Dual Fluid Reaktor

Video zum Dual Fluid-Reaktorkonzept auf youtube (Link öffnet in neuem Tab)

Zu Deutsch ein „Zwei-Flüssigkeits-Reaktor“, bei dem

  • die Kernbrennstoffe als Flüssigkeit vorliegen und durch den Reaktorkern gepumpt werden und
  • von einer zweiten Flüssigkeit umströmt werden, die die freigesetzte Wärmeenergie zur Nutzung abtransportiert.

Dieser Reaktor ist im Konzept-Stadium und basiert auf einer neuartigen Zusammenstellung bisher bekannter Einzelsysteme von Kernreaktor-Systemen.

Funktionsprinzip

Schema des Konzeptes des Dual Fluid Reaktors

Gelb dargestellt ist der Reaktor-Kern, dessen Kernbrennstoff das Wärmetransportmedium – hier Blei – auf ca. 1000°C erhitzt und die Wärme einem Wärmetauscher zuführt (rechts dargestellt), um sie auf vielfältige Weise – zur Stromerzeugung, für Industrieprozesse und für die Raumwärmegestehung – nutzen zu können.
Beim Dual-Fluid-Reaktor wird der flüssig vorliegende Kernbrennstoff permanent (oder phasenweise) in einer externen Prozess-Anlage aufbereitet: Spaltprodukte werden entfernt und können in dem violett dargestellten Spaltprodukt-Kreislauf (1) gekühlt oder (2) aus diesem durch die Spaltprodukt-Destillation weiter aufgetrennt werden.
Beide Kreisläufe sind durch Schmelzsicherungen abgesichert, hier nicht dargestellt. Diese Schmelzsicherungen öffnen ein Ablaufrohr in ein flaches Becken, in dem die Kernbrennstoffe unterkritisch sind (Abbruch der Kernspaltungs-Kettenreaktion durch hohe Neutronenverluste) und die Wärme gut abgeführt wird.

Bei der Spaltprodukt-Destillation werden als grüne Kugeln dargestellte nutzbare Isotope – z.B. Edelmetalle – abgetrennt sowie die nicht nutzbaren Isotope, violett dargestellt, ausgesondert.

Durch den hohen Brennstoffnutzungsgrad und die Möglichkeit, langlebige Spaltprodukte durch Transmutation in kurzlebige Spaltprodukte zu überführen, wird eine Lagerungsdauer von ca. 300 Jahren angestrebt, nach der die Reststoffe bei sehr geringem Gefahrenpotential endgelagert werden können. Dies ist um den Faktor 1000 kürzer als bei den derzeit in Brennelementen anfallenden Reststoffen der Kernenergienutzung.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Reaktorkonzeptes ist, dass auch das Uran-238-Isotop durch schnelle Neutronen in diesem Reaktor gespalten werden kann. Dieses ist z.B. zu ca. 95% in „verbrauchten“ Brennelementen der DWR- und SWR-Technik noch vorhanden. Wird Natururan genutzt – 0.7% in herkömmlichen Reaktoren nutzbares Uran-235 und 99,3% Uran-238 – kann dieses direkt verwendet werden, ohne es anzureichern und dabei mehr als die hundertfache Energiemenge liefern, was die Problematik des Uranminen-Betriebs verringert (weniger Abraum, weniger Umgang mit radioaktiven Stoffen).

Hürden

  • Einzeltechniken sind durchaus in Industrieprozessen erprobt, das komplexe Zusammenspiel z.B. von Salzschmelzen bei hohen Temperaturen mit hohen Neutronenflüssen ist eine Herausforderung. Hier muss gezeigt werden, dass mit derzeitiger Technologie alle Hürden überwunden werden können.
  • Die Finanzierung einer Testanlage (nicht-nuklear) zum Testen der Salzgemisch-Trennung würde nach eigenen Abschätzungen im Bereich 200-500 Mio Euro benötigen.
    Der Bau eines Prototyp-Kraftwerks wird nach den Konzept-Erfindern mit 10 000 Mio Euro veranschlagt, der eines 1,5-Gigawatt-el-Serienkraftwerks mit 5 000 Mio (5 Mrd.) Euro, was nach eigenen Kenntnissen für die Investitionen in kerntechnische Anlagen sinnvolle Abschätzungen sind.
    Alternativkosten:
    Wind / 6GW Kapazität erforderlich (25% Windverfügbarkeit) ca. 20 Mrd. EUR
    Photovoltaik / 13,5KW Kap. (11% Sonnenverf.) ca. 13,5 Mrd. EUR
  • Die Zeitspanne bis zum ersten full-size Prototypen liegt nach eigenen Abschätzungen bei ca. 20 Jahren in Deutschland (10 Jahre in China oder den USA) und bei weiteren 10 Jahren, bis erste Standard-Kraftwerke „ausgeliefert“ werden können.
    Bei den üblichen Zeithorizonten politischer Entscheidungen von 1-2 Wahlperioden wird ein solches Projekt in Deutschland nur schwer durchführbar sein.
  • Die mangelnde naturwissenschaftliche Bildung und die daraus hervorgehende undifferenzierte Auffassung in Bezug auf die Nutzung kerntechnischer Anlagen macht in Deutschland die Entwicklung ebenfalls sehr unwahrscheinlich, weil eine generelle Unterstützung fehlt.
  • Eine Revolution der Batterietechnik oder Power-To-X-Technologien würde das Speicherproblem der Photovoltaik beheben und diese grundlastfähig machen – ähnlichem Energiebedarf könnte Deutschland dann den gesamten Energiebedarf mit Photovoltaik problemlos decken.

Quellen