Die Option der nuklearen Dekarbonisierung: Profile ausgewählter fortschrittlicher Reaktortechnologien

Wir leben in einer Welt, die durch viele Fragen gespalten ist, aber die meisten politischen Entscheidungsträger akzeptieren die grundlegende Prämisse, dass eine größere Verfügbarkeit von erschwinglicher, kohlenstoffarmer Energie die Welt gesünder, wohlhabender und sicherer machen würde. Die konventionellen Brennstoffversorgungssysteme sind in vielen Regionen überlastet, die globale Geopolitik der Energieversorgung ist angespannt, und die Kohlendioxidemissionen steigen trotz jahrzehntelanger Debatten seit Rio und Kyoto heute schneller als je zuvor in der Geschichte. Und noch immer haben Milliarden von Menschen keinen regelmäßigen Zugang zu Strom und Mobilität.

Die Kernenergie liefert heute mehr als 40 Prozent der gesamten kohlenstoffarmen Stromerzeugung in der Welt. Dieser Beitrag könnte noch zunehmen, aber die öffentliche Wahrnehmung der Sicherheit bleibt eine zentrale Herausforderung - insbesondere nach Fukushima - und wettbewerbsfähige Kosten werden wie immer an erster Stelle stehen. Um zu beurteilen, welchen Einfluss fortschrittliche Technologien auf die Entwicklung und den Einsatz neuer Kernreaktorkonstruktionen haben könnten, hat Clean Air Task Force mehrere führende nationale Nukleartechniker gebeten, uns ihre Sichtweise zu wichtigen politisch relevanten Fragen mitzuteilen.

Wir haben Dr. Ted Marston, ehemaliger Chief Technology Officer des Electric Power Research Institute, gebeten, für uns über kleine, modulare Leichtwasserreaktoren (smLWRs) zu schreiben. Dr. Andrew Kadak, ehemaliger Professor für die Praxis der Kerntechnik am Massachusetts Institute of Technology, untersucht die Aussichten für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren (HTGRs). Und Dr. Per Peterson, Vorsitzender des Fachbereichs Nukleartechnik an der University of California, Berkeley, untersucht die Zukunft einiger Fluoridschmelzsalzreaktoren (FHRs).

Ihre Schlussfolgerungen sind wichtig und geben Anlass zu Optimismus:

• Kleine, modulare Leichtwasserreaktoren (smLWRs): Mit bescheidenen Entwicklungsanstrengungen könnten smLWRs, bei denen Brennstoff und Systeme verwendet werden, die modernen LWRs recht ähnlich sind, gegenüber der bestehenden Nuklearflotte deutlich mehr Sicherheit, Flexibilität beim Einsatz (z. B. gestaffelte Investitionen und Umnutzung einiger bestehender Infrastrukturen) und potenzielle Kostensenkungen durch Effizienzsteigerungen bei der Herstellung von Anlagen bieten.
• Gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren (HTGRs): HTGRs mit extrem hitzebeständigem, eingekapseltem Brennstoff (bereits in den Vereinigten Staaten und anderswo demonstriert) bieten die Möglichkeit nahezu schmelzsicherer Reaktoren, höherer thermischer Wirkungsgrade und erweiterter Nutzungsmöglichkeiten der Kernenergie (z. B. Herstellung kohlenstofffreier flüssiger Kraftstoffe für den Verkehr) sowie viele der potenziellen Einsatz- und Herstellungsvorteile der smLWRs.
• Fluoridsalz-gekühlte Hochtemperaturreaktoren (FHRs): Und FHRs, die den gleichen hitzebeständigen, eingekapselten Brennstoff wie HTGRs verwenden, aber mit Kühlmitteln aus dichten Salzschmelzen, könnten viele der Vorteile von HTGRs bei stark reduzierter Größe beibehalten und bieten das Potenzial für eine bahnbrechende Wirtschaftlichkeit, wenn sich die Konzepte bewähren.

Für eine Welt, die um die Verringerung der Kohlenstoffemissionen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung und Steigerung des Wirtschaftswachstums kämpft und verständlicherweise über die potenziellen Risiken der Kernenergie besorgt ist, könnten die Vorteile dieser fortschrittlichen Reaktorkonzepte von großer Bedeutung sein. Um diese Konzepte in die kommerzielle Realität umzusetzen, bedarf es jedoch einer nachhaltigen Entwicklung, insbesondere bei den fortschrittlicheren Konzepten. Wir hoffen, dass diese Papiere dazu beitragen werden, die Debatte darüber zu führen, wie Regierungen und der Privatsektor diese Entwicklung unterstützen sollten.

Dieser Bericht erhebt nicht den Anspruch, das gesamte Spektrum potenziell wichtiger Kernkrafttechnologien abzudecken. Koreanische und russische Unternehmen entwickeln smLWRs, die für einige Märkte wichtig sein könnten, und Technologien, die den Lebenszyklus von Kernbrennstoff und -abfall betreffen - einschließlich schneller Neutronenreaktoren und Reaktoren auf Thoriumbasis - könnten ebenfalls wichtig sein. Radikalere Konzepte, wie die Flüssigfluorid-Thorium-Reaktoren (die vom Oak Ridge National Laboratory entwickelt wurden, um flüssige statt feste Brennstoffe zu verwenden), könnten sogar noch dramatischere Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Kosten und Brennstoffkreislauf bieten. Unterkritische Reaktoren, die von Teilchenbeschleunigern angetrieben werden, könnten eines Tages in der Lage sein, geringwertige Kernmaterialien direkt in Energie umzuwandeln. Wir werden das Potenzial dieser Technologien in künftigen Berichten untersuchen.