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Small Modular Reactors Zehn Jahre nach Fukushima: Weltweit sind zahlreiche kleine Kernkraftwerke geplant

In Argentinien wird gerade der Kleine Modulare Reaktor Carem-25 gebaut
In Argentinien wird gerade der Kleine Modulare Reaktor Carem-25 gebaut
© Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)
Während Deutschland seine Atommeiler stilllegt, planen andere Länder ganz besondere: Kleine, moderne Kernkraftwerke sollen Strom beispielsweise in abgelegenen Regionen erzeugen. Doch wesentliche Probleme sind auch bei ihnen noch nicht gelöst.

Vor Russlands Nordküste schwimmt ein kleines Atomkraftwerk. China möchte noch in diesem Jahr einen kleinen Kugelhaufenreaktor in Betrieb nehmen. Und auch Argentinien baut derzeit einen Zwerg-Atommeiler. Zehn Jahre nach der Atomkatastrophe von Fukushima setzen zahlreiche Länder nicht nur weiterhin auf große, sondern auch auf sogenannte Kleine Modulare Reaktoren (Small Modular Reactors) - kurz SMR. Die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) in Wien listet über 70 verschiedene SMR aus rund 20 Ländern auf, die eröffnet, im Bau, überwiegend aber in Planung sind.

Die Teile für diese kleinen Kraftwerke sollen einmal in Fabriken gebaut, zu einem beliebigen Ort transportiert und dort zusammengesetzt werden – daher der Name modular. Ein Fernziel ist eine Serienproduktion, ähnlich der von Flugzeugen. Ob die SMR aber wirklich sicherer sind, wie die Erbauer versprechen, hängt von vielen Faktoren ab.

Einige Atomenergie-Experten jubeln: «Die einzigartigen Eigenschaften der SMR in Bezug auf Effizienz, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit könnten sie in die Position bringen, eine Schlüsselrolle in der Wende zu sauberen Energien zu spielen», sagt der Leiter für Kerntechnik-Entwicklung bei der IAEA, Stefano Monti.

Auch der Ingenieurwissenschaftler Esam Hussein von der University of Regina in Kanada ist der Ansicht, dass kleine Modulare Reaktoren eine nachhaltige Entwicklung unterstützen könnten. Sie könnten die Treibhausgasemissionen senken und soziale Gerechtigkeit ermöglichen, indem sie isolierte, ärmere und benachteiligte Gemeinden zuverlässig mit Strom versorgen, schreibt er im Journal «Physics Open».

Das modulare Design gebe zugleich die Möglichkeit, einzelne Teile zu erhalten, zu reparieren, zu recyceln und technische Erneuerungen besser aufzunehmen. Doch Hussein mahnt: Man dürfe in Bezug auf Sicherheit nicht von den großen auf die kleinen schließen, weil sie viele neue Eigenschaften hätten. Zudem müsse Uran in vielen Ländern importiert werden.

Das erste kleine Atomkraftwerk ist seit Mai 2020 in Russland in Betrieb

Zu den Kleinen Modularen Reaktoren zählt die IAEA solche mit einer Leistung bis zu 300 Megawatt (MW), in Ausnahmefällen auch etwas mehr. Zum Vergleich: Die sechs noch in Deutschland betriebenen Kraftwerke haben laut Umweltministerium zwischen 1300 und 1500 MW Leistung. Die letzten sollen Ende 2022 vom Netz gehen.

Der erste SMR ist im Mai 2020 in Betrieb gegangen und ist nahe der Stadt Plewek im äußersten Nordosten Russlands verankert. Insgesamt 70 Megawatt Leistung haben die beiden Blöcke des schwimmenden, 144 Meter langen Kolosses. Das Kraftwerk «Akademik Lomonossow» berge allein schon wegen seiner Lage besondere Gefahren, sagt Heinz Smital, Atomexperte von Greenpeace. «Abgebrannte Kernbrennstäbe müssen erstmal an Bord bleiben. Das Kraftwerk soll nur alle zehn Jahre von Schleppern zurückgezogen und der Abfall entsorgt werden.» Das Abklingbecken auf der Plattform sei nicht so gut geschützt wie solche an Land. «Bei einem Unfall hat man vor Ort zudem kaum Bordmittel und die Helfer müssen von weit her kommen.»

Die beiden Druckwasserreaktoren des Kraftwerks arbeiten im Prinzip wie die großen: Im Reaktorkern wird Wasser erhitzt. Es gibt seine Wärme an einen benachbarten Wasserkreislauf ab, dessen Dampf Turbinen zur Stromerzeugung antreibt. Fünf der sechs verbliebenen Reaktoren in Deutschland zählen auch zu diesem Reaktortyp. Doch es gibt viele weitere Ideen.

Das schwimmende Atomkraftwerk mit dem Namen "Akademik Lomonossow" wird zu seinem endgültigen Standort nahe der russischen Stadt Pewek gebracht
Das schwimmende Atomkraftwerk mit dem Namen "Akademik Lomonossow" wird zu seinem endgültigen Standort nahe der russischen Stadt Pewek gebracht
© Rosatom

Das zweite SMR soll dieses Jahr in China in Betrieb gehen: Im Hochtemperatur-Kugelhaufenreaktor HTR-PM ist Uran in etwa tennisballgroßen Graphitkugeln verpackt - das Prinzip hatte bereits das Versuchskernkraftwerk Jülich. Bei dieser Reaktorart gebe es zwar keine Kernschmelze, aber andere Störfälle, sagt Rainer Moormann, der lange in Jülich gearbeitet hat. Es sei, so Moormann ein lobenswerter Versuch, weiter an dem Prinzip zu forschen. Bislang gebe es jedoch wenig Erfahrung damit und wenn, dann eher negative. Zudem habe der Reaktor in China keinen äußeren gasdichten Sicherheitsbehälter. «Sobald ein etwas größeres Leck auftritt, geht alles raus», sagt er mit Blick etwa auf radioaktiven Staub. «Das würde in Europa nicht mehr genehmigt werden.» Der Reaktor sei zudem deutlich teurer als andere. Auch die Müllentsorgung sei kompliziert.

Als dritter kleiner Meiler soll 2023 in Argentinien der Druckwasserreaktor Carem-25 rund 100 Kilometer nordwestlich von Buenos Aires ans Netz gehen. In Europa haben unter anderem Frankreich, Großbritannien aber auch Estland SMR-Pläne. Für Estland wäre es das erste Atomkraftwerk überhaupt. Wie viele andere Länder möchte es damit leichter auf Kohlestrom verzichten können.

Das US-Unternehmen Nuscale arbeitet schon seit über zehn Jahren an kleinen Reaktoren. Es hat Projekte unter anderem mit Kanada, Rumänien, Tschechien und der Ukraine. Je nach gewünschter Größe sollen sich bis zu zwölf seiner 77-MW-Reaktoren zusammenschließen lassen. Nuscale wirbt wie auch andere Firmen mit emissionsfreien Strom. Dabei wird bei Abbau, Verarbeitung und Transport von Uran durchaus CO2-produziert.

Sind kleine Atomreaktoren kostengünstig?

Der Wirkungsgrad von zumeist 30 bis 35 Prozent und auch der Atommüll pro Kilowattstunde seien bei kleinen Reaktoren ähnlich hoch wie bei den herkömmlichen, sagt der Atomenergie-Experte Walter Tromm vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Die SMR müssten erst noch zeigen, dass sie kostenmäßig attraktiv seien. Sie könnten von Vorteil sein, wenn es standardisierte Lizenzverfahren in allen Ländern gebe. «Aber wir sind selbst in Europa von standardisierten Lizenzen weit entfernt.»

Deutschland sei aber ohnehin draußen, meint Tromm. «Wir werden Primärenergie eventuell aus Marokko bekommen», sagte er mit Blick auf Wind- und Solarkraft und sieht es positiv. «Wenn wir den Menschen dort Autos verkaufen wollen, müssen wir ihnen auch etwas abkaufen.»

Für das schwimmende, russische Kraftwerk rechnet Greenpeace-Experte Smital vor: «Man bräuchte 20 davon, um ein deutsches zu ersetzen.» Wirtschaftlich rechne sich das in der Regel nicht. Eine Nische für sie sieht er nur für spezielle Anwendungen etwa in unwirtlichen Gegenden. «Die USA und Russland setzen auf Kleine Modulare Reaktoren, die in der Arktis Energie und Wärme liefern sollen – ausgerechnet auch für die Ausbeutung abgelegener Öl- und Gasfelder.» Doch damit werde der etwaige Nutzen der Reaktoren für das Klima ad absurdum geführt. Zudem: Atomenergie könne ohnehin nur mit staatlicher Förderung existieren, die weit größer sei als die für Erneuerbare Energien.

Sind kleine modulare Reaktoren sicherer?

Auch kleine Kraftwerke könnten bei Unfällen recht viel radioaktives Material freisetzen, sagt Edwin Lyman, Atomkraftexperte der Organisation Union of Concerned Scientists. Der Block 1 von Fukushima sei auch relativ klein gewesen, habe aber dennoch einen großen Beitrag zur Kontamination außerhalb des Geländes gehabt. Er hatte eine Bruttoleistung von 460 MW. Die meisten SMR-Projekte hätten pro Einheit jedoch eine Leistung von 100 MW oder darunter, sagt Lyman.

Viele Konstrukteure sähen bei den SMR dennoch große Verbesserungen in der Sicherheit: Im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktoren hätten die meisten SMR Elemente für eine passive Kühlung - die keine Stromzufuhr etwa für Wasserpumpen benötigt. «Einige werden sogar so konstruiert, dass sie in der Lage sind, einen Fukushima-ähnlichen Verlust der Stromversorgung für lange Zeit zu überstehen», sagt Lyman. In Fukushima war am 11. März 2011 durch Erdbeben und Tsunami ein Großteil des zur Kühlung nötigen Stroms ausgefallen, was zu Kernschmelzen führte.

KIT-Experte Tromm verweist ebenfalls auf die Vorteile einer passiven Kühlung bei einem Kernschmelzunfall. Bedeutend sei aber auch die kleinere Leistung der SMR, so dass im Fall eines solchen Unfalls natürlich weniger Wärme entstehe. Daher könne durch die Kühlung des Reaktordruckbehälters von außen eine etwaige Kernschmelze innerhalb des Behälters stabilisiert werden.

Lyman zeigt jedoch eine Parallele zwischen alten und neuen Kraftwerken auf: «Die Sicherheit eines jeden Kernreaktors kann herausgefordert werden, wenn dieser schwerwiegenderen Faktoren ausgesetzt ist als denen, für die er ausgelegt wurde. Das wird für SMR genauso gelten wie für Fukushima.» Um die Sicherheit von Kernkraftwerken signifikant zu erhöhen, solle man auch Sicherheitszuschläge bei deren Bau und Betrieb einbeziehen, die auch Unbekanntes berücksichtigten.

«Ein Problem ist, dass Strom von SMR teurer sein wird als Strom von größeren Reaktoren, daher versuchen Anbieter die Kosten zu reduzieren indem sie bei der Sicherheit sparen», befürchtet Lyman. «SMR sind kein Allheilmittel für die Wirtschafts- und Sicherheitsprobleme, denen wir mit der Atomkraft gegenüber stehen.»

«Im Wesentlichen beruhen die Kleinen Modularen Reaktoren auf alten Konzepten», sagt Smital von Greenpeace. Einiges habe es schon in ähnlicher Form in den 50er Jahren gegeben. «Viele meinen jedoch, aus alten Fehlern gelernt zu haben und bessere Steuerungstechnik als damals zu entwickeln», ergänzt Smital und ist sicher: «Da wird man noch viel Lehrgeld zahlen müssen.» Zudem: «Ohne staatliche Finanzierung steigt dort niemand ein.»

Und der Müll?

Bei kleinen Atomkraftwerken komme pro erzeugter Kilowattstunde nicht nur etwa gleich viel Atommüll heraus wie bei den großen, «auch die Art und Weise des Mülls bleibt sehr ähnlich», sagt Smital und betont: «Es gibt weltweit noch kein Endlager für hochradioaktive Abfälle.»

Selbst ein viel versprechendes finnisches Konzept stehe in Frage, weil das dort vorgesehene Kupfer schneller erodiere als gedacht. «Die große Kunst ist, ein langfristiges Endlager zu finden», sagt auch KIT-Experte Tromm.

Simone Humml, dpa

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