Der Dual-Fluid-Reaktor könnte den Weg in eine emissionsarme Zukunft bereiten

Deutschland verharrt energietechnologisch in einer selbstverordneten Stagnation. Kernkraft gilt hier als grundsätzlich verwerflich. Doch ein neuartiger Reaktortyp nach dem Vorbild der Natur könnte das Dilemma zwischen Energiebedarf und Emissionsvermeidung auflösen.

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Schweizer Kernkraftwerk Leibstadt am Rhein, Dogern, Baden-Württemberg, Deutschland

Nachdem hier kürzlich vom Dilemma der bisher genutzten Energiewandlungstechnologien die Rede war, geht es heute um eine neue und andere Form der Kernenergie als Alternative.

Die Atomkerne, auch Nukleonen genannt, bilden die Basis für letztlich alle natürlichen Energien, die das Leben auf der Erde ermöglicht. Sowohl die Fusionsprozesse der Sonne als auch die Zerfallsprozesse im Erdinneren, die die Erdwärme für uns nutzbar machen, bilden den Anfang einer weiteren Kette indirekter Möglichkeiten der Nutzung von Energie für uns Menschen. Nicht nur Fusion und Zerfall von Atomkernen sind natürliche Erscheinungen, auch die Kernspaltung mittels Neutronen kann bei bestimmten Bedingungen in der Natur ganz ohne Menschen vorkommen. Mehrere so genannte Naturreaktoren setzten sich vor etwa zwei Milliarden Jahren im heutigen Gabun von selbst in Gang. In einem Gebiet hoher Urankonzentration trat eine Materialkonstellation in der Art auf, dass eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion begann und etwa 500.000 Jahre andauerte. Naheliegend ist der Gedanke, dieses Prinzip der Energieumwandlung technisch zu nutzen.

Wind und Sonne reichen nicht
Energiewende: Das Dilemma der Alternativen
Die Geschichte der Kernenergieanwendung ist seit der Entdeckung des Spaltprozesses 1938 widersprüchlich. Weit über 400 Kernkraftwerke weltweit ersparten der Atmosphäre bisher Milliarden von Tonnen an CO2. Nach einem ersten Schub des Ausbaus infolge der Ölkrise 1973 folgten Jahre der Stagnation und Rückschläge durch die Havarien in Three Mile Island, Tschernobyl und Fukushima. Nach den Pariser Klimabeschlüssen und der Fähigkeit mehrerer Länder, selbst solche Anlagen zu bauen, sind nunmehr in 21 Ländern Kernkraftwerke im Bau oder in verbindlicher Planung.

Neben dem Vorteil der emissionsarmen Energieumwandlung sind die Nachteile der bestehenden Kernkraftwerksgeneration deutlich und hindern an noch weiterem Ausbau weltweit. Insbesondere hohe Kosten für Sicherheit, Brennstoffaufbereitung und Reststoff-Handling, aber auch eine geringe Brennstoffausnutzung und mäßige Wirkungsgrade der Kraftwerksprozesse verhindern insbesondere in Schwellenländern den Einstieg in die Kernkraft – und sorgen für das Festhalten an fossilen Energierohstoffen.

Mit einem Dual-Fluid-Reaktor (DFR) würde eine große Zahl der bestehenden Nachteile aufgelöst und die Möglichkeit einer völlig neuen Kraftwerksgeneration eröffnet. Für die Technologie liegt ein internationales Verfahrenspatent vor, die prinzipielle Machbarkeit ist durch wissenschaftliche Begutachtungsverfahren auch in Publikationen belegt.

Im Gegensatz zu vorhandenen Flüssigsalzreaktoren arbeitet der DFR mit zwei Flüssigkeiten, die für ihren jeweiligen Zweck optimale Eigenschaften haben. Zum einen sorgt eine Flüssigsalzmischung für den Brennstoffumlauf, aus dem Spaltprodukte entfernt und frisches Material zugesetzt werden können. Zum anderen dient flüssiges Blei mit hoher Dichte und guter Wärmeleitfähigkeit dem Wärmetransport im Hochtemperaturbereich. Dies ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad des folgenden Wasser-Dampf-Prozesses, auch mit überkritischen Parametern. Die Energieeffizienz ist 20- bis 50-mal höher als bei herkömmlichen Kernkraftwerken.

Die flüssige Brennstoffmischung kann auch Natur-Uran, Thorium und andere Actinoide (Elemente jenseits der Ordnungszahl 89) wie Plutonium enthalten. Im Prozess wird ständig neuer Brennstoff „erbrütet“, so dass Diskussionen um die Endlichkeit des Energierohstoffs obsolet werden. Auch die Proliferation, die Weitergabe von Material für den Kernwaffenbau, wird erschwert, weil das erbrütete Plutonium wegen seiner ungünstigen Isotopenzusammensetzung nicht waffentauglich ist.

Die abgeschiedenen Spaltprodukte, die auch wertvolle Rohstoffe enthalten, brauchen nur noch 300 Jahre endgelagert zu werden. Das erspart die Kosten für ein ewigkeitsbasiertes Endlager. Obendrein können vorhandene Reststoffe der bestehenden Kernkraftwerke im DFR weitergenutzt werden.

Da der Reaktor im drucklosen Bereich arbeitet, sind Druckbehälter im ersten, dem nuklearen Kreislauf, nicht nötig. Bei Überhitzung sorgt die Ausdehnung der Brennstoffmischung für negative Kritikalität, das bedeutet: abnehmende Spaltrate und zurückgehende Kettenreaktion. Zudem würde eine Schmelzpfropfensicherung dafür sorgen, dass überhitztes Material in Ablasstanks fließt, was die nukleare Reaktion beendet. Das Problem einer Restwärmeexpansion mit der Gefahr einer Überhitzung wie bei herkömmlichen Reaktoren kann prinzipbedingt nicht auftreten.

Die hohe Prozesstemperatur von etwa 1.000 Grad Celsius ermöglicht nicht nur einen effektiven Dampfkraftbetrieb sondern auch die Prozesswärmenutzung, zum Beispiel für eine marktfähige Herstellung von synthetischen Kraftstoffen. Anstelle einer teuren Elektrolyse könnte durch Thermolyse Wasserstoff als Grundstoff für grünes Methan erzeugt werden.

Ausführlichere und weitergehende Information sind auf der Homepage des Instituts für Festkörper-Kernphysik Berlin erhältlich, die technologischen Grundlagen des DFR werden hier verständlich erklärt.

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Jede Umsetzung einer neuen Technologie erfordert ein gesellschaftliches Umfeld, das dies ermöglicht. Für neue kerntechnische Verfahren scheint Deutschland wirklich kein gutes Pflaster zu sein. Eine durchaus maßgebliche Partei pflegt seit Jahrzehnten die Ablehnung und die Angst vor jeder Form der Nutzung der Kernenergie. Dies ist sogar ihr Gründungsmythos und die Aufgabe dieser Grundeinstellung würde die Partei vermutlich zerreißen. Selbst wenn eine völlig ideale Kerntechnik entwickelt werden würde: Widerstand von den Grünen, die seinerzeit schon ISDN und den Gebrauch von Personalcomputern ablehnten, ist in jedem Fall zu erwarten.

Dennoch: „Nichts auf der Welt ist so mächtig wie eine Idee, deren Zeit gekommen ist“, sagte Victor Hugo. Es ist höchste Zeit, unsere Energieversorgung anforderungsgerecht auf ein neues Niveau zu heben, wenn wir Industrieland bleiben wollen. Aber selbst dieser Status wird in Frage gestellt durch Verzichtsphilosophen und Industriefeinde, die meinen, von Halbbildung und gegenseitigen Dienstleistungen leben zu können. Es bedarf politischer Mehrheiten, Fortschritt zum Durchbruch zu verhelfen. Ideologie, Angst und geforderte Panik stehen dem entgegen. Gesunder Menschenverstand und Realismus müssen wieder Deutungs- und Politikhoheit erlangen, wenn wir global weiter eine Rolle spielen wollen.

Der DFR ist zunächst eine gut entwickelte Idee, sie umzusetzen wird viel Kraft, Geld und Zeit kosten. Fortschritt war noch nie zum Nulltarif zu haben.

Was wären die nächsten Schritte? Was steht seiner Realisierung entgegen? Diese und andere Fragen demnächst in einem Interview mit dem Geschäftsführer des Instituts für Festkörper-Kernphysik Berlin, Dr.rer.nat. Armin Huke.

Weitergehende und gut verständliche Informationen zum Thema Kernenergie und DFR im Buch „Kernenergie – Der Weg in die Zukunft“ von Dr. Götz Ruprecht und Prof. Hans-Joachim Lüdecke (ISBN 978-3-940431-65-3, TvR Medienverlag, Jena 2018)

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Kommentare ( 89 )

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89 Kommentare auf "Der Dual-Fluid-Reaktor könnte den Weg in eine emissionsarme Zukunft bereiten"

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(Auf die Nukleonen ist ja schon eingegangen worden …)

„Insbesondere hohe Kosten für Sicherheit, […]“
Nein, nicht die hohen Kosten sind das Problem, sondern die Strahlung der daran beteiligten Stoffe und Materialien sowie der politische Unwille eine Endlagerungslösung zu finden.

Ansonsten ein Artikel, der Neugier weckt.

Ich würde mir wünschen, dass auch mal über Neutrinovoltaic geschrieben würde. Sie wäre geeignet, E-Mobilität ohne Akkus und deren Reichweitenbegrenzung zu ermöglichen. Man stelle sich vor, man schließt zuhause ein Kabel am Auto an, nicht etwa um einen Akku aufzuladen, sondern das Haus oder die Wohnung mit Strom zu versorgen … alles ganz ohne Kobolde und einem Netz, in dem der Strom gespeichert wird …

Bitte genau hinschauen!
https://www.agora-energiewende.de/service/agorameter/chart/power_generation/18.11.2019/20.11.2019/
Aktuelle Wunschvorstellung einer gehypten Partei:
– 2030 100% Erneuerbare (neue Wortschöpfung)
– Gebäudeheizung mit Sonne, Wärmepumpe oder Holzpellets (natürlich ökologische)
– E-Mobilität

Trotz Speicherdefizit wird auch noch Erdgas verteufelt.

Es wird jetzt krampfhaft nach dem Winterschlafgen der Eisbären gesucht, obwohl die Grünen sonst gegen Genmanipulationen sind. Aber Sie waren ja auch mal für Naturschutz.

Wir brauchen unbedingt leistungsfähige Technologien. Wenn diese Sache funktioniert, bezahlbar ist und in vernünftigem Zeitrahmen machbar, dann vorwärts!
Fragt sich noch, warum Länder ohne Berührungsängste wie Frankreich, England und China sich nicht darauf stürzen. Ich nehme an, die LCOE Kosten (Levelized Cost of Energy) sind wesentlich höher als andere Lösungen. Solar und Wind sind inzwischen enorm billig und die Speichertechniken inkl. Wassserstoff machen Fortschritte.

Genaueres bitte!

Vielleicht unterrichten Sie sich einmal anhand der Fachliteratur. Als Einstieg empfehle ich wie immer von Dietrich Pelte: Die Zukunft unserer Energieversorgung. Eine Analyse aus mathematisch-naturwissenschaftlicher Sicht, Springer/Vieweg, 2.A., 2014. Das zieht Ihnen definitiv die Zähne bzgl. Wind usw. Billig ist es u.a., weil hoch subventioniert und weil die Backups nicht einkalkuliert sind. Die Speichertechnologien haben einen niedrigen Gesamtwirkungsgrad, und das werden auch grüne Genies der Sorte Robertolena nicht ändern. Aber vielleicht war dieser Teil Ihres Kommentars ironisch gemeint.

Den Text hätten sie sich sparen können. Irgendwas mit „Atom“ wird hier im fundamentalverblödeten Deutschland in den kommenden 200 Jahren nicht mehr funktionieren.
Die Deutschen sind derart grünindoktriniert…
Jedes Wort zu viel.

Wir sollten über die Grenzen hinaus denken. Soll doch ruhig Frankreich sowas bauen, das wäre ja auch schon ein Schritt.

50 minütiges Video mit Dr. Armin Huke. Sehr gut die Thematik des DFR erläutert:

https://www.youtube.com/watch?v=Cb15C9eey8s

Cool – besten Dank für den Link,
… den ich zusätzlich zum Artikel in meine eMail-Signatur einbaue.
► Motto des Monats: HIRN kreiert die bessere Zukunft 😉

Das könnte in Deutschland nur funktionieren, wenn wir eine Naturwissenschaftlerin als Kanzler hätten.

Ist ja alles ganz gut und schön. Solange wir eine linksgrüne Meinungsvorherrschaft haben, wird nichts dergleichen in Deutschland angedacht werden. Hochtechnologie ist „bäh“. Deutschlands Linksgrüne sehnen sich zurück ins 18. Jahrhundert oder wie in der Opel-Werbung zurück in den Wilden Westen mit Pferden als Fortbewegungsmittel. Solange den Linksgrünen die Meinungsvorherrschaft überlassen wird, wird es Hochtechnologie in Deutschland nicht mehr geben.

„Die Atomkerne, auch Nukleonen genannt […]“

Damit fängt dieser Text an, das tut schon fast weh. Nukleonen ist ein Begriff für die Teilchen, die im Atomkern vorkommen, also Protonen und Neutronen, keineswegs ein Synonym für Atomkerne.

Na, na, na, das ist aber doch ein arg kleinkarierte Sichtweise.
Zitat aus dem Netz „… Die Teilchen aus denen ein Atomkern besteht nennt man Nukleonen. Der Begriff stammt aus der lateinischen Sprache: Nukleus = Kern. Zu den Nukleonen gehören die Neutronen und die Protonen….“.

Wollen Sie etwa mit dieser „Haarspalterei“ den Artikel in Frage stellen?! Kindisch, mehr muß man dazu nicht sagen/schreiben…

Vielen Dank, Herr Hennig, für diesen aufschlussreichen Artikel. Neben den technischen Problemen, welche andere Kommentatoren angesprochen haben, sollte man sicher anerkennen, dass es ein ganzes Spektrum von Neu- und Weiterentwicklungen in der Reaktortechnik gibt, die alle ihre Meriten haben und von denen viele bereits gebaut oder im Bau oder in zeitlich sehr konkreter Planung sind. Als Übersicht empfehle ich vor allem Hore-Lacy: Nuclear Energy in the 21st Century, 4th ed, 2018, ca. 30 Euro über den internationalen Fachbuchhandel, sowie Sornette, Kröger, Wheatley: New Ways and Needs for Exploiting Nuclear Energy, 1st ed, 2019, leider um die 100 Euro im Buchhandel.… Mehr