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Atomenergie: Mini-Atommeiler sollen Großkraftwerke ersetzen

Kraftwerke zum Vergraben  

Mini-Atommeiler sollen Großkraftwerke ersetzen

14.11.2008, 11:35 Uhr | Spiegel Online

Von Holger Dambeck

Auf ihrer Website wirbt die US-Firma mit einem Mini-Atommeiler, der in der Erde vergraben wird (Grafik: Hyperion Power Generation)Auf ihrer Website wirbt die US-Firma mit einem Mini-Atommeiler, der in der Erde vergraben wird (Grafik: Hyperion Power Generation) Sieht so die Energie-Revolution aus? Eine US-Firma will Mini-Atomreaktoren demnächst massenhaft verkaufen. Die kleinen Meiler sollen 20.000 Haushalte mehrere Jahre lang mit Strom und Wärme versorgen, nahezu wartungsfrei arbeiten und absolut sicher sein.

Das Konzept ist bestechend einfach: bestellen, vergraben, ans Strom- und Wärmenetz anschließen, fertig. So stellt sich die Firma Hyperion Power Generation aus dem US-Bundesstaat New Mexico die Zukunft der Energieversorgung vor. Ermöglichen soll dies "Hyperion", ein Reaktor im Miniformat, der an den Los Alamos National Laboratories entwickelt wurde - jener riesigen Forschungseinrichtung, in der auch die erste Atombombe gebaut wurde.

Foto-Serie Atomkraft aus dem Mini-Meiler
Foto-Serie Die Schattenseiten der Atomkraft

Vergraben in der Erde

Der Mini-Meiler ist nur wenige Meter groß und könnte deshalb problemlos selbst in entlegene Gegenden transportiert werden. Zum Betrieb wird der Reaktor nach den Vorstellungen seiner Entwickler tief in der Erde vergraben. An der Erdoberfläche weisen auf seine Existenz nur Leitungen hin, mit denen die produzierte Wärme nach oben geführt wird, um damit Häuser zu heizen und einen Generator zur Stromproduktion anzutreiben.

Ein Reaktor kostet 25 Millionen Dollar

"Hyperion" soll über eine elektrische Leistung von 25 Megawatt verfügen, hinzu kommen für Wärme 70 Megawatt. Das ist nach Angaben des Herstellers genug, um 20.000 typische US-Haushalte komplett zu versorgen. 25 Millionen US-Dollar (20 Millionen Euro) soll ein Reaktor kosten - bei der großen Zahl an Haushalten, die ein Reaktor versorgt, wären die Kosten anteilig relativ gering. "Wir wollen Elektrizität an jedem Ort der Welt für zehn Cent pro Watt herstellen", sagte Firmenchef John Deal der britischen Zeitung "The Guardian".

Schon hundert Bestellungen liegen vor

Kaufen kann man den Mini-Meiler noch nicht. Laut Deal gibt es aber bereits hundert Bestellungen vor allem aus der Öl- und Energiebranche. Die erste Order von sechs Reaktoren plus einer Option auf zwölf weitere sei aus Tschechien gekommen. Es gebe auch Gespräche mit Investoren auf den Cayman-Inseln, in Panama und auf den Bahamas. Zwischen 2013 und 2023 will Hyperion Power Generation 4000 der kleinen Kraftwerke bauen und verkaufen.

Auch Mini-Meiler spaltet Kerne

In einem Kernreaktor kommt die Kettenreaktion durch Neutronen zustande, die bei der Kernspaltung entstehen und ihrerseits weitere Urankerne spalten. Dazu müssen sie allerdings abgebremst werden. Dazu ist ein sogenannter Moderator notwendig, bei dem es sich in den meisten thermischen Reaktoren um gewöhnliches Wasser handelt, manchmal auch um sogenanntes schweres Wasser oder Grafit.

Reaktor wandelt Uran in Plutonium um

In Brutreaktoren wird ein Gemisch von Uran- und Plutoniumoxid, der sogenannte Mox-Brennstoff, verwendet. Natürliches Uranerz besteht nur zu 0,7 Prozent aus dem spaltbaren Isotop Uran-235, den Rest macht das nicht spaltbaren Uran-238 aus. In einem Brutreaktor wird aber Uran-238 zu Plutonium-239 umgewandelt. In Wiederaufbereitungsanlagen kann das Plutonium abgetrennt und dann als Kernbrennstoff wiederverwendet werden. Auf diese Weise gewinnen Brutreaktoren aus dem vorhandenen Uran in etwa 30 Mal mehr Energie als Leichtwasserreaktoren.

Höhere Konzentration im "schnellen Reaktor"

Zur Kernspaltung werden nicht abgebremste, sondern schnelle Neutronen verwendet, weshalb auch vom "schnellen Reaktor" die Rede ist. Da sie allerdings mit geringerer Wahrscheinlichkeit neue Kernspaltungen auslösen, muss das Spaltmaterial im Vergleich zum thermischen Reaktor höher konzentriert werden - was wiederum dazu führt, dass es im Inneren von Brutreaktoren heißer wird als etwa in Leichtwasserreaktoren. Deshalb wird als Kühlmittel auch nicht Wasser, sondern in der Regel flüssiges Natrium verwendet.

Brutreaktoren haben höheres Risiko

Dies führt gemeinsam mit der enorm hohen Giftigkeit von Plutonium zu großen Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von Brutreaktoren. Hinzu kommt das zusätzliche Risiko der Transporte von strahlendem Material zwischen den Schnellen Brütern, Aufbereitungsanlagen und thermischen Reaktoren.

Plutonium eignet sich nicht für schnellen Bombenbau

Bei einer Uranbombe, wie sie die Amerikaner im Zweiten Weltkrieg über Hiroshima gezündet haben, reichte es bereits, eine Halbkugel des spaltbaren Materials auf einen Dorn zu schießen, die zusammen die kritische Masse für eine Atomexplosion erreichten. Mit Plutonium aber funktioniert dieses sogenannte Kanonenprinzip nicht. Terroristen müssten stattdessen zum technisch weit anspruchsvolleren Implosionsprinzip greifen: Um eine Kugel aus spaltbarem Material sind mehrere Schichten Sprengstoff angeordnet. Die Explosionsenergie komprimiert das Plutonium so stark, dass die erforderliche Dichte erreicht und die Kettenreaktion eingeleitet wird.

Unmöglich ist Missbrauch aber nicht

Ob Plutoniumdioxid aus einem Kernreaktor für eine solche Bombe geeignet wäre, hängt von mehreren Faktoren ab. "Für die Qualität für die Waffennutzung ist es zum Beispiel wichtig, wie lange der Brennstoff im Reaktor war", sagt der deutsche Atomexperte Egbert Kankeleit. Im Grunde müssten die Terroristen in der Lage sein, das Pulver in Plutoniummetall umzuwandeln. "Wer die entsprechenden chemischen Kenntnisse hat, kann das schaffen." Die größere technische Hürde sieht Kankeleit in der Konstruktion einer Implosionsbombe. "Aber wenn man Hilfe von der richtigen Seite bekommt, etwa aus Pakistan, wäre auch das kein Problem."

Katastrophen sollen nicht vorkommen

Sicherheitsbedenken weist die Firma zurück. Eine Katastrophe wie in Tschernobyl könne nicht vorkommen: Im Reaktor gebe es keine beweglichen Teile, die ausfallen könnten, betonte Deal. Gekühlt werde der Meiler mit Kalium, als Kernbrennstoff komme Uranhydrid zum Einsatz. Letzteres fungiert zugleich als Moderator, bremst also schnelle Neutronen ab. Das ist nötig, um eine Kettenreaktion in Gang zu halten - denn die dabei entstehenden schnellen Neutronen können erst dann andere Kerne spalten, wenn sie abgebremst wurden.

Hersteller: Kernschmelze unmöglich

Wegen dieses Prinzips reguliere sich der Reaktor selbst, so Deal. Im Falle einer Überhitzung sinke die Wasserstoffmenge und damit auch die Moderationsleistung, was dann die Kettenreaktion bremse. Ganz ähnlich funktionieren auch Wasserreaktoren: Bricht der Kühlkreislauf zusammen, endet die Kettenreaktion, weil das Wasser zugleich Kühlmittel und Moderator ist. Wegen der enormen Hitzeentwicklung besteht zwar das Risiko einer Kernschmelze. Bei "Hyperion" bestehe diese Gefahr allerdings nicht, wie der Hersteller betont. Denn der Mini-Reaktor sei so klein, dass er seine überschüssige Hitze an die Umwelt abgeben könne.

Wartung nur alle fünf Jahre

Der "Hyperion"-Reaktor soll im Unterschied zu großen Atomkraftwerken jahrelang praktisch wartungsfrei arbeiten. Erst nach etwa fünf Jahren müsse ein Reaktor ausgetauscht werden, erklärte Firmenchef Deal. Mit sogenannten Atombatterien, die vor allem in der früheren Sowjetunion häufig zum Einsatz kamen, hat der Meiler wenig gemein. Bei den Atombatterien wird Strom aus der Zerfallswärme radioaktiver Prozesse gewonnen, im "Hyperion"-Reaktor findet laut Firmenbeschreibung hingegen eine echte Kettenreaktion statt.

Labor hat die Rechte an Erfindung

Erfinder von "Hyperion" ist Pete Peterson, der früher an den Los Alamos National Laboratories forschte. Die Rechte an seiner Erfindung, dem "Compact Self Regulating Transportable Reactor" (Comstar), hält weiterhin das Labor. Die Rechte zur Vermarktung besitzt jedoch die Firma Hyperion, Erfinder Peterson ist dort als Chefwissenschaftler tätig.

Technik aus den fünfziger Jahren

Neu ist das Prinzip des Mini-Meilers nicht. "So etwas hat man auch schon in den fünfziger Jahren recht erfolgreich gemacht", sagt Christopher Weßelmann, Chefredakteur von "atw - Atomwirtschaft", dem Fachblatt der Kerntechnischen Gesellschaft mit Sitz in Berlin. "Kleinere Reaktoren wurden in Russland und den USA gebaut. Es ging darum, abgelegene Gebiete mit Energie zu versorgen", sagte Weßelmann im Gespräch mit "Spiegel Online". "Die Technik basiert auf Reaktoren für Atom-U-Boote."

Andere bauen an der gleichen Technik

Auch Japan hat bereits Kleinstreaktoren entwickelt. Russland will mit der Technik bis spätestens 2010 ein schwimmendes AKW bauen. Hier soll eine etwas größere Version des Mini-Meilers zum Einsatz kommen, die auf dem Wasser transportiert werden kann. Der Vorteil solch kleiner Reaktoren ist laut Weßelmann, dass sie sich selbst bei einem Ausfall der Kühlung nicht überhitzen können. Er bestätigt die Angaben des "Hyperion"-Herstellers: "Die Wärme kann über natürliche Konvektion abgeführt werden."

Risiko für Sabotage gering

Weil der Reaktor in der Erde vergraben sei, sei er besonders sicher, erklärt die Firma. Der Meiler sei bedingt durch seine Bauart auch vor Fehlbedienungen und vor Sabotageakten geschützt. Zudem bestehe keine Risiko der sogenannten Proliferation, also der Weiterverbreitung von Brennstoff für Massenvernichtungswaffen.

Zulassung ab 2012 möglich

Bis die Serienproduktion des "Hyperion Power Module" beginnen kann, muss es allerdings noch intensiv von US-Behörden überprüft werden. Nach Angaben der World Nuclear Association, einem weltweiten Zusammenschluss von AKW-Betreibern, ist eine Zulassung durch die Nuclear Regulatory Commission 2012 möglich. Dann soll auch die Serienproduktion der Meiler starten.

Betriebsdauer lässt sich strecken

Die von Hyperion angegebene mehrjährige Laufzeit, ohne den Kernbrennstoff zu wechseln, ist laut Weßelmann kein Problem. "Man kann auch bei herkömmlichen Reaktoren die Betriebsdauer strecken, indem man unterhalb der Maximalleistung bleibt. Dadurch werden die Brennelemente sogar besser ausgenutzt." Tausche man die Brennelemente nicht, sinke allerdings auch die Leistung mit zunehmender Laufzeit.

Wie lange reicht das Uran der Erde?

Eine massenhafte Verbreitung kleiner Kraftwerke hätte einige große Vorteile: Es würden weniger Überkapazitäten bei der Energieproduktion anfallen, die Stromversorgung wäre ausfallsicherer, Terroristen hätten einige verlockende Großziele weniger. Bleibt die Frage: Wie lange würde das Uran der Welt reichen, wenn viele Tausend Mini-Reaktoren weltweit eingesetzt werden? Kritiker betonen gern, dass die Atomenergie keine Zukunft habe, weil die Uranvorräte ebenso begrenzt seien wie die Öl-, Gas- und Kohleressourcen des Planeten.

Wiederaufbereitung nicht möglich

Zwar könnte das Uranerz dank der umstrittenen Wiederaufbereitung und Brutreaktoren bis zu 30 Mal länger reichen als beim ausschließlichen Einsatz von Leichtwasserreaktoren. Doch beim "Hyperion"-Reaktor würde diese Technik nicht funktionieren, wie Weßelmann betont: "Bei einer so langen Betriebszeit des Brennstoffes, wie sie in den Kleinreaktoren vorgesehen ist, wäre eine Wiederaufbereitung unmöglich."

Entsorgungsproblem bleibt nach wie vor

Dennoch seien Prognosen über die Uran-Versorgung schwierig. Noch 2006 sei die OECD davon ausgegangen, dass die Vorräte in 80 Jahren erschöpft sind, sollte die gegenwärtige Nutzung stabil bleiben. "Zwei Jahre später waren es wegen des gestiegenen Uranpreises dann 200 Jahre", so Weßelmann. Egal, wie lange es Uran für die Mini-Meiler gäbe, ein Problem lösen auch sie nicht: Wohin mit dem Atommüll?

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