Der Thorium-Flüssigsalzreaktor

Thorium ist ein in der Natur vorkommender Kernbrennstoff. Es gibt viermal mehr Thorium in der Erdkruste als Uran. Und man kann es in Thorium-Flüssigsalzreaktoren einsetzen, um Elektrizität zu erzeugen, Hitze und weitere wertvolle Produkte.

Fast jeder von uns ist Teil einer Gemeinschaft, sei sie groß oder klein, und alle Gemeinschaften haben ähnliche Bedürfnisse: Sie brauchen Licht, sie brauchen Wärme, sie brauchen Klimaanlagen. Menschen funktionieren nicht sehr gut, wenn es zu heiß ist oder zu kalt. Sie brauchen Lebensmittel, die wachsen, verteilt und sicher gelagert werden. Müll muss einsammelt, entfernt und aufbereitet werden. Menschen müssen von einem Ort zum anderen kommen können – und das möglichst schnell. Für dies alles ist Energieversorgung die Grundlage. Energie in Form von Elektrizität gibt uns Licht und Klima, Energie in Form von Wärme hält uns warm, und Energie in chemischer Form liefert Kunstdünger und treibt Landwirtschaftsmaschinen und Verkehr an. Ich habe 10 Jahre lang bei der NASA gearbeitet. In der ersten Zeit dort habe ich mich sehr für Gemeinschaften interessiert. Aber die Art von Gemeinschaft, die mich beschäftigt hat, war diese hier: eine Mondkolonie. Sie hat die gleichen Bedürfnisse wie ein Gemeinwesen auf der Erde, aber ein paar sehr spezielle Einschränkungen. Und wir müssen uns überlegen, wie wir eine solche spezielle Gemeinschaft mit Energie versorgen können. Es gibt keine Kohle auf dem Mond, es gibt kein Öl. Es gibt kein Erdgas. Es gibt keine Atmosphäre. Es gibt auch keinen Wind. Und die Solarenergie hat ein echtes Problem: Der Mond braucht einen Monat für eine Erdumkreisung. Zwei Wochen lang gibt es keine Sonne, und die Solar-Paneele erzeugen keine Energie. Genügend Energie für zwei Wochen in Akkus zu speichern, ist schlicht nicht durchführbar. Daher ist Kernenergie die einzige Möglichkeit. Damals, im Jahr 2000, wusste ich nicht wirklich viel über Kernenergie. Darum versuchte ich, möglichst alles über Kernenergie zu lernen, wie wir sie heute einsetzen. Überall auf der Welt verwenden wir Wasser als Kühlmittel. Das hat einige Vorteile, aber es hat auch viele Nachteile. Wenn Sie Elektrizität erzeugen wollen, müssen Sie das Wasser viel stärker erhitzen, als Sie es normalerweise können. Unter Normaldruck siedet Wasser bei 100 Grad Celsius. Das ist bei weitem nicht heiß genug, um effektiv Elektrizität zu erzeugen. Darum müssen wassergekühlte Reaktor bei Drücken laufen, die sehr viel höher sind als der normale Luftdruck. Einige wassergekühlte Reaktoren arbeiten bei über 70 bar, andere sogar bei einem Druck von 150 bar. Das lässt sich nicht verhindern. Das muss man halt so machen, wenn man mit einem wassergekühlten Reaktor Strom erzeugen will. Und das bedeutet: Einen wassergekühlten Reaktor muss man als Druckbehälter bauen – mit Stahlwandungen, die über 20 Zentimeter dick sind. Das hört sich schwer an? Das ist es auch! Schlimm wird es bei einem Unfall mit Druckverlust im Reaktor. Wenn Sie flüssiges Wasser bei 300 Grad Celsius haben und der Druck fällt plötzlich weg, dann bleibt das Wasser nicht sehr lange flüssig: Es wird schlagartig zu Dampf! Darum baut man wassergekühlte Reaktoren in großen, dicken Gebäuden aus Beton, sogenannten Containments. Das Containment soll den Wasserdampf aufnehmen, der aus dem Reaktor kommt, wenn es einen Unfall mit Druckverlust gibt. Wasserdampf braucht tausendmal mehr Volumen als flüssiges Wasser. Daher ist das Containment sehr groß im Vergleich zum Reaktor. Bei einem Druckverlust gibt es ein weiteres großes Problem, wenn das Wasser verdampft. Ohne Notkühlung kann der Kernbrennstoff im Reaktor überhitzen und schmelzen. Die heutigen Reaktoren verwenden Uranoxid als Brennstoff. Das ist ein keramisches Material und verhält sich ähnlich wie die Keramik, aus der wir Kaffeetassen oder Kochgeschirr machen oder Ziegel für den Kamin. Sie sind chemisch stabil, aber keine guten Wärmeleiter. Bei einem Druckverlust und einem Verlust des Kühlwassers werden die Brennelemente bald schmelzen und die radioaktiven Spaltprodukte freisetzen, die darin enthalten sind. Die Herstellung eines festen Kernbrennstoffs ist eine komplizierte und teure Angelegenheit. Außerdem verwenden wir nur weniger als 1 Prozent der Energie, die im Brennstoff enthalten ist. Danach können die Brennelemente nicht länger im Reaktor bleiben. Wassergekühlte Reaktoren stellen eine weitere Anforderung: Sie müssen in der Nähe großer Wassermengen sein, damit der Dampf, den sie erzeugen, gekühlt und kondensiert werden kann. Andernfalls können sie keinen Strom erzeugen. Auf dem Mond gibt es aber keine Seen oder Flüsse. Und wenn Sie jetzt sagen, dass wassergekühlte Reaktoren für eine Mondkolonie doch wohl keine so gute Idee sind, würde ich Ihnen zustimmen. Aber wissen Sie, ich hatte das Glück, etwas über eine andere Art von Kernenergie zu lernen, die diese Probleme alle nicht hat, und zwar aus einem ganz einfachen Grund: sie arbeitet nicht mit Wasserkühlung, und sie arbeitet nicht mit festen Brennstoffen. Verblüffenderweise arbeitet sie mit Salz. Eines Tages bei der Arbeit war ich im Büro eines Freundes und sah ein Buch in seinem Regal: »Reaktoren mit Flüssigbrennstoffen«. Das interessierte mich, und ich fragte, ob ich es ausleihen könne. Ich las über Forschungsarbeiten damals in den 1950er Jahren in den Vereinigten Staaten, die sich mit einem Kernreaktor befassten, der nicht mit festem Brennstoff oder Wasserkühlung arbeitete und der die Probleme eines wassergekühlten Reaktors nicht hatte. Der Grund dafür war sehr bestechend: Er verwendete eine Mischung von Fluoridsalzen als Kernbrennstoff, speziell die Fluoride von Lithium, Beryllium, Uran und Thorium. Fluoride sind chemisch außerordentlich stabil. Sie reagieren nicht mit Luft oder Wasser, Sie müssen sie auf 400 Grad Celsius aufheizen, um sie zum Schmelzen zu bringen, und das ist geradezu perfekt, um in einem Kernreaktor Strom zu erzeugen. Und jetzt kommt der Clou: Diese Reaktoren brauchen nicht mit hohen Drücken zu arbeiten. Und das ist der größte Unterschied. Das bedeutet: Sie brauchen nicht in großen, schweren Stahlkesseln zu sein. Sie brauchen kein Wasser als Kühlmittel, und es gibt nichts im Reaktor, das – anders als Wasser – seine Dichte nennenswert verändert. Darum kann das Containment um den Reaktor sehr viel kleiner und enganliegend sein. Anders als die Festbrennstoffe, die schmelzen können, wenn sie nicht gekühlt werden, sind die flüssigen Fluoridbrennstoffe bereits geschmolzen – und zwar bei einer viel, viel niedrigeren Temperatur. Im Normalbetrieb gibt es einen kleinen Pfropfen hier am Boden des Reaktorbehälters. Dieser Pfropfen besteht aus gefrorenem Salz. Er bleibt gefroren, weil kaltes Gas über die Außenseite des Rohres geblasen wird. Falls bei einem Notfall der gesamte Strom im Kernkraftwerk ausfällt, kann das Gebläse nicht mehr blasen, der gefrorene Stopfen schmilzt, und der flüssige Fluoridbrennstoff im Reaktor läuft aus dem Behälter heraus durch die Leitung in einen anderen Tank hinein, den Auffangtank. Das Innere des Auffangtanks ist auf maximale Wärmeabfuhr ausgelegt. Das Salz wird passiv gekühlt, und die Hitze geht mit der Zeit zurück. Bei wassergekühlten Reaktoren muss man das Kraftwerk im Allgemeinen mit Strom versorgen, um den Kühlkreislauf aufrechtzuerhalten und eine Kernschmelze wie in Japan zu verhindern. Aber wenn bei diesem Reaktor der Strom ausfällt, fährt sich der Reaktor selbst herunter. Er macht das ganz allein, ohne menschliches Zutun, und er bringt sich selbst in einen sicheren und kontrollierten Zustand. Das klang für mich alles sehr überzeugend. Es hat mich begeistert, welches Potential ein Flüssigsalzreaktor zur Versorgung einer Mondkolonie bot. Aber dann habe ich von Thorium erfahren, und die Geschichte wurde noch besser. Thorium ist ein in der Natur vorkommender Kernbrennstoff. Es gibt viermal mehr Thorium in der Erdkruste als Uran. Und man kann es in Thorium-Flüssigsalzreaktoren einsetzen, um Elektrizität zu erzeugen, Hitze und weitere wertvolle Produkte. Thorium hat eine so hohe Energiedichte, dass Sie die Energie für Ihr ganzes Leben in der Hand halten können. Auch auf dem Mond ist Thorium ein ganz gewöhnlicher Stoff und leicht zu finden. Diese Karte zeigt, wo auf dem Mond Thorium zu finden ist. Thorium hat eine elektromagnetische Signature, durch die es leicht zu finden ist, sogar von einem Raumschiff aus. Mit der Energie eines Thorium-Flüssigsalzreaktors könnten wir die Luft recyclen und auch Wasser und Müll in der Mondkolonie wiederverwenden. Das wäre ja auch ein absolutes Muss, um erfolgreich zu sein. We die Pflanzen, die wir zur Ernährung der Menschen brauchen, auch in der zwei Wochen langen Mondnacht wachsen lassen: mit Licht und Strom aus dem Reaktor. Es sah ganz so aus, als ob der Thorium-Flüssigsalzreaktor – oder LFTR – genau die Energiequelle ist, die eine autarke Mondkolonie Wirklichkeit werden lassen könnte. Aber ich hatte eine einfache Frage: Wenn das eine derart großartige Sache für eine Gemeinschaft auf dem Mond ist, warum dann nicht für eine Gemeinschaft auf der Erde? Für eine Gesellschaft der Zukunft: selbstversorgend und energieunabhängig. Dieselbe Art der Energieerzeugung und dieselben Recycling-Techniken, die großen Einfluß auf das Überleben auf dem Mond haben, könnten ebenso einen großen Einfluß auf das Überleben auf der Erde haben. Heute verbrennen wir fossile Brennstoffe, weil sie leicht zu finden sind, und einfach, weil wir es können. Leider sehen dadurch manche Teile unseres Planeten wie der Mond aus. Weil wir fossile Brennstoffe verwenden, werden wir in Konflikte in instabilen Regionen der Welt verwickelt. Wir zahlen mit Geld und mit Leben. Alles könnte sehr viel anders sein, wenn wir Thorium verwendeten. Wissen Sie, im LFTR können wir Thorium etwa 200 Mal effizienter einsetzen, als wir es heute mit Uran machen, denn der LFTR ist in der Lage, die Energie im Thorium fast vollständig freizusetzen. Das vermindert die Abfallproduktion gegenüber Uran um das Hundertfache, und millionenfach gegenüber fossilen Brennstoffen. Wir brauchen auch weiterhin flüssige Kraftstoffe für Fahrzeuge und Maschinen, aber wir können die Flüssigkraftstoffe aus dem Kohlendioxid in der Atmosphäre und aus Wasser gewinnen – ganz ähnlich, wie es die Natur macht. Wir können Wasserstoff durch Aufspalten von Wasser erzeugen und mit dem Kohlenstoff verbinden, den wir aus dem CO2 in der Atmosphäre gewonnen haben. So schaffen wir Kraftstoffe wie Methanol, Ammoniak und Dimethyläther, die ein direkter Ersatz für Diesel sein können. Stellen Sie sich kohlendioxidneutrales Benzin und Diesel vor – nachhaltig und selbst produziert. Haben wir denn genug Thorium? Ja, haben wir! Beispielsweise haben wir in den Vereinigten Staaten über 3.200 Tonnen Thorium, das vor 50 Jahren angesammelt wurde und heute in einem Flachgraben in Nevada liegt. Allein dieses Thorium könnte, in einem LFTR eingesetzt, so viel Energie erzeugen, wie die USA in drei Jahren verbrauchen. Thorium ist keine seltene Substanz. Es gibt viele Orte wie diesen hier in Idaho. Aus einer Fläche von der Größe eines Football-Felds könnte man genug Thorium gewinnen, um die ganze Welt ein Jahr mit Energie zu versorgen. Mit der LFTR-Technologie könnten wir wegkommen von den teuren und schwierigen Aspekten der heutige Kernenergie mit Wasserkühlung und festen Uranbrennelementen. Wir brauchen keine großen Hochdruckreaktoren, wir brauchen keine riesigen Containments! Wir brauchen keine großen, wenig effizienten Dampfturbinen. Wir brauchen nicht so viele Hochspannungsleitungen über große Entfernungen, Denn Thorium ist eine gut transportierbare Energiequelle, die man dort findet, wo man sie braucht. Ein Thorium-Flüssigsalzreaktor wäre eine kompakte Anlage, sehr energieeffizient und sicher. Sie könnte Tag und Nacht die Energie produzieren, die wir brauchen – und zwar ohne Rücksicht auf das jeweilige Wetter. 2007 haben wir 5 Milliarden Tonnen Kohle verbraucht, 31 Milliarden Barrel Öl und 5 Billionen Kubikmeter Erdgas, außerdem 65.000 Tonnen Uran. Alles für den Weltenergiebedarf! Mit LFTR könnten wir dasselbe mit 7.000 Tonnen Thorium erreichen. So viel könnte man in einer einzigen Mine abbauen. Wenn Sie dies alles interessant finden, lade ich Sie ein, unsere Website zu besuchen, wo eine wachsende, enthusiastische Gemeinschaft von Thorium-Befürwortern dabei ist, der Welt zu erzählen, wie wir eine saubere und nachhaltige Zukunft der Energie erreichen können – mit Energie aus Thorium. Vielen Dank!

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