In seinem spannenden Vortrag erläuterte Prof. Dr. Michael Thorwart, welche Potenziale die Kernreaktoren der neuesten Generation IV eröffnen.
Handout zum Vortrag von Prof. Dr. Michael Thorwart, RIZ, 20. Januar 2023
In diesem Vortrag wird aufgezeigt, wie die angestrebte Energiewende weg von fossilen Energieträgern physikalisch-technisch optimal, wirtschaftlich erfolgreich und mit den geringsten Belastungen für Menschen und Umwelt durchgeführt werden kann. Die Erneuerbaren Energie Wind & Sonne haben zwei unlösbare Probleme: ihre äußerst geringe Energiedichte und ihre Volatilität („Flatterstrom“). Klimaschonende Alternativen stehen in Form von Kernreaktoren der neuesten Generation IV zur Verfügung. Im Vortrag werden neue Konzepte beleuchtet anhand von zwei ausgewählten Beispielen, dem Dual-Fluid Reaktor und dem Thorium-Salzschmelze-Reaktor.
Friedrich Merz – Bundesvorsitzender der CDU, am 24. November 2022 beim Wirtschaftsgipfel der Süddeutschen Zeitung in Berlin:
„Wind und Sonne sind so lange nicht grundlastfähig, wie sie nicht in ausreichendem, großtechnischem Umfang gespeichert werden können und das wird noch ziemlich lange dauern.“
„Und deswegen gehört in den Raum die Frage, ob wir nicht in der 4. oder 5. Generation der Kernkraftwerke auch die Verstromung in Deutschland noch einmal, jedenfalls vorurteilsfrei, diskutieren müssen.“
„Nicht das, was wir gehabt haben und jetzt noch etwas länger laufen lassen, sondern was wir mittlerweile in anderen Ländern der Welt sehen, etwa beim Thorium Reaktor oder beim Dual Fluid Reaktor.“
Kernenergie der 4. Generation
Internationales Forum „Generation IV“ (www.gen-4.org): Seit 2001 arbeiten die Vertreter von 13 Ländern (Großbritannien, Frankreich, Schweiz, USA, Japan, China, Russland, Argentinien, Brasilien, Australien, Kanada, Korea, Südafrika) und der Euratom an der Entwicklung der nächsten Generation IV der Kernreaktoren.
Es gelten Die vier Goldenen Regeln der Generation IV
1. Inhärente Sicherheit und Selbstkontrolle („walk-away safe“)
Ein GenIV-Reaktor kann per Konstruktion nicht überkritisch werden, sondern „erlischt“ von selbst bei Ausfall aller Kontrollsysteme.
2. Militärisch uninteressant („proliferationssicher“)
Ein GenIV-Reaktor ist uninteressant für die Herstellung von waffenfähigem Material.
3. Nachhaltige Lösung des Entsorgungsproblems und Nutzung des vorhandenen „Atommülls“ zur Energieerzeugung
Der Umfang der Reststoffe eines GenIV-Reaktors darf nur gering sein und Lagerzeiten von um die dreihundert Jahre (statt 300 000 Jahre) erfordern. Der vorhandene „Atommüll“ wird größtenteils zu Strom verarbeitet.
4. Höchste Wirtschaftlichkeit
Die Stromherstellungskosten sollen im Bereich weniger als 2 Cent pro Kilowattstunde liegen (Herstellungskosten Erneuerbare Energie heute 5-8 2 Cent pro Kilowattstunde)
Aktuell werden sechs Konfigurationen von Generation-IV-Reaktoren erforscht (www.gen-4.org): Reaktoren mit Helium-Kühlung flüssig und gasförmig, mit Natrium-Kühlung, mit konditioniertem Wasser, mit flüssigem Blei und mit Salzschmelzen. Es gibt weltweit ca. 50 junge, kreative Start-up Unternehmen in diesem Bereich.
(Foto: Johannes Simon, www.sueddeutsche.de)
Im Vortrag werden zwei ausgewählte Beispiele näher beleuchtet:
- Der Dual Fluid Reaktor (www.dual-fluid.com)
- Thorium-Salzschmelze-Reaktoren von CopenhagenAtomics (www.copenhagenatomics.com) Andere Unternehmen wie TerraPower von Bill Gates (www.terrapower.com) und andere verfolgen ähnliche Strategien.
Vergleich Flächenverbrauch
Vergleich Energiekosten
Vergleich Emissionen
Aufgrund der hohen Energiedichte fallen bereits beim Bau eines Dual Fluid Kraftwerks vergleichsweise wenige Emissionen an, weil es klein ist und nur wenig Materialien verbraucht. Im laufenden Betrieb sinkt der CO2-Ausstoß gegen Null.
Vergleich Energie-Erntefaktor
Marktreife
Internationale Atombehörde (IAEA) Wien: „Viele Mitgliedstaaten konzentrieren sich auf die Entwicklung kleiner modularer Reaktoren, die als fortgeschrittene Reaktoren definiert werden, die Strom von bis zu 300 MWe pro Modul erzeugen. Diese Reaktoren verfügen über fortschrittliche technische Merkmale, können entweder als Einzel- oder Mehrmodulanlage eingesetzt werden und sind so konzipiert, dass sie in Fabriken gebaut und bei Bedarf zur Installation an Versorgungs- unternehmen geliefert werden. Weltweit gibt es etwa 50 SMR-Designs und -Konzepte. Die meisten von ihnen befinden sich in verschiedenen Entwicklungsstadien und einige gelten als kurzfristig einsetzbar. Derzeit befinden sich vier SMRs in fortgeschrittenen Bauphasen in Argentinien, China und Russland, und mehrere bestehende und neue Kernenergieländer betreiben SMR-Forschung und – Entwicklung.“ (https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors)
Akzeptanz der Kernenergie in Deutschland
Die weitere und künftige Nutzung der Kernkraft ist in den meisten Parteien, teilweise auch innerhalb der CDU umstritten. Allerdings deuten alle Umfragen in der deutschen Wählerschaft auf einen Stimmungsumschwung hin. Forsa-Umfrage August 2022: „Selbst über die Hälfte der Grünen- Wählerschaft für Atomkraft. Weiter wurde aus der Umfrage erkenntlich, dass drei von vier Bürgerinnen oder Bürgern von der Regierung fordern, die geplante Abschaltung der letzten drei Atomkraftwerke zu überdenken. Während der Wert zwischen März und Mitte Juli 2022 noch maximal 70 Prozent erreichte, stieg dieser inzwischen auf 75 Prozent.“
Ntv.de zufolge „stimmten dabei auch 55 Prozent der befragten Grünen-Wählerschaft für eine Überprüfung des Atom-Ausstiegs – unter den Anhängerinnen und Anhängern der Union, FDP und AfD sprachen sich jeweils rund 90 Prozent für eine etwaige Verlängerung aus. Bei der SPD stimmten 68 Prozent dafür.“
Kernfusion?
Kürzlich wurde über ein gelungenes Experiment zur Kernfusion an der National Ignition Facility (NIF) in Kalifornien als „Durchbruch“ berichtet. Eine kommerzielle Energiegewinnung durch Fusion rückt dadurch aber nicht signifikant näher: Der Reaktor als Ganzes erzeugte bei weitem keinen Nettoenergiegewinn, denn die Messung berücksichtigte nur die zugeführte Laserenergie und die austretende Plasmaenergie – nicht aber den beträchtlichen Energiebedarf, der nötig war, um die extrem starken Laserstrahlen überhaupt zu erzeugen. Außerdem fand die Reaktion in einem winzigen Brennstoffpellet im Inneren des größten Lasers der Welt statt, dauerte nur wenige Milliardstel Sekunden und kann nur alle sechs Stunden wiederholt werden. Das macht die Reaktion für praktische Zwecke unbrauchbar. Das wesentliche und ungelöste Problem der Fusion ist ihre Ineffizienz: die Hilfsmittel, die eine Fusion erst ermöglichen (Laser oder felderzeugende Magnete), verbrauchen selbst sehr viel Energie.
Stromerzeugung Wind & Sonne und Stromverbrauch im Dezember 2022
Prof. Dr. Michael Thorwart stammt aus Haigerloch (Zollernalbkreis). Er erhielt sein Diplom in Physik 1996 an der Universität Tübingen nach einem Forschungsaufenthalt an der University of Illinois at Urbana-Champaign (USA) und wurde 2000 an der Universität Augsburg promoviert. Während seiner Tätigkeit als Wissenschaft- licher Assistent am Institut für Theoretische Physik der Universität Düsseldorf habilitierte er sich in 2006. In 2008 wurde er Arbeitsgruppenleiter am Freiburg Institute for Advanced Studies der Universität Freiburg. Er forschte in den USA, den Niederlanden, Japan, Dänemark und Frankreich. Seit 2010 ist er Professor an der Universität Hamburg. Seine Arbeitsgebiete sind Theoretische Quantenphysik und die grundlegenden Energiesammelprozesse der Photosynthese. Er ist u.a. Mitglied im DFG-Exzellenzcluster „Advanced Imaging of Matter“ und als Gutachter international tätig. Erstmals 2014 organisierte er den Energietag Zollernalb. Seit 2022 ist er Mitglied im Landesfachausschuss für Energie, Umwelt und Klimaschutz der CDU Baden- Württemberg.
Quelle: Prof. Dr. Michael Thorwart