Das Weltwirtschaftsforum (WEF) bat eine Gruppe internationaler Technologieexperten, die diesjährigen Top 10 der aufstrebenden Technologien zu ermitteln. Nachdem die Gruppe bei weiteren Experten auf der ganzen Welt Nominierungen eingeholt hatte, bewertete sie Dutzende von Vorschlägen gemäß einer Reihe von Kriterien. Haben die vorgeschlagenen Technologien das Potenzial, den Gesellschaften und Volkswirtschaften einen großen Nutzen zu bringen? Könnten sie die etablierten Vorgehensweisen ändern? Werden sie in den nächsten Jahren voraussichtlich erhebliche Fortschritte machen? „Technologien, die heute entstehen, werden die Welt morgen bald und weit in die Zukunft gestalten – mit Auswirkungen auf die Wirtschaft und die Gesellschaft insgesamt“, sagte Mariette DiChristina, Chefredakteurin von Scientific American und Vorsitzende des Emerging Technologies Steering Committee. Auf der Suche nach den Ursprüngen der Innovation wird IO die Top-10 der aufkommenden Technologien des WEF in einer 10-teiligen Serie präsentieren. Heute Teil 8: Sichere Kernreaktoren.

Nach der Veröffentlichung von Teil 10 finden Sie die gesamte Serie hier.

Um den Kohlenstoff in der Atmosphäre zu kontrollieren, braucht man einen Mix aus Energietechnologien. Normalerweise erzählen wir Ihnen alles über Windenergie und noch mehr über Solarenergie, aber Lösungen können auch Kernreaktoren beinhalten. Diese stoßen keinen Kohlenstoff aus, werden aber nach einigen kleinen Störfällen als riskant eingestuft. Dieses Risiko kann deutlich reduziert werden.

Überhitztes Zirkonium

Kommerzielle Reaktoren verwenden seit Jahrzehnten den gleichen Brennstoff: kleine Pellets aus Urandioxid, die in langen zylindrischen Stäben aus einer Zirkoniumlegierung gestapelt sind. Zirkonium lässt die Neutronen, die durch die Spaltung in den Pellets erzeugt werden, leicht zwischen den vielen Stäben passieren, in einem Reaktorkern in Wasser versenkt sind, was eine selbsttragende, wärmeerzeugende Kernreaktion unterstützt.

Das Problem ist, wenn das Zirkonium überhitzt, kann es mit Wasser reagieren und Wasserstoff produzieren, der explodieren kann. Dieses Szenario führte zu zwei der weltweit schwersten Reaktorunfälle: der möglichen Explosion und dem teilweisen Schmelzen des Reaktorkerns auf Three Mile Island in den Vereinigten Staaten im Jahr 1979 sowie zu den Explosionen und der Freisetzung von Strahlung bei Fukushima Daiichi in Japan im Jahr 2011. (Die Tschernobyl-Katastrophe von 1986 wurde durch schlechtes Design und Fehlfunktionen des Reaktors verursacht.)

Hersteller wie Westinghouse Electric Company und Framatome beschleunigen die Entwicklung so genannter unfalltoleranter Kraftstoffe, die weniger überhitzen – und, wenn sie das tun, sehr wenig oder gar keinen Wasserstoff produzieren. In einigen Variationen wird die Zirkoniumschicht beschichtet, um Reaktionen zu minimieren. In anderen Varianten werden Zirkonium und sogar Urandioxid durch andere Materialien ersetzt. Die neuen Konfigurationen könnten mit wenigen Modifikationen in bestehende Reaktoren eingebaut werden, so dass sie im Laufe der 2020er Jahre schrittweise eingeführt werden können. Ein gründliches, bereits begonnenes, In-Core-Testing müsste sich als erfolgreich erweisen und die Regulierungsbehörden müssten zufrieden sein. Als Bonus könnten die neuen Brennstoffe dazu beitragen, dass Anlagen effizienter arbeiten und die Kernenergie wettbewerbsfähiger wird – eine wichtige Motivation für Hersteller und Energieversorger, denn Erdgas, Solar- und Windenergie sind billiger.

Lukrative Märkte

Obwohl die Kernenergie in den USA zum Stillstand gekommen ist und in Deutschland und anderen Ländern ausgemustert wird, entwickeln Russland und China die Kernenergie weiter. Diese Märkte könnten für die Hersteller dieser neuen Kraftstoffe lukrativ sein.

Russland setzt auch andere Sicherheitsmaßnahmen ein: Neuere Anlagen im In- und Ausland des staatlichen Unternehmens Rosatom verfügen über neuere „passive“ Sicherheitssysteme, die eine Überhitzung verhindern können, selbst wenn Strom im Werk verloren geht und das Kühlmittel nicht aktiv zirkulieren kann. Westinghouse und andere Unternehmen haben ebenfalls passive Sicherheitsmerkmale in ihre aktualisierten Designs integriert.

Die Hersteller experimentieren auch mit Modellen der „vierten Generation“, die flüssiges Natrium oder geschmolzenes Salz anstelle von Wasser verwenden, um die Wärme aus der Kernspaltung zu übertragen, wodurch die Möglichkeit einer gefährlichen Wasserstoffproduktion ausgeschlossen wird. Berichten zufolge plant China, in diesem Jahr einen Demonstrationsreaktor mit Heliumkühlung an sein Netz anzuschließen.

(Der größte Teil dieses Artikels stammt aus dem Bericht Top 10 Emerging Technologies 2019).