Von Hans-Jörg Müllenmeister 

Sind SMR (Small Modular Reactors), die „kleinen modularen Reaktoren“ revolutionäre neue Energiequellen oder nur ein weiterer Hype? Weltweit gibt es zahlreiche unterschiedliche Konzepte und Entwicklungen. Während Deutschland die AKW’s ins politische Aus verdrängt hat, gibt es global intensive Bestrebungen, die Kernkraft durch kleinere modulare Reaktoren wiederzubeleben. Die Zeit drängt: Der Energiehunger wächst exponentiell. 

Der steigende Energiebedarf durch den Ausbau von Rechenzentren und die zunehmende Nutzung von Künstlicher Intelligenz (KI) stellen eine immense Herausforderung dar. Allein diese Rechenzentren benötigen erhebliche Mengen an elektrischer Leistung, um die immense Rechenleistung bereitzustellen, die für KI-Modelle und Big Data-Analysen erforderlich ist. Wir befinden uns weltweit an der Schwelle einer epochalen Energiewende, die nach tragfähigen Lösungen fiebert. Die Crux ist, dass wir in Deutschland nach der gescheiterten Energiewende die politische Weichenstellung für die dringend benötigte Rückkehr zur Kernkraft schmerzlich erleben werden. 

Vorab: Die Problematik kurz gefasst

Drei Fragen drängen sich auf: Wie steht es insgesamt um die Effizienz dieser SMR’s, und was ist mit dem Einsatz der technologisch eleganteren Alternative, der Kernfusion, die schon seit Jahrzehnten in der Quantenphysik wie eine Monstranz vorangetragen wird? Schließlich, gibt es genügend Ressoursen des Brennstoffs Uran?

Die Vision der Kernfusion

Beginnen wir mit der Kernfusion, einer noch weit entfernten Vision, die vermutlich erst in einigen Jahrzehnten zur kommerziellen Nutzung bereitsteht. Wie in einer Springprozession, hört man gelegentlich von werbetechnisch aufgeblasenen Fortschritten auf diesem Gebiet, die jedoch von Rückschritten begleitet sind. Gewiss sind die technologischen und finanziellen Herausforderungen enorm. Einzig der potenzielle Nutzen – saubere und nahezu unerschöpfliche Energie – rechtfertigt überhaupt die Weiterentwicklung der Kernfusion.

Uran in der Energiewende

Die langfristigen Vertragspreise für Uran sind im Laufe des letzten Jahres um beeindruckende 22% auf ein 16-Jahreshoch gestiegen – ein eindeutiges Zeichen dafür, dass die Nachfrage das Angebot übertrifft. In diesem Jahr wird diese Diskrepanz noch deutlicher, und es ist unwahrscheinlich, dass sich dies in den kommenden Jahren ändert. Die kommerziellen Uran-Lagerbestände schrumpfen rapide und könnten schon bald aufgebraucht sein, während Uran-Erz voraussichtlich noch 70 Jahre verfügbar sein wird. 

Uran als Brennstoff für die geplanten neuen Reaktoren wird immer knapper, und es gibt keine Alternative. Viele Energieunternehmen möchten ihre Konzepte für Small Modular Reactors (SMRs) präsentieren und durchsetzen, um ein labendes Stück vom begehrten „Yellow Cake“ zu erhalten.

Es ist nur eine Frage der Zeit, bis steigende Uranpreise die Aufmerksamkeit des Marktes auf sich ziehen. Der immense Bedarf an Gigawatt für die neuen Rechenzentren ist enorm. 

Der entscheidende Punkt: Der massive Bedarf an Kernbrennstoff für die neuen SMRs – die strahlenden Zukunftsvisionen – wird erst in der Zukunft gebraucht. Doch selbst ohne die SMRs reicht die derzeitige Uranproduktion nicht aus. Es gibt sogar erste Anzeichen, dass auch „Big Oil“ am Nuklearsektor Interesse zeigt. 

Zur Erinnerung: Aus einem Kilogramm Uran-235 kann im Atomkraftwerk eine Energie von 36 bis 56 MWh erreicht werden. Bei vollständiger Kernspaltung entspricht das theoretisch etwa so viel Energie wie es in 1.500 Tonnen Kohle steckt. Für einen Druckwasserreaktor mit einer Leistung von 1.000 MW werden jährlich etwa 27 Tonnen Uran benötigt – etwa 18 Millionen Brennstoffpellets in über 50.000 Brennstäben.  

Es heißt, die  SMR-Reaktoren seien sicher

Die kleineren, modularen Kernreaktoren haben in der Regel eine elektrische Leistung von bis zu 300 Megawatt. Die Sicherheitsprinzipien von SMRs basieren größtenteils auf einfachen Phänomenen wie der natürlichen Zirkulation zur Kühlung des Reaktorkerns, selbst in Stör- oder Unfallsituationen. Es bedarf keiner großen Bedienungsmaßnahmen, um den Reaktor bei Störungen in einen sicheren Zustand zu bringen.

Meines Wissens sind bisher nur zwei SMRs tatsächlich gebaut und kommerziell in Betrieb genommen. Rolls-Royce Power Systems hat einen Druckwasserreaktor als SMR mit einer elektrischen Leistung von 470 MW entwickelt. Die Einzelteile der Reaktorblöcke sollen sich mit einem Lkw transportieren lassen und erlauben eine Massenproduktion. Meist haben diese SMR-Reaktoren eine elektrische Leistung von bis zu 300 Megawatt.    

Umweltverträglichkeit und Sicherheit von SMRs im Vergleich zu bestehenden großen Reaktoren

Fakt ist: Um weltweit dieselbe elektrische Leistung zu erzeugen wie mit den üblichen Atomkraftwerken, wäre der Bau von vielen tausend bis zehntausend SMR-Anlagen notwendig. Die hohe Anzahl an Reaktoren, die für die gleiche Produktionsmenge an elektrischer Leistung notwendig ist, erhöhe den Sicherheitsrisikofaktor insgesamt um ein Vielfaches. Laut einer US-Studie von PNAS erzeugen SMRs aber ein Mehrfaches an radioaktivem Abfall pro erzeugter Energieeinheit als konventionelle Kernreaktoren. Darüberhinaus zeigt der Abfall von SMRs eine erheblich stärkere Radioaktivität, was die Langzeitlagerung und Entsorgung zusätzlich erschwert. Die Probleme der Abfallbewältigung bleiben die gleichen wie bei den herkömmlichen Kernreaktoren.

Flexibilität und Skalierbarkeit

SMRs sind kleiner und modular aufgebaut. Dies reduziert die Baukosten und -zeiten erheblich. SMRs sind mit Schwerpunkt auf Sicherheit konzipiert und verfügen über passive Systeme und inhärente Funktionen; diese minimieren die mit dem Kernbetrieb verbundenen Risiken.

Durch die werkseitige Herstellung und den Transport in vorgefertigten Einheiten sind die Baukosten und -zeiten im Vergleich zu herkömmlichen Kernreaktoren reduziert. Es gibt jedoch auch Herausforderungen, wie die noch unsichere Wirtschaftlichkeit und die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass sie erneuerbare Energien nicht verdrängen. Trotz dieser Herausforderungen könnten SMRs eine wichtige Rolle in der zukünftigen Energielandschaft spielen.

Kosten-Nutzen-Analyse

Bei Small Modular Reactors (SMRs) ist es ratsam, den Gesamtkontext und die steigernde Wirkung zu berücksichtigen. Anstelle einzelner Reaktoren sollte man die gesamte Flotte und deren Gesamtauswirkungen mit traditionellen Kernkraftwerken vergleichen.

Erst ein Vergleich aller Faktoren liefert ein genaueres Bild der potenziellen Vorteile und Herausforderungen von SMRs im Vergleich zu traditionellen Kernkraftwerken. Dabei könnte dieser Vergleich in der Summe folgende Aspekte umfassen: Die potenzielle Risikominderung durch verteilte SMRs gegenüber einem großen traditionellen Reaktor. Ferner die tatsächlichen Gesamtkosten für den Bau und die Installation, langfristige Betriebskosten sowie der Wartungsaufwand mehrerer SMRs. 

Erst so ein umfassender Vergleich, der all diese Faktoren berücksichtigt, zeigt ein genaueres Bild der potenziellen Vorteile und Herausforderungen von SMRs im Vergleich zu traditionellen Kernkraftwerken.

SMRs vs Kernfusionsreaktoren

Für SMRs gibt es zwar bereits einige Prototypen und Pilotprojekte. Es dauert noch einige Jahre, bis sie in großem Maßstab eingesetzt werden können. Die Genehmigungsprozesse, Bauzeiten und Finanzierung sind Schlüsselfaktoren, die den Zeitplan beeinflussen.

Dagegen ist die Kernfusion eine noch weiter entfernte Vision. Obwohl es vielversprechende Fortschritte gibt, wie zum Beispiel die Experimente am ITER in Frankreich, bleibt die Kernfusion eine Technologie, die vermutlich erst in einigen Jahrzehnten zur kommerziellen Nutzung bereit sein wird. Die technologischen und finanziellen Herausforderungen sind enorm. Nur der potenzielle Nutzen – saubere und nahezu unerschöpfliche Energie – macht die Weiterentwicklung lohnenswert.

Beide Technologien sind spannende Perspektiven für die Zukunft, aber es ist notwendig, weiterhin auch in bereits etablierte und schnell umsetzbare erneuerbare Energiequellen wie Wind, Solar und Wasserkraft zu investieren, um den Übergang zu einer nachhaltigen Energiezukunft sicherzustellen.

Problembewältigung

Der steigende Energiebedarf durch den Ausbau von Rechenzentren und die zunehmende Nutzung von Künstlicher Intelligenz (KI) ist eine Herausforderung. Rechenzentren benötigen erhebliche Mengen an elektrischer Leistung, um die immense Rechenleistung bereitzustellen, die für KI-Modelle und Big Data-Analysen erforderlich ist. Hier einige Ansätze, die zur Bewältigung dieses Problems beitragen könnten:

Der weitere Ausbau und die Integration von erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie in die Energieversorgungsnetze könnten beitragen, den zusätzlichen Energiebedarf umweltfreundlicher zu decken.

Die Energieeffizienz müßte erhöht werden, etwa durch bessere Kühlungssysteme und durch innovative Technologien der Rechenzentren. Diese könnten in Regionen gebaut werden, in denen erneuerbare Energien in großer Menge zur Verfügung stehen. Weitere Fortschritte in der Übertragung von elektrischer Energie könnten helfen, diese effizienter über große Entfernungen zu transportieren, um Rechenzentren zu versorgen.

In der Summe wird nur eine Kombination aus technologischen Innovationen, strategischer Planung und politischem Willen sicherstellen, dass der wachsende Energiebedarf etwa für KI und andere Hochtechnologien nachhaltig sicher gedeckt wird. 

Es ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Die Menschheit muss einen ganzheitlichen Ansatz verfolgen, um das Energie-Dilemma zu lösen. Dazu gehören auch Menschen, die verstehen wie ihre Entscheidungen den Energieverbrauch beeinflussen. Es ist eine schwierige Balance, aber durch eine Kombination von Technologie, internationaler Zusammenarbeit und einem gemeinsamen Ziel für eine nachhaltigere Zukunft können wir hoffen, diese Herausforderungen zu meistern. 

Sind SMRs wirklich die Lösung? Was wird uns letztlich aus der Energiekrise führen?

Vielleicht ist die kollektive Bewusstseinsveränderung, eine geistige Katharsis, die uns auf den Weg der Nachhaltigkeit, Zusammenarbeit und langfristigen Lösungen führt. Ein solcher Wandel könnte nicht nur unser Verhältnis zur Energie und deren Verbrauch revolutionieren, sondern auch die Art und Weise, wie wir mit unseren Ressourcen umgehen und global kooperieren. Es wäre ein Schritt in die richtige Richtung für eine Welt, die weniger von kurzfristigen Gewinnen und mehr von einer nachhaltigen Zukunft geprägt ist.

Aber wie können wir das manische Vorwärtsstreben der Menschheit zügeln? In einer von Geld getriebenen Gesellschaft, die sich rasant von der Natur entfernt, sind wir die einzigen Wesen mit einem ungebändigten Energiehunger. Während die nicht-menschlichen Geschöpfe der Natur nur soviel an Energie verbrauchen, wie sie zum Überleben benötigen, hat unser technologischer Fortschritt wahre Energievielfraße hervorgebracht. Allein die Energie, die zum sogenannten Mining, dem Schürfen von Kryptowährungen, aufgewendet wird, ist erschreckend. Laut einer Analyse des Informationsportals bitcoin-2go.de liegt der jährliche elektrische Energieverbrauch des Bitcoin-Netzwerks bei 115 Terawattstunden (TWh). Ich möchte Ihnen die Rechnung ersparen und gleich das Ergebnis geben auf die Frage: „Wie viele Olympiabecken mit je 2500 Kubikmeter Wasser von 20°C könnten mit dieser Leistung von 115 Terawattstunden zum Kochen gebracht werden?“ Hier die Antwort: Es wären gigantische 495 Millionen kochende Olympiabecken! Schon das Mining eines einzigen Bitcoins verbraucht irrsinnig viel Energie. Bleiben Sie lieber beim Gold-Mining, beim physischen Gold. 

Der weltweite Energieverbrauch wächst parallel zu unserem zunehmend automatisierten Denken, und dieser Verdummungsprozess nimmt proportional mit der Denkfaulheit zu. „Altmodische“ Bescheidenheit könnte ein wirksamer Ansatz zur Bewältigung der globalen „modernen“ Energiemisere sein. 

Rechnung für die Leser, die nachrechnen wollen.

Erforderliche Energie E für ein Schwimmbecken: 
E des Becken = Volumen × Dichte × Wärmekapazität × Temperaturdifferenz 
= 2.500.000  Liter × 1 kg/Liter × 4,18 J/g°C × 80 °C 
= 2.500.000 × 4,18 × 80 × 1000 Joule 
= 836.000.000.000  Joule 
Da ein Wattstunde gleich 3600 Joule ist: 
E eines Beckens etwa 232.222  Wh 
Mit 115 Terawattstunden: Eges = 115 ×1012  Wh 
ergibt sich die Anzahl der Becken: 
E ges/E Becken = 115 ×10 hoch 12 : 232.222 = 495.048.343 Becken