Beim Wort „Atomkraftwerk” denkt man an riesige Anlagen im Gigawatt-Leistungsbereich und einer Stromproduktion, die in Terrawattstunden pro Jahr gemessen wird. Enorme Mengen Strom wie man sie nur in entwickelten, dicht besiedelten Gebieten benötigt.
Atomkraft gibt es aber auch in kleineren Portionen. Am untersten Ende der Skala findet man die Radioisotopen-Generatoren (RTG). Diese generieren Strom und Wärme durch den natürlichen Zerfall schwerer Atome – nicht durch die künstlich herbeigeführte Spaltung. Grundlage bildet meist das nicht spaltbare Plutonium-Isotop 238. Anwendungen dafür finden sich im Bereich der Raumfahrt, wie beispielsweise den Voyager-Raumsonden. Aber auch in Leuchttürmen kommen sie zum Einsatz. Sie produzieren nur wenige Watt an Leistung, dafür aber über Jahrzehnte hinweg, während sich das Ursprungsmaterial unendlich langsam die Zerfallskette runter zu Blei umwandelt.
Mikro-Reaktoren sind im Vergleich zu RTGs Riesen, verglichen mit dem klassischen „Atomkraftwerk” aber immer noch Zwerge. Die internationale Atomenergieagentur stuft Mikro-Reaktoren in die Leistungsklasse 1 bis 10 Megawattstunden (MW, eine Million bis zehn Millionen Watt) ein. Daraus ergibt sich eine Stromproduktion von 24 bis 240 Megawattstunden (MWh) pro Tag. Erst darüber findet sich die Klasse der „Small Modular Reactors”, die von 10 MW aufwärts bis 300 MW eingestuft sind.
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Anlagen der Größenordnung Mikro-Reaktoren hatte das US Verteidigungsministerium (DoD) im Sinn als es im März 2020 das „Project Pele” initiierte. Es wurden im Rahmen eines zweijährigen Wettbewerbs Aufträge im Gesamtvolumen von 37 Millionen US-Dollar (31 Millionen Euro) für Designarbeiten an transportablen Atomreaktoren an BWXT, Westinghouse GS und X-energy vergeben. Die Reaktoren sollen eine Leistung von 1 bis 5 MW über einen Zeitraum von mindestens drei Jahren liefern können. Der Transport soll per Containerfracht auf der Straße oder auch Bahn oder Flugzeug möglich sein. Für die Inbetriebnahme am Einsatzort sind maximal drei Tage, für den Abbau maximal sieben Tage veranschlagt. Im Rahmen von „Project Pele” soll im März 2022 ein Sieger gekürt und im Sommer 2022 mit dem Bau des Prototypen begonnen werden. Tests unter Vollast sollen in Idaho bereits Ende 2023/Anfang 2024 erfolgen.
Das DoD verbraucht 30 Terrawattstunden (TWh) Strom pro Jahr und 38 Millionen Liter Treibstoff pro Tag und will durch Mikro-Reaktoren sowohl netzunabhängiger werden als auch die Gefahr für Versorgungskonvois senken. Die Analyse der Einsätze Iraqi Freedom und Enduring Freedom im Irak und in Afghanistan ergab, dass rund 18.700 der gesamt rund 36.000 Verwundeten und Gefallenen bei diesen Einsätzen auf Angriffe auf Versorgungskonvois zurückzuführen sind. Wobei Energie einen wesentlichen Anteil dieses logistischen Bedarfes einnimmt.
Doch auch abseits von Kampfeinsätzen kann Energieversorgung kompliziert und teuer sein. So liegt der Treibstoffpreis in Alaska etwa beim 2,5-fachen des US-Durchschnitts. Ähnlich kostspielig ist die Versorgung strategisch bedeutsamer, permanenter Einsatzbasen wie beispielsweise Diego Garcia oder Guam. Dazu kommt der Bedarf einer sicheren Versorgung energieintensiver Anlagen. Für Hawaii war eine große Radaranlage zur Abwehr von Interkontinentalraketen geplant. Nebst teurem Netzanschluss quer durch ein Naturschutzgebiet sollte zum sicheren unabhängigen Betrieb ein Dieselgenerator samt Tanklager für fast 570.000 Liter Treibstoff installiert werden.
Spezifische lokale Gegebenheiten oder Anwendungen und deren hohe Energiekosten bilden also die Grundlage um einen doch recht teuren kleinen Atomreaktor rasch wirtschaftlich attraktiv zu machen. Erste Erfahrungen mit Mikro-Reaktoren hat das US Militär schon von den 1950er- bis in die 1970er-Jahre gemacht. Im Rahmen des „Army Nuclear Power Program” wurden insgesamt acht kleine Anlagen erprobt und/oder betrieben – einige davon mobil. Insgesamt war die Technik aber noch zu unausgereift und komplex, der Aufwand diese im Betrieb zu halten und sicher zu betreiben zu hoch.
Reaktoren in dieser Größenordnung, welche aktuell und schon seit Jahrzehnten laufen finden sich auf atomgetriebenen-U-Booten und Flugzeugträgern. Diese Reaktoren laufen mit einer Treibstoffladung auch gut und gerne mal 30 Jahre am Stück. Sie haben aber auch wesentliche Einschränkungen. Auch sie benötigen top-ausgebildetes Personal. Ein sehr restriktiver Zugang zur Anlage ist notwendig, auf einem Kriegsschiff systemimmanent aber leicht umsetzbar. Die Anlage schwimmt mit ihrem Schiff quasi in einem Ozean voller Kühlmittel. Und nicht zuletzt ist deren Brennstoff-Anreicherung beinahe so hoch wie in einer Atombombe und somit weit über allem was in zivilem Umfeld zulässig wäre.
Die neuen Mikro-Rektoren sollen hingegen auf Basis von Grundlagen der Technologien entstehen, die im US-nationalen aber auch internationalen Forschungsverbund für die 4. Generation ziviler Kernkraftwerke in Entwicklung stehen.
Im Fokus des US Militärs steht dabei extrem harter und temperaturstabiler „TRISO-Treibstoff” – winzige Uranoxyd-Kugeln mit einem Durchmesser von unter einem halben Millimeter, mehrfach beschichtet mit Karbon, Kohlenstoff und Siliciumcarbid und eingebettet in Grafit. Sie können nicht schmelzen und benötigen kein Wasser oder Pumpen zur Kühlung. Stattdessen kommt Salz oder Heliumgas, Heatpipes und natürliche Zirkulation zur Anwendung. In ihrem physikalischen Fenster soll so eine Schiffscontainer-große Anlage ohne Bedarf für Bedienungspersonal zuverlässig ohne Unterbrechung für Jahre laufen und am Einsatzort konstant die Strom- und Wärmeversorgung sichern.
2023 sollen im Containment des ehemaligen EBRII-Testreaktors des Idaho National Laboratory ein Volllasttest mit dem Sieger von „Project Pele” laufen. Daran anschließend ist ein Test im Freien geplant. Entsprechend erfolgreiche Tests vorausgesetzt bieten sich als erste Einsatzorte Einrichtungen der US Armee im Herzen Alaskas an, wie beispielsweise Fort Wainwright oder Fort Greely. Die Stromversorgung in Alaska läuft nicht über ein allumfassendes Netz wie man es bei uns kennt, sondern stützt sich auf kleine lokale Netze angefangen von 100 Kilomwatt bis 385 MW. Die dortigen militärischen Anlagen, wie das 49th Missile Defense Battalion, benötigen eine gesicherte Energieversorgung und bieten bereits ein Umfeld mit entsprechend kontrollierten Zugängen. Dies wären somit ideale Voraussetzungen für die ersten Einsatzerfahrungen mit modernen Mikro-Reaktoren.
