Universitäten experimentieren mit Mikrokernenergie

Ein Ingenieur bezeichnete die Kernenergie als „völlig missverstanden und zu wenig genutzt“.

Wenn Ihr Bild von Atomkraft aus riesigen, zylindrischen Kühltürmen aus Beton besteht, die auf einem Gelände, das Hunderte von Hektar Land einnimmt, Dampf ausströmen lassen, wird es bald eine Alternative geben: winzige Kernreaktoren, die nur ein Hundertstel des Stroms produzieren und das sogar können per LKW geliefert.

Kleine, aber bedeutende Strommengen – fast genug, um beispielsweise einen kleinen Campus, ein Krankenhaus oder einen Militärkomplex zu betreiben – werden aus einer neuen Generation von Mikrokernreaktoren pulsieren. Jetzt zeigen einige Universitäten Interesse.

„Wir sehen, dass diese fortschrittlichen Reaktortechnologien eine echte Zukunft bei der Dekarbonisierung der Energielandschaft in den USA und auf der ganzen Welt haben“, sagte Caleb Brooks, Professor für Nukleartechnik an der University of Illinois in Urbana-Champaign.

Die winzigen Reaktoren bringen einige der gleichen Herausforderungen mit sich wie große Atomreaktoren, beispielsweise die Frage, wie radioaktive Abfälle entsorgt werden müssen und wie die Sicherheit gewährleistet werden kann. Befürworter sagen, dass diese Probleme bewältigt werden können und die Vorteile alle Risiken überwiegen.

Universitäten sind an der Technologie interessiert, die nicht nur ihre Gebäude mit Strom versorgt, sondern auch, wie weit sie dabei gehen kann, die Kohle- und Gasenergie zu ersetzen, die den Klimawandel verursacht. Die University of Illinois hofft, die Technologie als Teil einer sauberen Energiezukunft voranzutreiben, sagte Brooks. Die Schule plant, eine Baugenehmigung für einen von der Ultra Safe Nuclear Corporation entwickelten gasgekühlten Hochtemperaturreaktor zu beantragen und will ihn Anfang 2028 in Betrieb nehmen. Brooks ist Projektleiter.

Mikroreaktoren werden „transformativ“ sein, weil sie in Fabriken gebaut und vor Ort per Plug-and-Play angeschlossen werden können, sagte Jacopo Buongiorno, Professor für Nuklearwissenschaft und -technik am Massachusetts Institute of Technology. Buongiorno untersucht die Rolle der Kernenergie in einer Welt sauberer Energie.

„Das ist es, was wir sehen wollen: Kernenergie auf Abruf als Produkt, nicht als großes Megaprojekt“, sagte er.

Sowohl Buongiorno als auch Marc Nichol, leitender Direktor für neue Reaktoren am Nuclear Energy Institute, sehen im Interesse der Schulen den Beginn eines Trends.

Letztes Jahr unterzeichnete die Penn State University eine Absichtserklärung mit Westinghouse zur Zusammenarbeit bei der Mikroreaktortechnologie. Mike Shaqqo, Senior Vice President des Unternehmens für fortgeschrittene Reaktorprogramme, sagte, Universitäten würden „einer unserer wichtigsten ersten Anwender dieser Technologie“ sein.

Penn State möchte die Technologie erproben, damit Appalachenindustrien wie Stahl- und Zementhersteller sie möglicherweise nutzen können, sagte Professor Jean Paul Allain, Leiter der Abteilung für Nukleartechnik. Diese beiden Industriezweige neigen dazu, schmutzige Brennstoffe zu verbrennen und verursachen sehr hohe Emissionen. Der Einsatz eines Mikroreaktors könnte auch eine von mehreren Optionen sein, um der Universität zu helfen, weniger Erdgas zu verbrauchen und ihre langfristigen CO2-Emissionsziele zu erreichen, sagte er.

„Ich bin der Meinung, dass Mikroreaktoren bahnbrechend sein und die Art und Weise, wie wir über Energie denken, revolutionieren können“, sagte Allain.

Für Allain können Mikroreaktoren erneuerbare Energien ergänzen, indem sie große Energiemengen liefern, ohne viel Land zu beanspruchen. Ein 10-Megawatt-Mikroreaktor könnte weniger als einen Hektar Platz beanspruchen, während Windmühlen oder ein Solarpark weitaus mehr Platz benötigen würden, um 10 Megawatt zu produzieren, fügte er hinzu. Ziel ist es, bis zum Ende des Jahrzehnts eine solche in Penn State zu haben.

Die Purdue University in Indiana arbeitet mit Duke Energy an der Machbarkeit der Nutzung fortschrittlicher Kernenergie, um ihren langfristigen Energiebedarf zu decken.

Kernreaktoren, die der Forschung dienen, sind auf dem Campus nichts Neues. Ungefähr zwei Dutzend US-Universitäten verfügen über sie. Ihre Nutzung als Energiequelle ist jedoch neu.

Zurück an der University of Illinois erklärt Brooks, dass der Mikroreaktor Wärme erzeugen würde, um Dampf zu erzeugen. Während die überschüssige Wärme aus der Verbrennung von Kohle und Gas zur Stromerzeugung oft verschwendet wird, sieht Brooks die Dampfproduktion aus dem nuklearen Mikroreaktor als Pluspunkt, da es sich um eine kohlenstofffreie Möglichkeit handelt, Dampf über das Fernwärmesystem des Campus an Heizkörper in Gebäuden zu liefern. eine gängige Heizmethode für große Anlagen im Mittleren Westen und Nordosten. Der Campus besteht aus Hunderten von Gebäuden.

Der 10-Megawatt-Mikroreaktor würde nicht den gesamten Bedarf decken, aber er würde zur Demonstration der Technologie dienen, da andere Gemeinden und Campusgelände eine Abkehr von fossilen Brennstoffen anstreben, sagte Brooks.

Ein Unternehmen, das Mikroreaktoren baut, die heute der Öffentlichkeit besichtigt werden können, ist Last Energy mit Sitz in Washington, D.C. Das Unternehmen hat in Brookshire, Texas, einen Modellreaktor gebaut, der in einem kantigen Würfel untergebracht ist, der mit reflektierendem Metall bedeckt ist.

Jetzt wird es auseinandergenommen, um zu testen, wie das Gerät transportiert werden kann. Eine Lastwagenkarawane bringt es nach Austin, wo Firmengründer Bret Kugelmass auf der South by Southwest-Konferenz und dem Festival einen Vortrag halten soll.

Kugelmass, ein Technologieunternehmer und Maschinenbauingenieur, ist mit einigen Universitäten im Gespräch, sein Hauptaugenmerk liegt jedoch auf Industriekunden. Er arbeitet mit Genehmigungsbehörden im Vereinigten Königreich, Polen und Rumänien zusammen, um zu versuchen, seinen ersten Reaktor im Jahr 2025 in Europa in Betrieb zu nehmen.

Die Dringlichkeit der Klimakrise bedeute, dass die CO2-freie Kernenergie bald ausgebaut werden müsse, sagte er.

„Es muss sich um ein kleines, hergestelltes Produkt handeln und nicht um ein großes, maßgeschneidertes Bauprojekt“, sagte er.

Traditionelle Atomenergie kostet Milliarden von Dollar. Ein Beispiel sind zwei zusätzliche Reaktoren in einer Anlage in Georgia, die am Ende mehr als 30 Milliarden US-Dollar kosten werden.

Die Gesamtkosten des Mikroreaktors von Last Energy, einschließlich Modulfertigung, Montage und Vorbereitungsarbeiten vor Ort, belaufen sich nach Angaben des Unternehmens auf weniger als 100 Millionen US-Dollar.

Westinghouse, das seit über 70 Jahren eine tragende Säule der Nuklearindustrie ist, entwickelt laut Shaqqo seinen „eVinci“-Mikroreaktor und strebt an, die Technologie bis 2027 lizenziert zu bekommen.

Auch das Verteidigungsministerium arbeitet an einem Mikroreaktor. Das Projekt Pele ist ein Prototyp eines mobilen Kernreaktors des Verteidigungsministeriums, der im Idaho National Laboratory entwickelt wird.

Die Abilene Christian University in Texas leitet zusammen mit dem Unternehmen Natura Resources eine Gruppe von drei anderen Universitäten, um einen Forschungsmikroreaktor zu entwerfen und zu bauen, der mit geschmolzenem Salz gekühlt wird, um Hochtemperaturbetrieb bei niedrigem Druck zu ermöglichen, teilweise um die Ausbildung der nächsten Generation von Arbeitskräften im Nuklearbereich zu unterstützen.

Doch nicht jeder teilt die Begeisterung. Edwin Lyman, Direktor für Kernenergiesicherheit bei der Union of Concerned Scientists, nannte es „völlig ungerechtfertigt“.

Bei Mikroreaktoren müsse im Allgemeinen viel mehr Uran pro erzeugter Stromeinheit abgebaut und angereichert werden als bei herkömmlichen Reaktoren, sagte er. Er rechne außerdem damit, dass die Brennstoffkosten deutlich höher ausfallen und dass im Vergleich zu herkömmlichen Reaktoren mehr Abfälle aus abgereichertem Uran anfallen könnten.

„Ich denke, diejenigen, die hoffen, dass Mikroreaktoren die Wunderwaffe zur Lösung der Klimakrise sein werden, setzen einfach auf das falsche Pferd“, sagte er.

Lyman sagte auch, er befürchte, dass Mikroreaktoren zum Ziel eines Terroranschlags werden könnten und dass einige Entwürfe Brennstoffe verwenden würden, die für Terroristen, die einfache Atomwaffen bauen wollen, attraktiv sein könnten. Die UCS ist nicht gegen die Nutzung der Kernenergie, möchte aber sicherstellen, dass sie sicher ist.

In den Vereinigten Staaten gibt es kein nationales Lager für abgebrannte Kernbrennstoffe, und es häufen sich die Mengen. Mikroreaktoren würden das Problem nur verschlimmern und den radioaktiven Abfall verbreiten, sagte Lyman.

Eine von Stanford durchgeführte Studie aus dem Jahr 2022 ergab, dass kleinere modulare Reaktoren – die nächstgrößere Größe als Mikroreaktoren – mehr Abfall erzeugen als herkömmliche Reaktoren. Die Hauptautorin Lindsay Krall sagte diese Woche, dass das Design von Mikroreaktoren sie dem gleichen Problem aussetzen würde.

Kugelmass sieht nur Versprechen. Die Kernenergie sei „völlig missverstanden und zu wenig genutzt worden“, sagte er. Es wird „die wichtigste Säule unserer künftigen Energiewende“ sein.