Thorium-Reaktoren: Hoffnungsträger für die Kernkraft?
In meinem letzten Artikel hatte ich das Thema Atomstrom und dessen Zukunft beleuchtet. Weltweit geht der prozentuale Anteil von Nuklearenergie am gesamten Strommix zurück, nicht zuletzt auch durch die großen Investitionen in regenerative Energieerzeugung.
Hat Atomstrom also eine Zukunft? Die Entscheidung darüber fällt möglicherweise in China. Nicht nur Kernfusionsreaktoren werden dort als Option untersucht, sondern auch Flüssigsalzreaktoren auf der Basis des Schwermetalls Thorium.
Die Vorteile von Thoriumreaktoren wären eine völlig andere Reaktorsicherheit, eine verbesserte Effizienz sowie auch eine neue Option für die Produktion von grünem Wasserstoff.
In Europa erforscht - und aufgegeben
Die Grundlagen von Thoriumreaktoren wurden im Westen erforscht. Entweder aus Mangel an Forschungsmitteln oder an fehlenden Perspektiven für einen Erfolg wurde die Entwicklung bis auf wenige kleinen Projekte aufgegeben.
Die heutigen Atomkraftwerke werden überwiegend mit dem Isotop Uran-235 betrieben. Das Schwermetall Uran wird im allgemeinen Bewusstsein mit der Grundlage für Kernspaltung gleichgesetzt.
Es ist aber nicht das einzige Schwermetall, mit dem große Energiemengen durch Kernspaltung freigesetzt werden können.
Fortsetzung folgt: in China
China hat bereits im Jahr 2011 damit begonnen, die Idee von Thoriumreaktoren voranzubringen. Im Juni 2024 wurde ein experimenteller Zwei-Megawatt-Versuchsreaktor in Betrieb genommen. Dessen Bau begann in der Wüste Gobi im Jahr 2018, also nur sechs Jahre zuvor.
Dabei gelang den Chinesen ein weiterer Meilenstein, indem sie den Reaktor mit neuem Brennstoff nachladen, ohne ihn zuvor herunterzufahren. Dieser Schritt ist bei herkömmlichen Reaktoren unerlässlich ist.
Der Vorteil: Nachladen im laufenden Betrieb ermöglicht einen nahezu ununterbrochenen Betrieb über die gesamte Lebenszeit des Reaktors. China sieht sich zu Recht an der Spitze der globalen nuklearen Innovationen.
Derzeit entsteht in Gansu ein 10-Megawatt-Demonstrationsreaktor, der bis 2030 Strom und grünen Wasserstoff erzeugen soll.
Im Westen forschen Firmen wie Core Power an schwimmenden Thoriumreaktoren, haben aber gegen die Dynamik und Investitionskraft Chinas kaum eine realistische Chance für Erfolg.
Die Vorteile von Thorium
Thorium-232 ist selbst nicht direkt für eine Kernspaltung geeignet, sondern dient lediglich als Ausgangselement.
Durch Beschuss mit Neutronen wird es in zunächst in Protactinium und anschließend in Uran-233 umgewandelt. Für Thoriumreaktoren war der Prozess der Umwandlung von Thorium in U-233-Brennstoff historisch eine der Hürden. Diese Hürde haben die chinesischen Atomforscher nun überwunden.
Im Zerfallprozess von Uran-233 wird Energie freigesetzt und der Prozess erzeugt zugleich neuen Brennstoff aus Thorium, was für eine dauerhafte Reaktion sorgt.
Die Asiaten bauten auf Forschungen aus den 1950er- und 1960er-Jahren auf. Seinerzeit wollten US-amerikanische Forscher kompakte Thoriumreaktoren entwickeln, die strategische Kampfbomber mit unbegrenzter Richweite antreiben könnten.
Der erste funktionsfähige Flüssigsalzreaktor am Oak Ridge National Laboratory lief von 1965 bis 1969 für über 13.000 Stunden. Dann erlahmte das Interesse des Energieministeriums und Anfang der 2000er-Jahre kam die Entwicklung zum Stillstand.
Reaktortyp ohne Risiko?
Neben dem Brennstoff Thorium als Alternative zu Uran verwendet der Reaktor flüssiges Salz anstelle von Wasser als Kühlmittel im primären Kreislauf.
Schmelzsalzreaktoren gelten als besonders sicher. In konventionellen Kraftwerken entweicht im Falle einer Havarie radioaktiv verseuchter Wasserdampf, der in die Atmosphäre gelangt und sich weiträumig verteilt.
Geschmolzenes Salz hingegen bleibt nur bei extrem hohen Temperaturen flüssig. Im Falle eines Austritts durch einen Defekt kristallisiert es sofort zu Salzbrocken.
Der Plutoniumgehalt im Abfall ist geringer als in konventionellen Reaktortypen. Dadurch wird die Abklingzeit auf etwa 300 Jahre reduziert.
Die hohen Temperaturen ermöglichen zudem die Produktion von grünem Wasserstoff.
Andere Risiken
Thorium-Flüssigsalzreaktoren fordern eine völlig andere technische Konstellation von Kernkraftwerken. Das flüssige Salz ist sehr aggressiv und greift Dichtungen und Leitungen an. Die Lösung für diese Herausforderung sind spezielle Legierungen wie Hastelloy, einer Nickel-Molybdän-Verbindung.
Grüner Wasserstoff - Ersatz für Erdgas
Für die chinesische Volkswirtschaft sind günstige Strompreise von großer Bedeutung. So bezahlen Privatkunden beispielsweise in Peking umgerechnet zwischen sechs und zehn Cent für eine Kilowattstunde, wogegen sie in Deutschland zwischen 25 und 30 Cent bezahlen.
Die chinesischen Atomforscher haben berechnet, dass Thoriumreaktoren die Entstehungskosten für Atomstrom in China auf etwa drei Cent pro Kilowattstunde bringen könnten.
Das entspricht in etwa der Erzeugungsbasis für erneuerbare Energien. Der Reaktor hat allerdings den Vorteil einer kontinuierlichen Leistung, die je nach Bedarf gesteigert werden kann.
Vefügbarkeit
Schätzungen gehen davon aus, dass Thorium wird drei- bis viermal häufiger in der Erdkruste vorhanden ist als Uran. Seine Verbreitung ist weltweit. Oft wird Thorium als Nebenprodukt des Bergbaus für Seltene Erden gefunden.
Sollte es also gelingen einen kommerziell tragfähigen Thorium-Brennstoffkreislauf im Betrieb von Kernkraftwerken zu erreichen, hätte die Welt eine praktisch unerschöpfliche, langfristige Energiequelle für Hunderte oder gar Tausende von Jahren.
Dies würde die globale Energiesicherheit im Vergleich zu den endlichen Uranreserven erheblich erhöhen.
Bei Betrachtung, der Atomenergie ist hervorzuheben, dass China auch für andere fortschrittliche Reaktortechnologien führend ist. Dazu gehört auch die Kernfusion.
Der Begriff des Technologiefortschritts greift auf alles zurück, was von der Standard-Blaupause der heutigen Erzeugung von Atomstrom mit Druckwasserreaktoren abweicht.
So sind zum Beispiel Hochtemperaturreaktoren, die Gas als Kühlmittel verwenden, ein weiterer, wichtiger Schwerpunkt für Chinas Nuklearindustrie. Einige Reaktoren, die diese Technologie nutzen, haben vor kurzem ihren Betrieb aufgenommen. Weitere befinden sich in der Planungsphase oder im Bau.
Sowohl Thorium-Reaktoren als auch Hochtemperaturreaktoren gehören zur so genannten vierten Generation von Kernkraftwerken. Eine Übersicht dieser Kategorie habe ich am Ende dieses Artikels verlinkt.
Quellenhinweise:
Was sind Kernkraftwerke der vierten Generation?
Uran und Thorium: ein Vergleich der Verfügbarkeit