Small Modular Reactor

Small Modular Reactors (SMR, deutsch „kleine modulare Reaktoren“) sind Kernspaltungsreaktoren, die kleiner als herkömmliche Reaktoren sind und die daher in einer Fabrik hergestellt und dann an einen Montageort gebracht werden können. Sie sollen einen geringeren Aufwand vor Ort, eine höhere Risiko-Eindämmungseffizienz und eine höhere Sicherheit der verwendeten Kernmaterialien ermöglichen. SMR wurden auch vorgeschlagen, um Finanzierungsprobleme zu umgehen, von denen konventionelle Kernreaktoren mit größerer Leistung und um ein Vielfaches höheren Investitionskosten betroffen sind.

Eigenschaften

Für SMRs gibt es verschiedene Entwürfe, von verkleinerten Versionen bestehender Kernreaktordesigns bis hin zu völlig neuen Entwürfen der vierten Kernkraftwerks-Generation. Es wurden sowohl thermische Neutronenreaktoren als auch schnelle Neutronenreaktoren vorgeschlagen. Weltweit werden derzeit (2017) von verschiedensten Firmen rund 60 SMR-Konzepte entwickelt, wobei die ersten diesbezüglichen Ideen und Entwürfe auf die 1950er-Jahre zurückgehen. Dabei gehen optimistische Schätzungen davon aus, dass 2035 knapp zehn Prozent aller neu gebauten Kernkraftwerke SMR sein werden. Sie sollen die Atomenergie rehabilitieren und auch Kritiker überzeugen, indem sie als so sicher bezeichnet werden, dass im Falle eines Atomunfalls keine Evakuierungszonen mehr notwendig seien; außerdem seien sie eine perfekte Kombination mit den erneuerbaren Energien, da sie im Gegensatz zu großen (Kern-)Kraftwerken flexibel, nämlich im Falle von Produktions- und Nachfrageschwankungen schnell ab- oder zuschaltbar seien. Nach Analysen der OECD-Nuklearsparte soll ihr Potenzial in Stromnetzen mit einem hohen Anteil an Erneuerbaren sogar am größten sein. Auch ihre Entsorgung mit dem Abwracken könne problemlos in einer Fabrik durchgeführt werden.

Projekte

Prototypen

• Das schwimmende Kernkraftwerk Akademik Lomonossow hat als Ersatz für das Kernkraftwerk Bilibino 2020 die Strom- und Wärmeversorgung von Pewek, einer 4.000-Einwohner-Stadt in Sibirien an der Tschuktschensee sowie angrenzender Bergwerke übernommen. Es wurde seit 2007 im St. Petersburger Hafen auf einer 150 m langen Barke mit zwei Druckwasserreaktoren vom Typ KLT-40C mit je 35 MW Leistung gebaut.

• Carem-25 (Leistung 27 MW) in Argentinien, von der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEO) als Forschungsreaktor titulierter Prototyp für einen kleinen Druckwasserreaktor. Baubeginn war 2014, bei einem geschätzten Baufortschritt von rund 60 %, wurde im August 2020 die neue Bauphase mit Nucleoeléctrica Argentina SA als Auftragnehmer fortgesetzt.

• 2021 wurden in China die ersten zwei HTR-PM-Reaktoren in Betrieb genommen. Die zwei Kugelhaufen-Reaktoren mit jeweils 250 MW thermischer Leistung treiben zusammen eine Turbine mit 210 MW elektrischer Leistung an.

• Im Jahr 2021 wurde in Hainan mit dem Bau eines ACP100 mit dem Namen Linglong One begonnen. Mit einer elektrischen Leistung von 125 MW soll der Reaktor jährlich 1 TWh an Strom erzeugen.

Weitere Projekte

• Das in Corvallis (Oregon) ansässige Start-up Nuscale Power mit EU-Büro in London entwickelt kleine, gebrauchsfertig zu liefernde Reaktormodule mit einer Leistung von 50 MW und einem „integralen Reaktorbehälter“, worin sich Reaktorkern, Dampferzeuger sowie Primärkreislauf zusammen befinden, die sonst getrennte Einheiten bilden. Einzelne Module sollen sich mit 4,5 m Breite und 22 m Höhe per Schwertransport an ihre Einsatzorte bringen lassen, wo bis zu zwölf voneinander unabhängig arbeitsfähige Module mit dann zusammen 600 MW Leistung in einem Gebäude untergebracht werden sollen. Ende 2016 wurde die Zulassung des Modells für den US-Markt beantragt, am in Idaho vorgesehenen ersten Bauplatz wurden 2017 Umweltgutachten erstellt. Die Zulassung wird für den November 2022 erwartet.

• Rolls-Royce hat einen Druckwasserreaktor als SMR mit einer elektrischen Leistung von 470 MW entwickelt. Die Einzelteile der Reaktorblöcke sollen sich mit einem Lkw transportieren lassen und in Massenproduktion hergestellt werden. Die Zulassung im Vereinigten Königreich soll bis 2024 erfolgen, der erste Reaktor 2029 ans Netz gehen.

• Schwimmende SMR werden z. B. von der kanadischen Firma Dunedin Energy Systems für abgelegene Bergbauprojekte in den USA sowie als „Integraler Leichtwasser-Reaktor“ vom chinesischen Nuclear Power Institute in Chengdu in Kooperation mit der britischen Lloyd’s Register entwickelt. Dabei müssen solche Anlagen nicht nur den Sicherheits-Vorgaben der IAEO genügen, sondern auch denen der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation IMO, die dafür mittlerweile einen vorläufigen Anforderungskatalog aufgestellt hat; allerdings sind hier noch weitere Regularien und technische Anforderungen notwendig, z. B. auch für den Fall des Sinkens der Anlagen. Dabei steht die internationale Genehmigungspraxis insgesamt vor der Herausforderung der vorgesehenen länderübergreifenden standortgebundenen und hochstandardisierten Produktionen, also quasi von Typ- statt Einzelzulassungen.

• Im Jahr 2021 beschloss TerraPower den Bau eines Small-Modular-Flüssigsalzreaktors in den USA.

Mögliche Standorte

Kanada, die USA und das Vereinigte Königreich fördern die Entwicklung von SMRs mit öffentlichen Mitteln. Im Streit um die Kernenergie in Belgien wurde 2021 in einem regierungsinternen Kompromiss 100 Millionen Euro Fördermittel für die Forschung zur Entwicklung kleinerer modularer Kernreaktoren vorgesehen. Interessenbekundungen und Vorverträge existieren Stand September 2022 auch für Polen, Rumänien, Estland, Tschechien, Schweden und die Niederlande.

Bewertung

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hat am 10. März 2021 ein umfangreiches Gutachten präsentiert, das 136 verschiedene historische sowie aktuelle Reaktoren bzw. SMR-Konzepte betrachtet, 31 davon besonders detailliert. Das vom Öko-Institut im Auftrag des BASE erstellte Gutachten liefert eine Einschätzung zu möglichen Einsatzbereichen, der Endlagerfrage, Sicherheitsfragen und der Proliferations-Gefahr.

Ergebnisse des Gutachtens sind unter anderem:

• Um weltweit dieselbe elektrische Leistung zu erzeugen wie mit üblichen Atomkraftwerken, wäre der Bau von vielen tausend bis zehntausend SMR-Anlagen notwendig.
• Gegenüber Atomkraftwerken mit großer Leistung könnten zwar einzelne SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile erzielen, da sie pro Reaktor ein geringeres radioaktives Inventar aufweisen. Die hohe Anzahl an Reaktoren, die für die gleiche Produktionsmenge an elektrischer Leistung notwendig ist, erhöht das Risiko jedoch insgesamt um ein Vielfaches.
• Anders als teilweise von Herstellern angegeben, muss davon ausgegangen werden, dass bei einem schweren Unfall die radioaktiven Kontaminationen deutlich über das Anlagengelände hinausreichen.
• Durch die geringe elektrische Leistung sind bei SMR die Baukosten relativ betrachtet höher als bei großen Atomkraftwerken. Eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Atomindustrie legt nahe, dass im Mittel 3.000 SMR produziert werden müssten, bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde.
• Bei einem Wiedereinstieg in die Atomenergie wären wiederum lange Betriebs-, Sicherheits- und Störfallrisiken in Kauf zu nehmen. Umfangreiche Zwischenlager- und Brennstofftransporte wären weiterhin erforderlich. Auch ein Endlager wäre in jedem Fall weiter erforderlich.
• Die Verwendung von bereits vorhandenen Uranreserven durch Partionierungs- und Transmutations-Konzepte (P&T) ist nur anwendbar für abgebrannte Brennstäbe. Allerdings wurden 40 Prozent davon in Deutschland bereits wiederaufgearbeitet. Die daraus entstandenen verglasten Abfälle wären nicht für P&T-Verfahren zugänglich.
• Zwar könnten bestimmte Transurane wie Plutonium in ihrer Menge reduziert werden, auf der anderen Seite würde jedoch die Abfallmenge für andere langlebige radioaktive Spaltprodukte ansteigen, z. T. sogar um bis zu 75 Prozent (Cäsium-135) gegenüber der ohne P&T einzulagernden Menge.
• Schließlich bliebe die Gefahr, dass das im P&T-Verfahren notwendigerweise abzutrennende Plutonium leichter für Waffenherstellung zugänglich wäre.

In der kritischen Gesamtbewertung heißt es: Keine der diskutierten Technologien ist derzeit und absehbar am Markt verfügbar. Gleichzeitig werden sie mit ähnlichen Versprechen wie zu den Reaktoren in den 1950ern und 1960er Jahren des vergangenen Jahrhunderts angepriesen.

Dokumentationen

• Mini-Kernkraftwerke: Der Weg aus der Klimakrise? Terra X vom 2. Juni 2021, Länge: 18 min, verfügbar bis 2. Juni 2031