In der Schweiz wird an neuen Systemen der nuklearen Energieerzeugung geforscht. Doch während viel über Reaktoren gesprochen wird, bleibt die für Kernkraftwerke unverzichtbare Dampftechnik im Hintergrund. Primeo Energie richtet den Blick bewusst auf das Gesamtsystem.

Text: Andreas Schwander | Bilder: zVg

Zwar gilt in der Schweiz derzeit ein Neubauverbot für Atomkraftwerke, doch die Forschung zur nuklearen Energieerzeugung hat nie aufgehört. Gleichzeitig gibt es politische Bestrebungen, dieses Verbot aufzuheben. So arbeitet das Genfer Start-up Transmutex an einer Technologie, mit der langlebige Bestandteile abgebrannter Kernbrennstoffe energetisch genutzt und deren Langzeitrisiken verringert werden sollen. Mehr dazu erfahren Sie in diesem Blogartikel. Auch das einst zur Erforschung der Kernenergie gegründete Paul Scherrer Institut (PSI) ist in vielen Bereichen aktiv, etwa im Projekt Balder von Copenhagen Atomics.

Warum in der Schweiz und nicht in Dänemark?

Balder (auch Baldur oder Baldr) ist in der nordischen Mythologie der strahlende Gott des Lichts und so heisst auch das Projekt des dänischen Unternehmens Copenhagen Atomics. Hier steht die Abkürzung jedoch für «Bereitstellung der Auslegungs- und Lizenzierungs-Dokumente für den Ersten MS-Reaktor». Ziel des Start-ups ist es, einen Reaktor zu bauen, der modular in Standardcontainern untergebracht und transportiert werden kann – und damit dem Konzept des Small Modular Reactors (SMR) entspricht. Von solchen kleinen modularen Kernkraftwerken verspricht sich die Branche Skaleneffekte und deutlich tiefere Kosten. Das PSI kommt zum Einsatz, weil es in Dänemark keine Kernkraftwerke gibt. Zudem gilt dort seit 1985 ein Bauverbot für Atomkraftwerke. Entsprechend fehlen regulatorische Erfahrung, Infrastruktur und die Forschungsumgebung, die für Entwicklungen wie Balder nötig sind.

Versuch mit einem Hundertstel Leistung

Das Experiment, das derzeit am PSI aufgebaut wird, soll gemäss der Projektwebsite 2028 stattfinden. Dabei wird mit dem vorgesehenen Flüssigsalzreaktor (Molten Salt Reactor (MSR)) im Massstab 1:1 gearbeitet, aber nur während 30 Tagen und einem Hundertstel der vorgesehenen Leistung. Zudem produziert der Versuch keinen Strom, sondern nur Wärme. Ziel ist es, zu prüfen, ob Materialien und Komponenten wie berechnet funktionieren und reagieren. Auf Basis der Ergebnisse wird das Projekt anschliessend weiter verfeinert.

Effizienter und sicherer

Flüssigsalzreaktoren können mit Thorium oder Uran betrieben werden und arbeiten mit niedrigeren Drücken, dafür mit höheren Temperaturen als herkömmliche Reaktoren. Das bringt Sicherheits- und Effizienzvorteile. Niedrige Drücke sind technisch deutlich einfacher zu beherrschen. Die höheren Temperaturen wiederum ermöglichen den Einsatz kompakterer und effizienterer Heissdampfturbinen, im Gegensatz zu den in Kernkraftwerken üblichen Sattdampfturbinen.

Ohne Turbinen keine Atomstrom

Bei den Turbinen liegt eines der meistübersehenen Probleme der Kerntechnik: Neue Reaktordesigns entstehen zwar weltweit, Strom erzeugen sie jedoch weiterhin nur mit Dampfturbinen. Diese Maschinen gehören zur Champions League des Maschinenbaus: Im Inneren der Turbine strömt Dampf mit Überschallgeschwindigkeit um komplexe aerodynamische Formen, um schliesslich den Generator anzutreiben.

Während Dampfturbinen in vielen Bereichen weiterhin verbreitet sind, ist das Segment der Turbinen für Kernkraftwerke heute ein enger Spezialmarkt mit wenigen Anbietern.

Effizientere Turbinen

Die Leistungsfähigkeit von Dampfturbinen hängt stark von der Dampfqualität ab. Heissdampf besitzt eine deutlich höhere Energiedichte als Sattdampf und ermöglicht kleinere, leistungsfähigere Turbinen. Konventionelle Kernkraftwerke arbeiten aus Sicherheitsgründen mit Sattdampf und benötigen daher grosse, schwere Maschinen. Flüssigsalzreaktoren erlauben höhere Temperaturen

Abhängigkeit von Russland

Der Markt für grosse Dampfturbinen ist stark geschrumpft. Nach Fusionen und Stellenabbau bei ABB, Alstom und General Electric blieb in Europa vor allem der Standort Belfort, der unter dem Namen Arabelle Solutions firmiert und dem französischen Staatskonzern Electricité de France (EDF) gehört. Diese Turbinenfabrik war bis 2022 stark von Aufträgen des russischen Staatskonzerns Rosatom abhängig – finanziell ebenso wie für den Erhalt von Know-how. Mit dem russischen Angriff auf die Ukraine sind viele Rosatom-Projekte auch ausserhalb Russlands von Sanktionen bedroht – und damit auch das Werk Belfort.  

Brüchige Lieferketten

Somit wird zwar auch in der Schweiz an neuen Lösungen in der Kernenergie geforscht. Die Konzepte sind erfolgversprechend. Doch die historisch unter anderem auf Basis von Kohlekraftwerken, Turbinenschiffen und den militärischen Anforderungen des kalten Krieges aufgebauten Lieferketten sind heute sehr brüchig. Kaum jemand bedenkt, dass die nukleare Zukunft nicht nur von neuen Reaktoren abhängig ist. Ohne Uropas Dampfloktechnik funktioniert sie nicht.