Small Modular Reactor

Erste Anwendungen kleiner Kernreaktoren

Kleine Kernreaktoren wurden bereits in den 1940er Jahren im Rahmen militärischer Forschungsprogramme in den Vereinigten Staaten entwickelt. Teilstreitkräfte wie Luftwaffe, Heer und Marine verfolgten unterschiedliche Konzepte. Während Versuche der Luftwaffe, kerngetriebene Flugzeuge zu realisieren, erfolglos blieben, gelang es der Marine, kompakte Reaktoren für U-Boote und Flugzeugträger zu entwickeln. Diese unterschieden sich jedoch in ihren Anforderungen deutlich von späteren zivilen Anwendungen. Im Rahmen des Army Nuclear Power Program entstanden zwischen den 1950er und 1970er Jahren mehrere kleine Reaktoren, darunter Anlagen in abgelegenen Regionen wie Grönland und der Antarktis. Der Betrieb war teilweise von technischen Problemen geprägt, etwa Leckagen und strukturellen Schäden. 1976 wurde das Programm eingestellt; als Gründe wurden unter anderem hohe Entwicklungs- und Betriebskosten genannt.^[4]

Parallel dazu förderte die United States Atomic Energy Commission (AEC) ab den 1950er Jahren die Entwicklung kleiner ziviler Leistungsreaktoren. Insgesamt wurden in den Vereinigten Staaten 17 Reaktoren mit einer elektrischen Leistung unter 300 MWe errichtet. Diese dienten vielfach als Demonstrations- und Prototypanlagen. Beispiele sind der Reaktor Elk River (Minnesota) und der La-Crosse-Siedewasserreaktor (Wisconsin). Mehrere dieser Anlagen wiesen technische Probleme, Verzögerungen beim Bau sowie im Vergleich zu fossilen Kraftwerken hohe Stromgestehungskosten auf. Alle derartigen Reaktoren sind heute stillgelegt. Innerhalb der AEC setzte sich bereits in den 1960er Jahren die Auffassung durch, dass größere Reaktoren wirtschaftliche Vorteile bieten (Skaleneffekte). Entsprechend verlagerte sich die Entwicklung hin zu Anlagen mit höherer Leistung. Bis in die 1970er Jahre stieg die typische Leistung neu errichteter Kernkraftwerke in den Vereinigten Staaten auf mehrere hundert bis über tausend Megawatt an.^[4]

Auch in anderen Ländern wurden kleinere Reaktoren errichtet, meist jedoch als Zwischenschritt hin zu größeren Einheiten. Ein Beispiel sind die in Indien gebauten Schwerwasserreaktoren mit einer Leistung von etwa 220 MWe, die später ebenfalls durch leistungsstärkere Varianten ersetzt wurden. Ab den 1980er Jahren wurde das Konzept kleiner, modular aufgebauter Reaktoren erneut aufgegriffen. Vor dem Hintergrund steigender Baukosten und Verzögerungen bei Großprojekten wurden fabrikgefertigte, standardisierte Anlagen vorgeschlagen, die durch Serienfertigung und kürzere Bauzeiten wirtschaftliche Vorteile bieten sollten.^[4]

Neuere Entwicklungen

Kleine Reaktorkonzepte werden unter anderem vor dem Hintergrund wirtschaftlicher Herausforderungen großer Kernkraftwerksprojekte sowie energiepolitischer Überlegungen im Zusammenhang mit Klimaschutz und Versorgungssicherheit diskutiert.^[1]

Nach Angaben der Nuclear Energy Agency (NEA) existierten Stand 2025 weltweit 127 Reaktorkonzepte, die als SMR eingeordnet werden. Die meisten dieser Konzepte befinden sich in frühen Entwicklungsphasen, ein Teil wird nicht weiterverfolgt; zahlreiche Projekte durchlaufen Vorlizenzierungs- oder Genehmigungsverfahren. Ein Großteil der weiter fortgeschrittenen oder bereits realisierten Konzepte basiert auf der Technologie der Leichtwasserreaktoren. Beispiele sind das schwimmende Kernkraftwerk Akademik Lomonosow (seit 2020 in Betrieb) sowie der argentinische Reaktor CAREM (seit 2014 im Bau). Daneben werden teilweise auch kleinere, seit längerem eingesetzte Reaktoren aus dem maritimen Bereich allein aufgrund ihrer Leistung als SMR eingeordnet, wodurch die Abgrenzung zu anderen Reaktortypen unscharf wird.^[1]

Neben Leichtwasserreaktoren umfassen zahlreiche Konzepte auch alternative Technologien mit anderen Kühlmitteln und Moderatoren, die teilweise zusätzliche Anwendungen wie Prozesswärmebereitstellung oder weitergehende Brennstoffzyklen ermöglichen sollen. Ein Teil dieser Entwicklungen wird als Advanced Modular Reactors bezeichnet und häufig der sogenannten „vierten Generation“ zugerechnet, wobei viele der zugrunde liegenden Konzepte bereits seit Jahrzehnten bekannt sind und teils in Prototypanlagen wie dem THTR-300 oder dem SNR-300 erprobt wurden. Als in Betrieb befindliche Anlagen, die dem SMR-Spektrum zugerechnet werden, gelten unter anderem der chinesische Hochtemperaturreaktor HTR-PM (seit 2023) sowie auch der japanische High-temperature engineering test reactor. Weitere Projekte, darunter ACP100 (China), RITM-200S (Russland), BREST-300 (Russland) und Hermes (Vereinigte Staaten), befinden sich im Bau.^[1]

Prototypen

• Das schwimmende Kernkraftwerk Akademik Lomonossow hat als Ersatz für das Kernkraftwerk Bilibino 2020 die Strom- und Wärmeversorgung von Pewek, einer 4.000-Einwohner-Stadt in Sibirien an der Tschuktschensee sowie angrenzender Bergwerke übernommen. Es wurde seit 2007 im St. Petersburger Hafen auf einer 150 m langen Barke mit zwei Druckwasserreaktoren vom Typ KLT-40C mit je 35 MW Leistung gebaut.
• Carem-25 (Leistung 27 MW) in Argentinien, von der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEO) als Forschungsreaktor titulierter Prototyp für einen kleinen Druckwasserreaktor: Baubeginn war 2014, bei einem geschätzten Baufortschritt von rund 60 % wurde im August 2020 die neue Bauphase mit Nucleoeléctrica Argentina SA als Auftragnehmer fortgesetzt.^[21] Im Jahr 2024 wurde der Bau bis auf Weiteres eingestellt.^[22]
• 2021 wurden in China die ersten zwei HTR-PM-Reaktoren in Betrieb genommen.^[23] Die zwei Kugelhaufen-Reaktoren mit jeweils 250 MW thermischer Leistung sollten zusammen einen Turbosatz mit 210 MW elektrischer Leistung antreiben.^[24][25] Tatsächlich wurde die Leistung der beiden Einheiten um ein Viertel auf 150 MWe (75 MWe je Einheit) reduziert, ohne dass dafür Gründe genannt wurden.^[26][27]
• Ebenfalls 2021 wurde in Hainan mit dem Bau eines ACP100 mit dem Namen Linglong One begonnen.^[28] Mit einer elektrischen Leistung von 125 MW soll der Reaktor jährlich 1 TWh an Strom erzeugen.^[28] Am 16. Oktober 2025 wurden die Kaltfunktionstests erfolgreich abgeschlossen.^[29]

Weitere Projekte

• Das in Corvallis (Oregon) ansässige Start-up NuScale Power entwickelt kleine, gebrauchsfertig zu liefernde Reaktormodule mit einer Leistung von ursprünglich 50 MW und einem „integralen Reaktorbehälter“, worin sich Reaktorkern, Dampferzeuger sowie Primärkreislauf zusammen befinden, die sonst getrennte Einheiten bilden. Im Lauf der Jahre wuchs die Leistung auf 77 MW je Einheit, da größere Reaktoren günstiger Strom produzieren, was bereits in früheren Jahrzehnten zu immer größeren Meilern geführt hat, bis hin zum EPR, dieser Sachverhalt wird bei SMRs ignoriert. Einzelne Module mit 4,5 m Breite und 22 m Höhe sollen sich per Schwertransport an ihre Einsatzorte bringen lassen, wo bis zu zwölf voneinander unabhängig arbeitsfähige Module mit dann zusammen 600 MW Leistung in einem Gebäude untergebracht werden sollten. Ende 2016 wurde die Zulassung des Modells für den US-Markt beantragt, am in Idaho vorgesehenen ersten Bauplatz wurden 2017 Umweltgutachten erstellt.^[8] Die Design-Zulassung in den USA wurde im Januar 2023 erteilt.^[30] Im November 2023 wurde das Projekt gestoppt, da man anzweifelte, für die elektrische Energie der sechs Reaktoren mit einer Gesamtleistung von 0,462 GW Abnehmer zu finden.^[31] Außerdem wurden die deutlich gestiegenen Kosten von geschätzten 5,3 auf 9,3 Milliarden US-Dollar und Finanzierungsprobleme als Gründe für den Ausstieg genannt.^[32] Für die Entwicklung des Modellprojektes hatte NuScale staatliche Subventionen in Höhe von 4 Milliarden US-Dollar erhalten.^[33] NuScales Projektpartner, der Energieversorger Utah Associated Municipal Power Systems, verlautbarte gegenüber dem Magazin Science, dass sich das Unternehmen stattdessen auf den Ausbau von Windenergie, Solarkraftwerken und Batterien konzentrieren werde.^{[34][31][35][32]}
• Rolls-Royce entwickelte das Design für einen Druckwasserreaktor als SMR mit einer elektrischen Leistung von 470 MW. Die Einzelteile der Reaktorblöcke sollen sich mit einem Lkw transportieren lassen und in Massenproduktion hergestellt werden.^[36] Die Zulassung im Vereinigten Königreich sollte bis 2024 erfolgen, der erste Reaktor 2029 ans Netz gehen.^[37] Siemens Energy soll für die RR-SMR-Anlage das nichtnukleare Equipment, d. h. Kraftwerkskomponenten wie Dampfturbine, Generator usw. bereitstellen.^[38]
• Schwimmende SMR werden z. B. von der kanadischen Firma Dunedin Energy Systems für abgelegene Bergbauprojekte in den USA sowie als „Integraler Leichtwasser-Reaktor“ vom chinesischen Nuclear Power Institute in Chengdu in Kooperation mit dem britischen Lloyd’s Register entwickelt. Dabei müssen solche Anlagen nicht nur den Sicherheits-Vorgaben der IAEO genügen, sondern auch denen der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation IMO, die dafür mittlerweile einen vorläufigen Anforderungskatalog aufgestellt hat; allerdings sind hier noch weitere Regularien und technische Anforderungen notwendig, z. B. auch für den Fall des Sinkens der Anlagen. Dabei steht die internationale Genehmigungspraxis insgesamt vor der Herausforderung der vorgesehenen länderübergreifenden standortgebundenen und hochstandardisierten Produktionen, also quasi von Typ- statt Einzelzulassungen.^[8]
• Im Jahr 2021 beschloss TerraPower den Bau eines kleinen modularen Flüssigsalzreaktors mit Natriumkühlung und 500 Megawatt Spitzenleistung in den USA.^[39]
• Der US-Hersteller Holtec International und Enerhoatom sind im Gespräch über 20 SMR-160 Anlagen für die Ukraine.^[40]
• Amazon plant, zwölf Mini-Reaktoren des Typs Xe-100 des Herstellers X-energy mit einer Gesamtleistung von 960 MW bauen zu lassen. Die ersten vier Reaktoren mit einer elektrischen Gesamtleistung von 320 MW sollen im US-Bundesstaat Washington ab Ende der 2020er-Jahre errichtet werden und in den 2030er-Jahren in Betrieb genommen werden, um die Rechenzentren von Amazon und andere Aktivitäten zu versorgen.^[41] Der Xe-100 ist ein gasgekühlter Hochtemperaturreaktor, der mit TRISO als Brennstoff arbeiten soll.^[42]

Mögliche Standorte

Kanada, die USA und das Vereinigte Königreich fördern die Entwicklung von SMRs mit öffentlichen Mitteln.^[43] Im Streit um die Kernenergie in Belgien wurden 2021 in einem regierungsinternen Kompromiss 100 Millionen Euro Fördermittel für die Forschung zur Entwicklung kleinerer modularer Kernreaktoren vorgesehen.^[44] Interessenbekundungen und Vorverträge existieren Stand September 2022 auch für Polen,^[45] Rumänien,^[46] Estland,^[47] Tschechien^[48][49], Schweden^[50] und die Niederlande.^[51] Aufgrund der Leistung im Bereich der Antriebsleistung bestehender Containerschiffe (z. B. Emma Maersk: 80 MW; Open100: 100 MW) wäre auch der Einsatz als Schiffsantrieb denkbar. Aufgrund der volatilen und tendenziell steigenden Preise von Schweröl und Schiffsdiesel sowie der Problematik bzgl. der Emissionen der Schifffahrt wird dies trotz der vergangenen gemischten Erfahrungen (technisch erfolgreich, politisch und ökonomisch gescheitert) mit „Versuchsschiffen“ wie Otto Hahn oder NS Savannah immer wieder propagiert.^[52][53]

SMR Feasibility Study (2014)

Machbarkeitsstudie^[54] herausgegeben vom britischen National Nuclear Laboratory (UKNNL).^[55] Die Studie hat die folgenden Bereiche untersucht:

1. Bewertung des globalen Marktes
2. Technische Bewertung
3. Investition in Innovation
4. Finanzielle Bewertung (einschließlich Bewertung der Kostensenkung)
5. Bewertung der kommerziellen Möglichkeiten im Vereinigten Königreich

GRS 376 (2015)

In der Studie der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit wurden SMRs wie folgt untersucht:^[56][57]

• Überblick zur Thematik „SMR“
• Reaktorsicherheit und zukünftige F&E Vorhaben
• Anpassungsbedarf der Rechencodes
• Hochtemperaturreaktoren in Kopplung an Industrieanlagen

BASE/Öko-Institut (2021)

Das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) hat am 10. März 2021 ein umfangreiches Gutachten präsentiert,^[58] das 136 verschiedene historische sowie aktuelle Reaktoren bzw. SMR-Konzepte betrachtet, 31 davon besonders detailliert. Das vom Öko-Institut im Auftrag des BASE erstellte Gutachten liefert eine Einschätzung zu möglichen Einsatzbereichen, der Endlagerfrage, Sicherheitsfragen und der Proliferations-Gefahr.^[59][60]

Ergebnisse des Gutachtens sind unter anderem:

• Um weltweit dieselbe elektrische Leistung zu erzeugen wie mit üblichen Atomkraftwerken, sei der Bau von vielen tausend bis zehntausend SMR-Anlagen notwendig.
• Gegenüber Atomkraftwerken mit großer Leistung könnten zwar einzelne SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile erzielen, da sie pro Reaktor ein geringeres radioaktives Inventar aufweisen. Die hohe Anzahl an Reaktoren, die für die gleiche Produktionsmenge an elektrischer Leistung notwendig ist, erhöhe das Risiko jedoch insgesamt um ein Vielfaches.
• Anders als teilweise von Herstellern angegeben, müsse davon ausgegangen werden, dass bei einem schweren Unfall die radioaktiven Kontaminationen deutlich über das Anlagengelände hinausreichten.
• Durch die geringe elektrische Leistung seien bei SMR die Baukosten relativ betrachtet höher als bei großen Atomkraftwerken. Eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Nuklearindustrie lege nahe, dass im Mittel 3.000 SMR produziert werden müssten, bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde.
• Bei einem Wiedereinstieg in die Atomenergie seien wiederum lange Betriebs-, Sicherheits- und Störfallrisiken in Kauf zu nehmen. Umfangreiche Zwischenlager- und Brennstofftransporte seien weiterhin erforderlich. Auch ein Endlager sei in jedem Fall weiter erforderlich.
• Die Verwendung von bereits vorhandenen Uranreserven durch Partionierungs- und Transmutations-Konzepte (P&T) sei nur anwendbar für abgebrannte Brennstäbe. Allerdings seien 40 Prozent davon in Deutschland bereits wiederaufgearbeitet. Die daraus entstandenen verglasten Abfälle seien nicht für P&T-Verfahren zugänglich.
• Zwar könnten bestimmte Transurane wie Plutonium in ihrer Menge reduziert werden, auf der anderen Seite würde jedoch die Abfallmenge für andere langlebige radioaktive Spaltprodukte ansteigen, z. T. sogar um bis zu 75 Prozent (Cäsium-135) gegenüber der ohne P&T einzulagernden Menge.
• Schließlich bliebe die Gefahr, dass das im P&T-Verfahren notwendigerweise abzutrennende Plutonium leichter für Waffenherstellung zugänglich wäre.

In der kritischen Gesamtbewertung heißt es: Keine der diskutierten Technologien sei derzeit und absehbar am Markt verfügbar. Gleichzeitig würden sie mit ähnlichen Versprechen wie zu den Reaktoren in den 1950ern und 1960er Jahren des vergangenen Jahrhunderts angepriesen.^[61]

University of Pennsylvania (2022)

Laut einer Studie, die in PNAS veröffentlicht wurde, erzeugen Small Modular Reactors (SMRs) bis zu 2- bis 30-mal mehr radioaktiven Abfall pro erzeugter Energieeinheit als konventionelle Kernreaktoren.^[62] Darüber hinaus weist der Abfall von SMRs eine erheblich stärkere Radioaktivität auf, was die Langzeitlagerung und Entsorgung zusätzlich erschwert. Diese Erkenntnisse werfen Fragen zur Umweltverträglichkeit und Sicherheit von SMRs auf, insbesondere im Vergleich zu bestehenden großen Kernreaktoren.^[63] Die Frage der langfristigen Entsorgung bleibt weiterhin offen. Ohne geschlossenen Kernbrennstoffkreislauf werden die Spaltprodukte weiterhin nur zwischengelagert, bevor eine finale Entsorgung stattfindet.

Dokumentationen

• Mini-Kernkraftwerke: Der Weg aus der Klimakrise? Terra X vom 2. Juni 2021, Länge: 18 min, verfügbar bis 2. Juni 2031

Fachartikel und Andere

• Ch. Pistner, M. Englert, Ch. Küppers, Ch. von Hirschhausen, B. Wealer, B. Steigerwald, R. Donderer: Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung einer Anwendung von SMR-Konzepten (Small Modular Reactors). In: Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (Hrsg.): BASE-Forschungsberichte zur Sicherheit der nuklearen Entsorgung. Berlin, März 2021, abgerufen am 18. November 2025
• D. Bittermann: Status of development work on small and medium sized reactors at Siemens/KWU. International Atomic Energy Agency (IAEA) 1998 (englisch, iaea.org).
• Liu Zhan et al.: Development and outlook of advanced nuclear energy technology. In: Energy Strategy Reviews. Band 34, März 2021, S. 100630, doi:10.1016/j.esr.2021.100630 (englisch).
• Ross Peel, Sukesh K. Aghara: Nuclear Security for Next-Generation Reactors. In: Christopher Hobbs, Sarah Tzinieris, Sukesh K. Aghara (Hrsg.): The Oxford Handbook of Nuclear Security. 1. Auflage. Oxford University Press, 2023, ISBN 978-0-19-284793-5, S. C31S1-C31N53, doi:10.1093/oxfordhb/9780192847935.013.31 (englisch).

Fachbücher

• Mario D. Carelli, Daniel T. Ingersoll (Hrsg.): Handbook of Small Modular Nuclear Reactors (= Woodhead Publishing Series in Energy). Elsevier, Waltham, MA 2015, ISBN 978-0-85709-851-1 (englisch).
• Jorge Morales Pedraza: Small Modular Reactors for Electricity Generation. Springer International Publishing, Cham 2017, ISBN 978-3-319-52215-9, doi:10.1007/978-3-319-52216-6 (englisch).
• Bahman Zohuri: Small Modular Reactors as Renewable Energy Sources. Springer International Publishing, Cham 2019, ISBN 978-3-319-92593-6, doi:10.1007/978-3-319-92594-3 (englisch).
• Bahman Zohuri, Patrick McDaniel: Advanced Smaller Modular Reactors: An Innovative Approach to Nuclear Power. Springer International Publishing, Cham 2019, ISBN 978-3-03023681-6, doi:10.1007/978-3-030-23682-3 (englisch).
• Thomas Schulenberg: Die vierte Generation der Kernreaktoren: Grundlagen, Typen und Nutzen verständlich erklärt. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2020, ISBN 978-3-662-61604-8, doi:10.1007/978-3-662-61605-5.
• IAEA: Advances in Small Modular Reactor Technology Developments. 2022 Edition Auflage. IAEA, Vienna 2022 (englisch, iaea.org [PDF]).

Reporte

• NEA: The NEA Small Modular Reactor Dashboard. Hrsg.: NEA. OECD, Paris 2023 (englisch, oecd-nea.org).
• NEA: The NEA Small Modular Reactor Dashboard - Volume II. Hrsg.: NEA. OECD, Paris 2023 (englisch, oecd-nea.org).