Dual-Fluid-Reaktor

Kernreaktorkonzept mit flüssigem Brennstoffsalz und flüssigem metallischen Kühlmedium From Wikipedia, the free encyclopedia

Der Dual-Fluid-Reaktor (Eigenschreibweise: Dual Fluid Reaktor) ist ein Kernreaktor-Konzept mit dem Ziel, die Vorteile des Flüssigsalzreaktors mit denen metallgekühlter Reaktoren (natriumgekühlter Reaktor, bleigekühlter Reaktor) zu kombinieren.[1] Somit sollen die Nachhaltigkeits-, Sicherheits- und Wirtschaftlichkeitsziele der sogenannten „IV. Generation“ erreicht werden. Aufgrund der Trennung von flüssigem Brennstoff und Kühlmittel sowie der vorgesehenen kontinuierlichen Brennstoffaufbereitung wird das Konzept von seinen Entwicklern als Weiterentwicklung über die Reaktoren der IV. Generation hinaus definiert und als weltweit erster Reaktor der V. Generation bezeichnet.[2][3]


Konzept

Kraftwerk-Skizze DF300 mit modularem Reaktor (300 MWel)
Kraftwerk-Skizze DF1500 (1500 MWel)

Der konzipierte Reaktor soll einen flüssigen Kern und Bleikühlung haben. Aktuell sieht das deutsch-kanadische Unternehmen Dual Fluid Energy flüssiges Actinoidenmetall als Spaltstoff vor, theoretisch sollen auch Chlorsalze möglich sein. Er soll ein hartes Neutronenspektrum mit schnellen Neutronen haben und für eine kombinierte Hochtemperaturwiederaufarbeitung die fraktionierte Destillation/Rektifikation nutzen. Das modulare Modell DF300, das zuerst realisiert werden soll, soll einen Kernspaltungsszyklus von einigen Jahrzehnten haben. Danach soll der Spaltstoff aus dem Reaktor entfernt und in einer eigenen Recyclinganlage so aufbereitet werden, dass die noch nutzbaren Stoffe einen neuen Spaltungszyklus durchlaufen können. Größere Dual-Fluid-Modelle sollen über eine integrierte Recyclinganlage verfügen, die den Spaltstoff permanent vor Ort und im laufenden Betrieb aufbereitet. In beiden Fällen sollen nur Spaltprodukte übrigbleiben, die innerhalb von 300 Jahren auf eine Radiotoxizität unterhalb der von Natururan abklingen, ein geologisches Endlager nach den Maßstäben des deutschen Standortauswahlgesetzes sei deutlich leichter zu errichten.

Das Unternehmen bewirbt das Konzept mit herausragenden Sicherheitseigenschaften, niedrigen Kosten sowie der Fähigkeit, Transuranabfall oder abgebrannten Spaltstoff aus Leichtwasserreaktoren in kurzen Zeiträumen energetisch zu verwerten und per Transmutation in besser nutzbare oder ungefährlichere Elemente umzuwandeln.

Während des Betriebs soll die Sicherheit durch einen stark negativen Temperaturkoeffizienten gewährleistet werden, zudem könnte durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der flüssigen Metalle die Nachzerfallswärme vollständig passiv abgeführt werden; dadurch soll das Konzept eine sehr hohe inhärente Sicherheit aufweisen.[4]

Als Brutreaktor soll der Dual-Fluid-Reaktor, anders als herkömmliche Leichtwasserreaktoren (LWR), nicht nur das mit einem Anteil von 0,7 % am Natururan recht seltene Uran-235 verwerten, sondern auch das weit häufigere Uran-238. Falls eine vollständige Umwandlung des gesamten Urans in Transurane mit nachfolgender Spaltung gelingt, könnte ein solcher Reaktor aus dem ungenutzten Uran-238 eines typischen abgebrannten LWR-Brennelements (ca. 1 Tonne) etwa 2,5 Jahre lang eine thermische Leistung von 1 Gigawatt gewinnen. Zudem soll der Dual-Fluid-Reaktor auch Thorium nutzen können. Damit würden die Kernbrennstoffressourcen der Erde für tausende von Jahren ausreichen.

Ab einer Energie von 1 MeV (1*10^0), wie sie bei schnellen Neutronen vorkommt, wird auch 238U spaltbar (grüne Linie), das bei langsamen Neutronen normalerweise kaum spaltbar ist. Da der Dual-Fluid-Reaktor die Neutronen nicht moderiert und abbremst, sondern mit schnellen Neutronen arbeitet, wird somit auch 238U spaltbar.

Entwicklungsgeschichte

Es gibt schon seit den 1950er Jahren Versuche, Flüssigbrennstoff-Reaktoren zu entwickeln, bislang jedoch ohne erfolgreiche wirtschaftliche Umsetzung.

Das neue Konzept eines Dual-Fluid-Reaktors wurde in den 2000er-Jahren am Berliner Institut für Festkörper-Kernphysik, gemeinnützige Gesellschaft zur Förderung der Forschung IFK mbH entwickelt. Fünf Beteiligte erhielten 2012 ein Patent auf das Funktionsprinzip des Reaktors.[5]

Das Reaktordesign gewann 2013 die öffentliche Abstimmung für den „Galileo-Wissenspreis“ bei den deutschen GreenTec Awards. Doch änderte das Preisverleihungskomitee die Regeln, um alle nuklearen Designs auszuschließen, bevor es den Gewinner bekannt gab. Dagegen klagten die Dual-Fluid-Teilnehmer erfolgreich.[6][7][8][9]

Eine Dissertation an der Technischen Universität München kam 2017 zu dem Fazit, dass das Dual-Fluid-Reaktorkonzept in technischer Hinsicht „generell realisierbar ist und großes Potenzial“ habe. Ökonomische Aspekte wurden in dieser Arbeit nicht betrachtet.[10] Ein weiteres Patent wurde 2019 auf den Flüssigmetall-Spaltstoff angemeldet.[11]

Im Februar 2021 gründeten einige der am Berliner IFK Mitwirkenden das kanadische Unternehmen Dual Fluid Energy Inc. mit dem Ziel, die Technologie zur kommerziellen Reife zu führen. Das Unternehmen rechnete 2022 mit dem Baubeginn eines Prototyps im Jahr 2028 und einer Bauzeit von drei Jahren.[12] Die Entwicklungskosten für den Prototyp mit einer elektrischen Leistung von 300 MW sollten nach seinen Angaben bei ca. 6 Mrd. US$ liegen.[13]

Im September 2023 verkündete das Unternehmen eine Einigung mit der Atomaufsicht Ruandas über den Bau und Betrieb eines Demonstrationsreaktors.[14] Er solle in zwei bis drei Jahren fertiggestellt sein und der Überprüfung theoretischer Berechnungen dienen sowie der Erforschung von Materialeigenschaften im Hinblick auf die Genehmigung eines großen Leistungsreaktors bzw. Prototyps dienen.[15] Im April 2025 veranschlagte man für den Bau und die Betriebskosten des „Demonstrators“ in Ruanda etwa 100 Mio. Euro und rechnete etwa 2027 mit dem Beginn des eineinhalbjährigen Versuchsbetriebs.[16]

Für den Reaktortyp DF-300 (300 MW) gibt das Unternehmen Stromgestehungskosten von etwa 2,7 US-Cent pro Kilowattstunde an, basierend auf einer hohen Brennstoffausnutzung, einem auf hohe Leistungsdichte ausgelegten Reaktorkern aus Flüssigmetall und einer vereinfachten Anlagenkonzeption.[17]

Weblinks

Videos

Einzelnachweise

Related Articles

Wikiwand AI