich mit Grauen abwenden. Dies wird um so mehr geschehen, wenn sich der (wirtschaftliche) Untergang Großbritanniens als Wunschdenken herausstellt. Was wäre eigentlich, wenn im Gegenteil das Wirtschaftswachstum in GB stärker als in der EU wachsen würde? Eine wesentliche Argumentation der Brexit Befürworter war doch gerade, sich den Weltmärkten stärker öffnen zu wollen. Das letzte Argument der EU wäre auch noch weg. Warum sollte beispielsweise das Finanzzentrum London ausgerechnet in die Hoch-Steuerregionen mit sozialistischer Grundhaltung, Frankfurt und Paris abwandern?

Europa wird sich geographisch nicht verändern. Die Bedrohung durch Putin wird bleiben. Schon die Euro-Zone ist eine eigene Organisationsform innerhalb eines angeblich „vereinten“ Europas. Selbst die Schweiz und Norwegen gehören eher zu einem Kerneuropa als ausgerechnet Griechenland. Demgegenüber hat Großbritannien eine – in jeder Beziehung – engere Bindung zu den USA, als es Frankreich je haben wird. Kommen noch sicherheitstechnische Überlegungen hinzu, könnte es schnell zu wesentlich engeren Bindungen zwischen Osteuropa, Skandinavien und den USA mit GB kommen. Demgegenüber wird die „Deutsch-Französische-Freundschaft“ unter den ewigen Gegensätzen dieser beiden Kontinentalmächte auf eine harte Probe gestellt werden. Das Verhältnis zwischen „Madame Le Pen“ und „Madame Merkel“ wird eher zum Stutenbeißen generieren.

Die Schottland Frage

Wenn man sich anschaut, mit welcher Einfältigkeit Brüssel eine schottische Provinzpolitikerin hofiert, kann man nur staunen. Der Wunsch sich aus dem Vereinigten Königreich zu lösen, um sich ausgerechnet Brüssel anzuschließen, stärkt durchaus eine schottische Verhandlungsposition, befriedigt aber bestenfalls europäische Eitelkeiten.

In Schottland liegt die gesamte britische „Atomflotte“. Diese Tatsache hat schon in der letzten Abstimmung eine wesentliche Rolle gespielt. Würde sich Schottland wirklich vom UK abspalten, käme dies einer Errichtung des Hadrianswalls gleich.

Darüberhinaus besitzt Schottland eine außerordentliche geostrategische Bedeutung. Durch das Tor Grönland-Island-Schottland muß die russische Flotte durchschlüpfen – wie einst Hitlers Flotte – um in den Vorgarten der USA zu gelangen. Dies hat Konsequenzen bis Australien, Neuseeland und Indien. Jedes Schiff, was im Atlantik gebunden ist, fehlt im Pazifik gegen China. Schottland würde also seine herausragende Rolle innerhalb des Commonwealth mit einem Platz am Katzentisch der EU eintauschen.

Das Japanmodell

In Japan wird immer offener eine Bewaffnung mit eigenen Kernwaffen als Reaktion auf die Bedrohung durch China und Nordkorea diskutiert. Im Land der ersten Atombombenabwürfe wahrlich keine emotionslose Frage.

Bisher konnte diese Frage durch immer engere Bindung an die USA und prompte militärische Reaktionen auf Provokationen – insbesondere aus Nordkorea – im Zaum gehalten werden. Allerdings nur um den Preis massiver Aufrüstung mit den daraus resultierenden Militärausgaben. Japan unterhält heute (wieder) eine der schlagkräftigsten Flotten und Luftwaffen der Welt. Mal sehen, wie das in Deutschland, in dem immer noch vom Ende eines kalten Krieges und der Friedensdividende geschwafelt wird, durchsetzbar wäre. Je mehr sich Deutschland vom Westen isoliert, um so höher wird der Preis, den es zahlen muß.

Die Konsequenzen

Europa ist viel, viel mehr, als ein bischen Reisefreiheit und eine (noch einigermaßen) stabile Währung. England gehört zu Europa. Geographisch unverrückbar und historisch seit zwei Jahrtausenden. Es ist auch nicht die Idee eines freien und friedlichen Europas seiner Völker gescheitert. Gescheitert ist lediglich die Wahnvorstellung eines zentralistischen Staatenbreis, nach Vorbild der Sowjetunion. Genau dieses Modell eines Multi-Kulti-Gebildes, welches nur durch eine zweifelhafte (sozialistische) Ideologie zusammengepreßt wird, ist mit Jugoslawien und eben der Sowjetunion, blutig gescheitert. All die europäischen Diven, die jetzt aus gekränkter Eitelkeit eine schmutzige Scheidung herbeireden, seien eindringlich vor den Konsequenzen gewarnt. Auch hier ist GB wieder demokratisches Vorbild: Alle Politiker – oder sollte man besser Versager sagen – sind von ihrem Volk abgestraft worden und müssen sich nun nach neuen Posten umschauen. Oh, hätten doch Merkel, Junker und Co eine solche Größe.