Thorium als Brennstoff der Zukunft?

07.01.2012

Fukushima hin, Tschernobyl her: Der neue, alte Hoffnungsträger der Atombranche heißt Thorium. Deutschland hat mit der Technik schon reichlich Erfahrung.

Kann es einen sicheren Atomreaktor geben? Die Antwort scheint klar. Aber wenn ein Kraftwerks-Konzept der Einschätzung "sicher" nahe kam, dann der in Deutschland entwickelte Thorium-Hochtemperaturreaktor nach dem Kugelhaufen-Prinzip. Gerade in Bezug auf die Sicherheit hat er gleich mehrere Vorteile. Das beginnt beim Brennstoff, großteils Thorium mit einem gewissen Uran-Anteil. Der ist fest in etwa tennisballgroße Graphit-Kugeln eingeschlossen (deshalb auch der Begriff Kugelhaufenreaktor), auch Abfallprodukte können nicht nach außen dringen.

Thorium wird erst durch Neutroneneinfang und Betazerfall zu spaltbarem Uran-233, und in der folgenden Zerfallsreihe bleiben weniger langlebige (strahlende) Isotope zurück als beim Uran-Reaktor. Man kommt zwar auch hier um Aufbereitung und Endlager nicht herum, aber die Zeiträume ändern sich. Sollte jemand Brennstoff abzweigen, ist ihm besonders leicht auf die Schliche zu kommen, finden sich doch darin stets auch Spuren des starken Gammastrahlers Uran-232, die gut nachweisbar sind (dabei aber auch die Aufbereitung verkomplizieren).

Thorium wird vor allem aus Monazitsand gewonnen. Foto: U.S House Subcommittee on Energy and Natural Resources.

Gekühlt wird mit dem Edelgas Helium, das in dem Reaktor sehr heiß wird (deshalb der Name). Das erfordert zwar besonders widerstandsfähige Wandungen, aber so kann es zumindest nicht zu einer Wasserstoffexplosion kommen wie in Fukushima. Außerdem werden Heliumkerne unter den Bedingungen des Thorium-Reaktors nicht radioaktiv, ein Austreten des Kühlmittels wäre also kein Problem. Selbst ein kompletter Ausfall der Kühlung schadet nicht, die Temperatur überschreitet 1600 Grad Celsius nie, weil sich mit steigender Temperatur die Zahl der Spaltprozesse verringert. Da die Brennelemente-Kugeln für diese Temperaturen konstruiert sind, kann es nicht zu einer Kernschmelze wie in Fukushima oder Tschernobyl kommen.

Woher man das alles weiß? - Man hat es ausführlich ausprobiert, vor allem auch in Deutschland. Erst mit einer Versuchsanlage in Jülich, dann mit einem 300-Megawatt-Reaktor in Hamm-Uentrop, dem THTR-300. Am 6. September 1985 wurde er hochgefahren, nur vier Jahre später hat man ihn wieder komplett abgeschaltet, nachdem er für gerade einmal 423 Tage unter Volllast Strom geliefert hatte. Bau, Betrieb und Stilllegung haben bisher rund 2,43 Milliarden Euro gekostet, für den kompletten Rückbau rechnet man mit weiteren 675 Millionen, deren Finanzierung bisher nicht geklärt sind.

Gescheitert ist der Reaktor nur vordergründig an technischen Problemen. Zum einen hatte sich herausgestellt, dass ein kleiner Prozentsatz der Brennstoff-Kugeln bei der Inbetriebnahme des Reaktors beschädigt worden war. Zum anderen kam es ausgerechnet kurz nach der Katastrophe von Tschernobyl zu einem Stau der Kugeln, der mit einem geringfügigen Austritt von Radioaktivität verbunden war - allerdings war die Gegend um das Kraftwerk wie ganz Deutschland damals von Niederschlägen aus Tschernobyl so belastet, dass der zusätzliche Austritt nicht einmal messbar war. Die SPD-geführte Landesregierung in NRW, die den Reaktor zunächst wegen der Kohlevorkommen des Landes haben wollte (das gewinnbare sehr heiße Gas lässt sich etwa auch zur Vergasung von Kohle nutzen), ließ die Technik schnell fallen.

Hat Deutschland damit aus politischen Gründen eine Zukunftstechnologie zu früh begraben? Die Antwort ist schwierig, denn wie bei jeder Patentlösung zeigen sich die konkreten Schwierigkeiten erst beim genauen Hinsehen. Und das ist anhand von Konzepten noch nicht möglich. So kamen etwa die Modul-Lösungen, die die deutschen Kraftwerksbauer Ende der Achtziger favorisierten, nie über das Entwurfsstadium hinaus. Die Modularisierung sollte kleinere Reaktoren ermöglichen, die auch gern mitten in der Stadt hätten stehen dürfen. Dass der Thorium-Brennzyklus im Gegensatz zu dem des Urans komplett ist, ließ Forscher an geschlossene Systeme denken: Thorium-Reaktoren, die nur einmal befüllt werden, dann über 30 oder 50 Jahre kontinuierlich Energie liefern und schließlich komplett entsorgt werden. Eine interessante Alternative zum Kugelhaufenreaktor ist der Thorium-Flüssigsalz-Reaktor, in dem der Brennstoff als flüssiges Salz zirkuliert. Das Salz übernimmt dabei gleichzeitig die Funktion der Wärmeabfuhr.

Die Sicherheit entsteht bei beiden Konzepten allerdings erst aus der Kombination von Brennstoff und Reaktoraufbau. In Indien hingegen, wo man im Oktober mit dem Vorhaben Schlagzeilen machte, Thorium-Reaktoren zur Energiegewinnung zu nutzen, soll ein Schwerwasser-Reaktor gebaut werden: Darin dient Schweres Wasser als Moderator und Leichtes Wasser als Kühlmittel - mit dem Effekt, dass zumindest einige Gefahren herkömmlicher Kraftwerkstechnik so nicht zu bannen sind. Was die indischen Forscher bauen wollen, ist eben nicht wie der Kugelhaufen- oder Flüssigsalz-Reaktor inhärent sicher, sondern erst durch die vielen Zusatzsysteme (man denkt zum Beispiel an ein Kühl-Borwasser-Reservoir direkt über dem Reaktor, das man im Notfall einfach "auskippen" kann), die aber, so eine dumme Verkettung von Zufällen es will, auch versagen können.

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