Atomkraftwerke und Atommüll über Dual-Fluid-Reaktoren entsorgen

Man sucht die eierlegende Wollmilchsau

Immer wieder wird von Lobbyverbänden der Atomkraft, fossiler Energie oder der Investmentgesellschaft aus diesem Bereich – z. B. BlackRock (ehemaliger Arbeitgeber von Friedrich Merz) versucht,

– die erneuerbare Energie auszubremsen

– die Atomindustrie in Deutschland wieder einzuführen

– die fossile Energie zu fördern.

Dabei wird auch versucht das Prinzip Hoffnung anzuwenden. Teilweise wird dabei so getan, als wenn man dies heute schon könnte, was totaler Blödsinn ist.

Fakten sind anders

Der erste Prototyp wird voraussichtlich in Ruanda als Prototyp (also Versuchsreaktor) gebaut und soll frühestens 2030 fertig sein.

Das Unternehmen Dual Fluid Inc. rechnete 2022 mit einem Baubeginn eines Prototyps im Jahr 2028 und einer Bauzeit von drei Jahren. Die Entwicklungskosten für den Prototyp mit einer elektrischen Leistung von 300 MW sollen nach Angaben des Unternehmens bei ca. 6 Mrd. US$

Zum Vergleich: AKW Neckarwestheim 2.

Im Jahr 2022 produzierte es demnach knapp elf Milliarden Kilowattstunden Strom.

11 Mrd. Kilowatt = 11 Mio MW =

Eine MWh entspricht 1.000 Kilowattstunden (kWh) und 1.000.000 Wattstunden (Wh).

Eine Anlage mit 300 MW ist also nicht mehr, als eine kleine Versuchsanlage für geplante 6 Mrd. USD

Wie funktioniert in der Theorie ein Dual Fluid Reaktor?

Der Dual Fluid Reaktor arbeitet in zwei getrennten Kreisläufen – einem flüssigem Kernkreislauf und einem Kühlmittel-Kreislauf (Blei) – insgesamt also als eine Art Wärmetauscher. Das Besondere dabei ist die hohe Temperatur von mehr als 1.000 Grad Celsius

Das Dual-Fluid-Konzept wurde zunächst am Institut für Festkörper-Kernphysik gemeinnützige Gesellschaft zur Förderung der Forschung IFK mbH in Berlin entwickelt.

Im Februar 2021 gründeten einige der Mitwirkenden dort das kanadische Unternehmen Dual Fluid Energy Inc., um die Technologie zur kommerziellen Reife zu führen.

Eine im Jahr 2017 abgeschlossene Dissertation an der Technischen Universität München kommt zum Fazit, dass das Dual-Fluid-Reaktorkonzept „generell realisierbar ist und großes Potenzial hat“.

Zitat aus Wikipedia:

„Der konzipierte Reaktor soll einen flüssigen Kern und Bleikühlung haben. Aktuell sieht das Unternehmen Dual Fluid flüssiges Aktinoidenmetall als Brennstoff vor, theoretisch sollen auch Chlorsalze möglich sein. Er soll ein hartes Neutronenspektrum haben und für eine kombinierte Hochtemperaturwiederaufarbeitung die fraktionierte Destillation/Rektifikation nutzen. Das modulare Modell DF300, das zuerst realisiert werden soll, soll einen Verbrennungszyklus von einigen Jahrzehnten haben. Danach soll der Brennstoff aus dem Reaktor entfernt und in einer eigenen Recyclinganlage so aufbereitet werden, dass die noch nutzbaren Stoffe einen neuen Verbrennungszyklus durchlaufen können. Größere Dual-Fluid-Modelle sollen über eine integrierte Recyclinganlage verfügen, die den Brennstoff permanent vor Ort und im laufenden Betrieb aufbereitet. In beiden Fällen sollen nur Spaltprodukte übrigbleiben, die innerhalb von 300 Jahren auf eine Radiotoxizität unterhalb der von Natururan abklingen, ein geologisches Endlager nach den Maßstäben des Standortauswahlgesetzes sei deutlich leichter zu errichten.

Das Unternehmen bewirbt das Konzept mit herausragenden Sicherheitseigenschaften, niedrigen Kosten sowie der Fähigkeit, Transuranabfall oder abgebrannten Brennstoff aus Leichtwasserreaktoren in kurzen Zeiträumen energetisch zu verwerten und per Transmutationin besser nutzbare oder ungefährlichere Elemente umzuwandeln.

Während des Betriebs soll die Sicherheit durch einen stark negativen Temperaturkoeffizientengewährleistet werden, zudem könnte durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der flüssigen Metalle die Nachzerfallswärmevollständig passiv abgeführt werden; dadurch soll das Konzept eine sehr hohe inhärente Sicherheit aufweisen.

Als Brutreaktor soll der Dual-Fluid-Reaktor, anders als herkömmliche Leichtwasserreaktoren (LWR), nicht nur das mit einem Anteil von 0,7 % am Natururan recht seltene Uran-235 verwerten, sondern auch das weit häufigere Uran-238. Falls eine vollständige Umwandlung des gesamten Urans in Transurane mit nachfolgender Spaltung gelingt, könnte ein solcher Reaktor aus dem ungenutzten Uran-238 eines typischen abgebrannten LWR-Brennelements (ca. 1 Tonne) etwa 2,5 Jahre lang eine thermische Leistung von 1 Gigawatt gewinnen. Zudem soll der Dual-Fluid-Reaktor auch Thorium nutzen können. Damit würden die Kernbrennstoffressourcen der Erde für tausende von Jahren ausreichen.“

Welche Probleme gibt es bei Dual Fluid Reaktoren und dem Rest-Atommüll?

Genutzt werden soll hierbei Thorium.

Das chemische Element Thorium ist ein radioaktives Metall. Es wurde 1828 von dem schwedischen Chemiker Jons Jakob Berzelius entdeckt. Thorium ist in vulkanischem Gestein und in mineralischem Sand enthalten.

Thorium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Th und der Ordnungszahl 90. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Actinoide.

Thorium ist ein α-Strahler und aufgrund dieser Strahlungsart gefährlich bei Inhalation und Ingestion. Metall-Stäube und vor allem Oxide sind aufgrund ihrer Lungengängigkeit radiotoxisch besonders gefährlich und können Krebs verursachen. Das Einatmen von hohen Thoriumkonzentrationen kann zu einer tödlichen Metallvergiftung führen.

Thorium lässt sich in Kraftwerken zu einer bestimmten Form von Uran umwandeln, dem Uran-233, aus dem wiederum durch Kernspaltung Energie gewonnen werden kann. Es kann theoretisch in verschiedenen Typen von Kernreaktoren genutzt werden. Als mögliche Zukunftstechnologie, die derzeit noch erforscht wird, gelten aber vor allem sogenannte Flüssigsalzreaktoren. Die Kühlung erfolgt hierbei nicht durch Wasser. Stattdessen liegen die Brennstoffe in geschmolzenem Salz gelöst vor, das gleichzeitig die Funktion eines Kühlstoffs übernimmt.

Das Thoriumisotop ²³²Th ist mit seiner Halbwertszeit von 14,05 Mrd. Jahren noch wesentlich schwächer radioaktiv (geringere Dosisleistung) als Uran-238, da durch die längere Halbwertszeit weniger Zerfälle pro Sekunde stattfinden und auch die Konzentration der kurzlebigen Zerfallsprodukte geringer bleibt.

In einem mit Thorium betriebenen Flüssigsalzreaktor würde eine andere Art von Atommüll anfallen: Schätzungen zufolge würde dieser „nur“ einige Hundert Jahre lang Strahlung abgeben – herkömmlicher Atommüll strahlt bis zu Hunderttausende von Jahren. Dafür würden hochenergetische Gammastrahlung und Hitze entstehen.

Konventionelle Reaktoren, gleich ob sie auf Uran- oder Thorium-Brennstoff beruhen, führen zu einer radioaktiven Belastung von Luft und Wasser, in beiden Fällen besteht ein erhebliches Unglücksrisiko, speziell im Hinblick auf unkontrollierte Kettenreaktionen und im schlimmsten Fall eine Kernschmelze.

Müll müsste gekühlt werden

Korrosionsschäden durch die Salze sollen bei neuen Projekten wie dem in China durch die Verwendung anderer Materialien verhindert werden. Nach einer Einschätzung der Wissenschaftlichen Dienste würde aber wohl erst der langfristige Betrieb zeigen, ob die Korrosion dadurch sicher verhindert werden kann.

Eines der größten Probleme bei der Erzeugung von Atomstrom sind zudem die radioaktiven Abfälle, die entstehen.

In einem mit Thorium betriebenen Flüssigsalzreaktor würde eine andere Art von Atommüll anfallen:

Schätzungen zufolge würde dieser „nur“ einige Hundert Jahre lang Strahlung abgeben – herkömmlicher Atommüll strahlt bis zu Hunderttausende von Jahren.

Dafür würden hochenergetische Gammastrahlung und Hitze entstehen. Der radioaktive Müll müsste daher für eine sichere Endlagerung gekühlt werden.

Die sichere Endlagerung würde sich also noch schwieriger als bei den bisherigen Kernkraftwerken gestalten.

Keine sichere Alternative, um CO₂ einzusparen

Eine weitere Frage ist, wie hoch der CO2-Ausstoß wäre. Kernenergie gilt im Vergleich zur Nutzung von Kohle, Gas oder Öl als klimafreundlicher, ist aber nicht CO2-neutral, wenn man die gesamte Kette von der Urangewinnung bis zur Endlagerung des Mülls mitberücksichtigt. Die österreichische Umweltschutzorganisation Global schätzt, dass bei bisherigen Technologien zur Erzeugung von einer Kilowattstunde Atomstrom etwa 88 bis 146 Gramm CO₂ freigesetzt werden, bei Windkraft hingegen nur 2,8 bis 7,4 Gramm CO₂ und bei Solarenergie 19 bis 59 Gramm CO₂. Wie die Bilanz bei einem mit Thorium betriebenen Flüssigsalzreaktor ausfallen würde, dazu gibt es noch keine Daten – auch weil die Technologie bisher noch an keinem Ort der Welt langfristig kommerziell genutzt wird. Es ist aber unwahrscheinlich, dass der CO₂-Ausstoß unter dem der erneuerbaren Energie liegen würde. Ohnehin ist derzeit noch unklar, wann die Technik ausgereift genug ist, um in größerem Stil genutzt werden zu können.

In der Analyse der Wissenschaftlichen Dienste heißt es deshalb hierzu: „Die zeitlichen Entwicklungshorizonte von (Thorium-)Flüssigsalzreaktoren reichen derzeit nicht aus, um im Rahmen der CO₂-Einsparung als eine Alternative für die sichere Bereitstellung von Energie infrage zu kommen.“

Der Fakten-Check

Der nachfolgende Faktencheck ist vom BR24

Zitat Link —> https://www.br.de/nachrichten/wirtschaft/wuerden-dual-fluid-reaktoren-das-atommuell-problem-loesen-ein-faktenfuchs,TqrNeJp

Würden Dual-Fluid-Reaktoren das Atommüll-Problem lösen?

Der #Faktenfuchs hat die Aussagen von Katrin Ebner-Steiner in der BR24 Wahlarena geprüft, inwiefern die Dual-Fluid-Technologie bei der Atommüll-Problematik helfen könnte.

Von

Jana Heigl

Dieser Text ist Teil des Faktenchecks der BR24 Wahlarena vom 20.09.2023 mit Katrin Ebner-Steiner (AfD) und erstmals am 21.09.2023 erschienen.

Die Behauptung: 

Katrin Ebner-Steiner, AfD: „In der Forschung ist der Dual-Fluid-Reaktor, der kann zum Beispiel die alten Brennstäbe wiederverwerten. Da ist derzeit von deutschen Ingenieuren eine Anlage im Bau in Ruanda und es wurde auch schon in China eine Anlage gebaut basierend auf deutscher Technik, und da kann der ganze Atommüll, der bereits schon gelagert worden ist, wiederverbrannt werden.„

Der Kontext:

Ein Zuschauer fragt, ob die AfD, die Atomkraftwerke befürworte, auch Endlager in Bayern befürworte.

Richtig oder falsch?

Größtenteils richtig. Allerdings handelt es sich bei den von Ebner-Steiner angesprochenen Anlagen um Versuchsreaktoren. Fachleute sagen, dass es noch Jahrzehnte dauern wird, bevor diese Technologie zum Einsatz kommen könnte.

• Alle aktuellen #Faktenfuchs-Artikel finden Sie hier.

Die Fakten:

Es stimmt, dass Dual-Fluid-Reaktoren derzeit entwickelt werden. Die Idee solcher Flüssigbrennstoff-Reaktoren, wie sie auch genannt werden: Das radioaktive Material wird in flüssiger Form verwendet, nicht in fester Form wie bei bisher üblichen Reaktoren. Die Idee ist nicht neu. Schon in den 1950er-Jahren gab es dazu Versuche – kommerziell bewährt hat sich bislang kein Konzept.

Der Dual Fluid Reaktor soll nach Herstellerangaben sicher und effizient sein. Effizient auch deshalb, weil ein solcher Reaktor heutigen Atommüll als Brennstoff nutzen könnte. Dazu müssten die alten Brennstäbe chemisch aufbereitet werden. Der Effekt einer solchen Wiederverwertung: Es bliebe viel weniger radioaktiver Müll übrig, der weit weniger lang strahle, sagen die Entwickler.

• Wie solche Flüssigbrennstoff-Reaktoren funktionieren, können Sie in diesem BR24 Wissen-Artikel nachlesen. 

Bislang funktioniert der Dual-Fluid-Reaktor nur in der Theorie. In der Praxis müsse er sich erst noch bewähren, sagte Christoph Pistner, Bereichsleiter für Nukleartechnik und Anlagensicherheit beim Öko-Institut dem BR im April 2023. Wie der BR berichtete, mahnen Fachleute, dass die technischen Lösungen und die Wiederaufbereitung des jetzigen Atommülls anspruchsvoll und komplex seien. Es könne noch Jahrzehnte dauern, bis ein solcher Reaktortyp Strom liefern könne.

Dual-Fluid-Reaktor in Ruanda dient Versuchszwecken

Es stimmt ebenfalls, dass die Firma Dual Fluid Energy im September 2023 ankündigte, einen Reaktor zu Versuchszwecken in Ruanda zu bauen.

Ebner-Steiner erwähnte in ihrer Aussage auch eine Anlage in China. Laut einem Bericht im Fachjournal Nature experimentiert China seit 2021 mit Flüssigsalzreaktoren, speziell mit einem Thorium-Flüssigsalzreaktor. (Mehr dazu können Sie in diesem MDR-Artikel lesen.) Dieser unterscheidet sich laut einer Sprecherin der Firma Dual Fluid Energy jedoch im Aufbau grundsätzlich von dem, der gerade in Ruanda gebaut wird. Die Sprecherin sagte dem #Faktenfuchs, es handle sich bei dem Reaktor in China um einen „Monofluid-Reaktor“.

Flüssigsalzreaktoren in China erprobt – keine aktuelle Alternative

Zu Flüssigsalzreaktoren, wie dem gerade in China erprobten, heißt es in einem Bericht der Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestags von 2020: „Die zeitlichen Entwicklungshorizonte von (Thorium-)Flüssigsalzreaktoren reichen derzeit nicht aus, um im Rahmen der CO2-Einsparung eine Alternative für sichere Bereitstellung von Energie in Frage zu kommen.“