Dual Fluid Reactor: Das etwas andere Atomkraftwerk

In Berlin haben Forscher einen neuen Reaktor entwickelt. Der Dual Fluid Reactor verarbeitet Atommüll und soll Endlager überflüssig machen.
Der Dual Fluid Reactor soll die Atomkraft revolutionieren. (Foto: Dual Fluid Energy Inc.)
Der Dual Fluid Reactor soll die Atomkraft revolutionieren. (Foto: Dual Fluid Energy Inc.)

Altes Fabrikgebäude, neue Technik: eine typische Berliner Gewerbeeinheit, ausgehendes 19. Jahrhundert, bunte Ziegel. Zweiter Hinterhof, vierter Aufgang, unterm Dach. Hier im ehemaligen Arbeiterstadtteil Wedding ist das Büro einer Firma, die den Atomreaktor neu gedacht hat. Überschaubare Größe, hoch effizient, sicher – und vor allem weniger strahlenden Abfall soll der Dual Fluid Reactor produzieren.

Dual Fluid heißt das Unternehmen. Offizieller Sitz ist Kanada. Doch hinter der Idee stehen mehrere Kernphysiker vor allem aus Berlin. Chef Götz Ruprecht etwa. Wer jetzt einen glühenden Verfechter der Atomenergie erwartet, der sich mit Eifer in die neue Debatte einbringen will, wird enttäuscht. Hier sitzt ein Wissenschaftler, der zwar aus einer „Atomkraft? Ja, bitte”-Tasse trinkt, sonst aber sehr sachlich ist. Und man vergisst im Gespräch leicht, dass es um strahlende Materialien und gefährliche Stoffe geht.

Neuen Reaktor durch Zufall entwickelt

Also: Wie kommt man in einem Umfeld von Atomausstieg auf die Idee, einen Reaktor zu entwickeln? Eher Zufall, sagt Ruprecht. 2010 sei ein bestimmter radioaktiver Marker, der in der Krebserkennung eingesetzt werde, knapp geworden. „Wir haben einen Weg gesucht, ihn anders herzustellen.” Ihre Lösung sei dafür nicht effizient gewesen, habe sich aber bei näherer Betrachtung als innovativer Reaktor erwiesen. Daraus entstand vor einem Jahr Dual Fluid Inc. in Kanada, unter anderem, „weil die Behörden dort der Kernenergie offener gegenüberstehen”.

Der DFR (Dual Fluid Reactor, Zwei-Flüssigkeiten-Reaktor) gehört zu den sogenannten Smart Modular Reactors (SMR), an denen in vielen Ländern der Welt geforscht wird. Konkurrenten von Dual Fluid sind zum Beispiel TerraPower in den USA, an der Bill Gates beteiligt ist, Terrestrial Energy aus Kanada oder Rolls-Poyce aus Großbritannien.

Moderne Reaktoren sind kleiner als die bisherigen Anlagen

Es gibt unterschiedliche Konzepte, etwa mit Brennstäben oder mit speziellem Salz als Kühlflüssigkeit. Gemein ist ihnen, dass sie deutlich kleiner sind als klassische Anlagen und in Serie hergestellt werden sollen, um die Kosten niedrig zu halten.

Bei großen Einzelanlagen, das hat sich in den vergangenen Jahren immer wieder gezeigt, steigen die Baukosten rasant, zudem verzögert sich die Fertigstellung: Flamanville 3 in Frankreich sollte 2012 fertig sein und 3,4 Milliarden Euro kosten. Jetzt wird mit dem Netzanschluss für 2023 gerechnet, die Kosten liegen bei 12,7 Milliarden Euro. Neubauprojekte werden überwiegend von Staaten garantiert, etwa in China oder Großbritannien. Privatinvestoren ist das Risiko zu hoch.

Dual Fluid Reactor: Betrieb mit aufbereitetem Atommüll

Der DFR wird mit zwei Kreisläufen betrieben: einer mit flüssigem Uran, das mit Chrom vermischt ist; der zweite mit flüssigem Blei als Kühlmittel. Blei und Uran berühren sich im Reaktor dank einer besonderen Röhrenkonstruktion nicht. Das Blei nimmt die Wärme der Kettenreaktion auf und gibt sie über einen Wärmetauscher dann etwa an Wasser ab. Damit kann dann zum Beispiel eine konventionelle Turbine für die Stromerzeugung betrieben oder Wärme im industriellen Maßstab geliefert werden.

Befeuert wird der Reaktor direkt mit Uran oder aufbereitetem Atommüll. Die Brennelemente-Fertigung entfällt, wie auch die Anreicherung von Uran, wie sie für klassische Brennstäbe in Atomkraftwerken nach einer bestimmten Zeit nötig ist. „Unsere Anlage nutzt auch 100 Prozent des Urans. In heutigen Druckwasser-Reaktoren wird nur fünf Prozent genutzt, 95 Prozent sind Abfall”, sagt Ruprecht. „Eine Verschwendung.” Die Anlage regelt sich selbst auf eine konstante Betriebstemperatur: Steigt die Temperatur in der Uran-Flüssigkeit, dehnt sie sich aus, das verlangsamt die Kettenreaktion, die Temperatur sinkt wieder. Teure Regeltechnik entfällt.

Sehr hohe Energieausbeute

Das alles führt Ruprecht zufolge dazu, dass die Anlage um ein Vielfaches effizienter ist als ein klassisches Atomkraftwerk. Der Erntefaktor liegt Ruprecht zufolge bei 1000 oder deutlich darüber. Er gibt das Verhältnis an zwischen erzeugter Energie und der Energie, die nötig ist, um die Anlage zu bauen und zu warten, Uran zu schürfen, nach der Betriebszeit alles wieder abzureißen. Für herkömmliche Anlagen liegt er bei 100, bei Gaskraftwerken bei 28, bei Kohlekraftwerken demnach bei 30. Wind, Fotovoltaik und Biomasse liegen im einstelligen Bereich. Es geht rein um die Energieausbeute, nicht berücksichtigt ist die Endlagerfrage.

Weil die Energieausbeute hoch ist, kann die DFR-Anlage klein sein. „Bei einem Zehntel der Größe klassischer Kernreaktoren brauchen sie auch nur ein Zehntel der Materialmenge.” Die Kosten für den Bau sinken drastisch, besonderes Material wird erschwinglich. „ Wir können Material verwenden, dass im herkömmlichen Kraftwerksbau nicht eingesetzt wird, industriell aber schon länger verfügbar ist”, sagt Ruprecht, spezielle Silikatrohre aus der Glasindustrie zum Beispiel. Das ist auch nötig: Die Anlage wird bei 1000 Grad betrieben.

Dual Fluid Reactor bietet Strom für eine halbe Million Haushalte

Zwei Größen kann Dual Fluid sich vorstellen: Eine mit einer elektrischen Leistung von 300 Megawatt. Der Reaktor hat einen Durchmesser von etwa 1,2 Metern. Die Strommenge könnte eine halbe Million Haushalte versorgen. Und eine mit 1,5 Gigawatt, zu der auch eine eigens entwickelte Anlage gehören soll, die automatisch alte konventionelle Brennelemente zerlegt, aufbereitet und das Uran dann als Brennstoff bereitstellt. Hier hat der Reaktor einen Durchmesser von gut drei Metern.

Der Dual-Fluid-Chef geht davon aus, dass es zehn Jahre dauert, bis die 300-Megawatt-Anlage in Serie gehen kann. Die Investitionen dafür beziffert er auf rund zehn Milliarden kanadische Dollar (rund sieben Milliarden Euro).

Dauerhaftes Endlager wird überflüssig

Bleibt die Endlagerfrage: „Die Problematik haben wir bei klassischen Anlagen, weil nicht alles in den Brennstäben verbrannt wird”, sagt Ruprecht. Die Zeit, bis der radioaktive Müll die Strahlung von natürlichem Uran hat, beträgt mehrere 100.000 Jahre. „Unsere Spaltprodukte erreichen dieses Niveau schon nach etwa 300 Jahren”, sagt der Kernphysiker. „Ein dauerhaftes Endlager ist damit überflüssig.”

Bisher gibt es den Reaktor nur auf dem Papier, allerdings in zehn Jahren intensiv durchgerechnet. „Wir wollen jetzt einen Demonstrationsreaktor in kleinem Maßstab bauen, um zu zeigen, dass die Anlage auch im echten Betrieb funktionieren kann”, sagt Ruprecht. Wo, ist noch offen, Gespräche laufen. „Theoretisch kann das auch in Deutschland sein.” So, wie Ruprecht es sagt, wird der Test eher im Ausland laufen. Der Reaktor wird ein Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 60 Zentimetern und einer ebensolchen Höhe sein. Als technisch machbare Bauzeit für den Demonstrationsreaktor gibt Ruprecht 18 Monate an. Kostenpunkt: Einige Millionen, einschließlich Betrieb. „Wir streben an, Mitte des Jahrzehnts testen zu können.”

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