Anders als teilweise von Herstellern angegeben, muss bisher davon ausgegangen werden, dass für den anlagenexternen Notfallschutz bei SMR die Möglichkeit von Kontaminationen besteht, die deutlich über das Anlagengelände hinausreichen.

Deutsches Bundesamt für Sicherheit der nuklearen Entsorgung: Small Modular Reactors - was ist von den neuen Reaktorkonzepten zu erwarten?

(BASE) MR-Konzepte („Small Modular Reactors“) gehen auf Entwicklungen der 1950er Jahre zurück, insbesondere den Versuch, Atomkraft als Antriebstechnologie für Militär-U-Boote nutzbar zu machen. Weltweit existieren heute unterschiedlichste Konzepte und Entwicklungen für SMR. Die überwiegende Mehrzahl davon befindet sich auf der Ebene von Konzeptstudien. Würden die heute weltweit circa 400 Reaktoren mit grosser Leistung durch SMR-Anlagen ersetzt, würde dies den Bau von vielen tausend bis zehntausend bedeuten.


Das deutsche Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hat ein Gutachten zu SMR in Auftrag gegeben. Darin wurden 136 verschiedene historische sowie aktuelle Reaktoren bzw. SMR-Konzepte betrachtet, 31 davon besonders detailliert. Das Gutachten liefert eine wissenschaftliche Einschätzung zu möglichen Einsatzbereichen und den damit verbundenen Sicherheitsfragen und Risiken.

Das Gutachten ist im Auftrag des BASE vom Öko-Institut Freiburg in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik der TU Berlin sowie dem Physikerbüro Bremen angefertigt worden.

Daraus lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

  • Die Bandbreite der durch den Begriff SMR erfassten Konzepte reicht von „heutigen“ Leichtwasserreaktoren mit geringer Leistung bis hin zu andersartigen Konzepten, für die bislang wenig oder keine industrielle Vorerfahrung vorliegt (wie beispielsweise Hochtemperatur- oder Salzschmelze-Reaktorkonzepte).

    Die diskutierten Einsatzbereiche betreffen neben der regulären Stromversorgung insbesondere die dezentrale Stromversorgung für Industrie bzw. Haushalte sowie Wärme für Fernwärme, Meerwasserentsalzung und Industrieprozesse. Darüber hinaus werden auch militärische Nutzungen wie mobil einsetzbare Mikroreaktoren verfolgt.

  • Um weltweit dieselbe elektrische Leistung zu erzeugen wie mit heutigen neuen Atomkraftwerken wäre eine um den Faktor 3-1000 grössere Anzahl an Anlagen erforderlich. Anstelle von heute circa 400 Reaktoren mit grosser Leistung würde dies also den Bau von vielen tausend bis zehntausend SMR-Anlagen bedeuten.

  • Gegenüber Atomkraftwerken mit grosser Leistung könnten SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile erzielen, da sie ein beispielsweise geringeres radioaktives Inventar pro Reaktor aufweisen. Die hohe Anzahl an Reaktoren, die für die gleiche Produktionsmenge an elektrischer Leistung notwendig ist, erhöht das Risiko jedoch wiederum um ein Vielfaches.

  • Anders als teilweise von Herstellern angegeben, muss bisher davon ausgegangen werden, dass für den anlagenexternen Notfallschutz bei SMR die Möglichkeit von Kontaminationen besteht, die deutlich über das Anlagengelände hinausreichen.

  • Durch die geringe elektrische Leistung sind bei SMR die Baukosten relativ betrachtet höher als bei grossen Atomkraftwerken. Eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Atomindustrie legt nahe, dass im Mittel dreitausend SMR produziert werden müssten bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde.

Folgende Fragen und Antworten lassen sich aus dem Gutachten ableiten:

Definition: Was ist ein SMR?
Trotz der seit langem praktizierten Verwendung des Begriffs SMR gibt es bis heute keine international einheitliche Definition für diesen Begriff. Eine Definition der IAEA beschreibt SMR als eine Gruppe kleiner Leistungsreaktoren mit geringerer Leistung als die heutiger Atomkraftwerke von bis zu unter 10 MWe (Mikroreaktoren) bis zu einer Leistung von typischerweise 300 MWe. Übliche konventionelle Reaktoren haben demgegenüber eine Leistung in der Grössenordnung von über 1000 MWe.

Die Funktionsweise dieser Reaktorgruppe ist sehr divers: Bei einer Reihe von Konzepten entspricht sie der Funktionsweise heutiger Leichtwasserreaktoren. Diese Typen der SMR unterliegen somit geringeren Entwicklungsrisiken, die Entwickler können auf Betriebserfahrung zurückgreifen.

Zum anderen liegen den SMR auch neuartige Konzeptideen mit wenig bzw. keiner industrieller Vorerfahrung zugrunde. Letztere können den Hochtemperaturreaktoren, Reaktoren mit einem schnellen Neutronenspektrum oder den Salzschmelzreaktoren zugeordnet werden.

Einsatzbereiche: Welche Länder entwickeln SMR?
Die aktuelle Entwicklung von SMRs ist derzeit grösstenteils staatlich finanziert und findet in starkem Mass in den USA, Kanada und dem Vereinten Königreich statt. Die SMRs können bei entsprechenden Voraussetzungen nicht nur im eigenen Land errichtet, sondern auch in andere Länder verkauft werden.

Im Bereich der SMR spielen industrie- und geopolitische Motivlagen sowie militärische Interessen eine Rolle. Die Mehrheit der Länder, die SMR-Entwicklungsaktivitäten verfolgen, unterhalten Atomwaffenprogramme und bauen Atom-U-Boote und/oder verfügen bereits über ein grosses „ziviles“ Atomprogramm.

Neben der regulären Stromversorgung werden insbesondere die dezentrale Stromversorgung für Industrie bzw. Haushalte sowie Wärme für Fernwärme, Meerwasserentsalzung und Industrieprozesse genannt; darüber hinaus werden auch militärische Nutzungen wie mobil einsetzbare Mikroreaktoren verfolgt. In Russland erfolgt der Einsatz von sogenannten Floating Nuclear Power Plants (Akademik Lomonossow, KLT-40S), um abgelegene Regionen zu versorgen.

Neben traditionellen Atomenergieländern zeigen auch Länder mit fehlender Kompetenz und Infrastruktur in der Kerntechnik zunehmend Interesse an SMRs, wie zum Beispiel Saudi-Arabien und Jordanien.

Massnahmen gegen den Klimawandel: Können SMR einen Beitrag leisten?
Sofern SMR auch als Lösung im Kontext der Bekämpfung der Gefahren des Klimawandels und der damit verbundenen Reduzierung der Treibhausgasemissionen zur globalen Stromversorgung vorgeschlagen werden, ist die mit ihnen erzielte Stromproduktion relevant. Heutige neue Atomkraftwerke weisen elektrische Leistungen im Bereich von 1000-1600 MWe auf. Die SMR-Konzepte, die in dem vom BASE in Auftrag gegebenen Gutachten (siehe Infokasten auf dieser Seite) betrachtet worden sind, sehen dagegen geplante elektrische Leistungen von 1.5-300 MWe vor.

Entsprechend wäre zur Bereitstellung derselben elektrischen Leistung eine um den Faktor 3-1000 grössere Anzahl an Anlagen erforderlich. Anstelle von heute circa 400 Reaktoren mit grosser Leistung würde dies also den Bau von mehreren tausend bis zehntausend SMR-Anlagen bedeuten.

Dieses Ziel liegt in weiter Ferne. Zudem werden verschiedene Risiken, die mit Vervielfachung der Zahl der Anlagen einhergehen, bei der Planung weitgehend vernachlässigt: insbesondere Fragen des Transports, des Rückbaus sowie der Zwischen- und Endlagerung.

Wirtschaftlichkeit: Würde sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen?
SMR versprechen durch ihre Modularität kürzere Produktionszeiten sowie geringere Produktionskosten. Einzelne Komponenten oder auch der gesamte SMR sollen industriell (massen-)gefertigt und bei Bedarf zu den ausgewählten Standorten zur Installation transportiert werden. Vergleichbar mit einem Baukastenprinzip kann am Standort in kurzer Zeit aus den Komponenten (Modulen) ein einzelner Reaktor mit kleiner Leistung oder auch eine grössere Anlage aus mehreren kleinen Reaktor-Modulen errichtet werden.

Durch die geringe elektrische Leistung sind die spezifischen Baukosten durch den Verlust der Skaleneffekte höher als bei grossen Atomkraftwerken. In dem vom BASE in Auftrag gegebenen Gutachten (siehe Infokasten in der oberen Hälfte dieser Seite) wird eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Nuklearindustrie aufgemacht: Demnach müssen im Mittel dreitausend SMR produziert werden bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde. Es ist somit nicht zu erwarten, dass der strukturelle Kostennachteil von Reaktoren mit kleiner Leistung durch Lern- bzw. Masseneffekte kompensiert werden kann.

Die Bereitstellung von SMR erfolgt wie bei Atomkraftwerken mit grosser Leistung überwiegend staatlich bzw. von der Nachfrage (Endkunden, Militär) abgesichert. Zwar entwickeln sich auch Spin-Offs aus staatlich finanzierten Grossforschungseinrichtungen und es gibt auch neu gegründete Start-ups, aber deren Geschäftsmodelle beruhen ebenfalls auf langfristiger staatlicher Finanzierung. Insgesamt ist daher nicht abzusehen, dass SMR-Konzepte andere Organisationsmodelle entwickeln können, als sie seit circa 70 Jahren im Bereich der Atomtechnik betrieben werden.

Eine weitere wesentliche Begründung für die Entwicklung von SMR-Konzepten ist die Erwartung kürzerer Zeithorizonte, insbesondere geringerer Bauzeiten und unter Umständen auch ein weniger komplizierter Rückbau. Die Betrachtung aktuell im Bau bzw. Betrieb befindlicher Anlagen lässt diese Vermutung als nicht empirisch fundiert erscheinen: Planungs-, Entwicklungs- und Bauzeiten übersteigen die ursprünglichen Zeithorizonte in der Regel um ein Vielfaches. Die Erfahrung mit historischen SMR deuten darauf hin, dass die Betriebszeiten von nicht-wassergekühlten SMR-Vorhaben kurz sind und der Rückbau sich als langwierig erweist.

Regulatorische Anforderungen: Wie hoch ist das Sicherheitsrisiko bei SMR?
Spezielle Einsatzszenarien wie die Modularität, neue Herstellungsverfahren, Materialien und technologische Lösungen für die Sicherheitsfunktionen erfordern vielfach neue regulatorische Ansätze. Bei einer geplanten, weltweiten Verbreitung von SMR ergeben sich damit vollkommen neue Fragestellungen für die zuständigen Genehmigungs- und Aufsichtsbehörden.

So liegen bislang keine SMR-spezifischen nationalen oder internationalen Sicherheitsstandards vor. Da viele SMR-Entwickler einen weltweiten Einsatz ihrer SMR-Konzepte anstreben, würde dies eine internationale Standardisierung der Anforderungen erforderlich machen. Dies ist gerade bei etablierten Atomenergiestaaten derzeit nicht absehbar.

Insgesamt könnten SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile gegenüber Atomkraftwerken mit grosser Leistung erzielen, da sie ein geringeres radioaktives Inventar pro Reaktor aufweisen und durch gezielte Vereinfachungen und einen verstärkten Einsatz der Nutzung passiver Systeme ein höheres Sicherheitsniveau anstreben.

Durch ihre geringere Grösse versprechen Entwickler ein geringeres Sicherheitsrisiko der Reaktoren. Die hohe Anzahl an Reaktoren zur Bereitstellung signifikanter Mengen elektrischer Leistung und ihre geplante weltweite Nutzung wird das Risiko jedoch wiederum um ein Vielfaches erhöht.

Auch verfolgen viele SMR-Konzepte den Anspruch auf reduzierte Sicherheitsanforderungen beispielsweise mit Blick auf die Diversität bei Sicherheitssystemen. Manche SMR-Konzepte fordern sogar den Verzicht auf heutige Anforderungen ein, so im Bereich des anlageninternen Notfallschutzes. Andere verzichten vollständig auf eine externe Notfallschutzplanung. Diese, auch zur Kosteneffizienz verfolgte Sicherheitskonzepte, tragen zu einer Erhöhung der Risiken bei.

Zugang zu atomwaffenfähigem Material: Vergrössert SMR das Risiko?
Verschiedene nicht-wassergekühlte SMR-Konzepte sehen den Einsatz von höheren Urananreicherungen oder die Nutzung von Plutoniumbrennstoffen sowie von Wiederaufarbeitungstechnologie vor. Dies wirkt sich nachteilig auf die Proliferationsresistenz – also die Erfordernis, den Zugang zu oder die Technologie zur Herstellung von atomwaffenfähigen Material zu verhindern – aus.

Als ein weiterer wesentlicher Unterschied von SMR-Konzepten zu heutigen Leistungsreaktoren wird häufig die Nutzung von Systemen genannt, die eine lange Laufzeit aufweisen und als geschlossenes System geliefert würden. Dies könnte durch Versiegelung die Überwachung vereinfachen und Transporte minimieren. Durch den hohen Abbrand wird das Spaltmaterial zudem nach einiger Zeit unattraktiv.

Nachteilig wirkt sich aber die hohe erforderliche Menge an Spaltmaterial zu Beginn des Reaktorbetriebs aus. Ein zusätzlicher Aspekt betrifft die Möglichkeiten der Spaltmaterialüberwachung durch die Internationale Atomenergieorganisation. Viele der Standardmethoden zur Spaltmaterialüberwachung passen nicht direkt auf die Besonderheiten von SMR-Konzepten, es stellen sich damit neue Herausforderungen.

Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung einer Anwendung von SMR-Konzepten (Small Modular Reactors>>

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Text: Deutsches Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE)

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1 Kommentare

Max Blatter

BITTE: Die Ära der nuklearen Energie ist vorbei, glaubt es doch endlich mal! Diejenige der Kernspaltung in jedem Fall.

Kernfusion? Ja – mit dem bereits bestehenden, bestens funktionierenden Fusionskraftwerk. Hä? Nein, Sie haben nichts verpasst: Das Kraftwerk, das ich meine, ist rund 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und heißt "Sonne". Es liefert genügend technisch nutzbare Energie, um den Bedarf der Menschheit (ohne Verschwendung, aber mit komfortabler Weiterentwicklung) zu decken. Es wird sogar noch funktionieren, wenn Leben auf der Erde nicht mehr möglich ist (in etwa einer Milliarde Jahren).

Wozu also mentale und monetäre Ressourcen in etwas investieren, das wir gar nicht brauchen?

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