Deep Fission: Atomreaktor verschwindet 1,8 Kilometer tief im Gestein

Ein junges Unternehmen aus Kalifornien lässt in Kansas Bohrköpfe arbeiten, wie man es sonst bei der Suche nach neuen Öl- oder Gasvorkommen erwarten würde. Dort entsteht jedoch kein fossiles Förderprojekt, sondern der erste Prototyp eines Atomreaktors, der tief im Untergrund installiert werden soll. Die Entwickler möchten die Schutzaufgaben von Betonkuppeln und Stahlcontainern weitgehend der Geologie übertragen – und so Kosten, Bauzeiten und die Sicherheitsdiskussion rund um Kernenergie neu ordnen.

Bohrstart in Kansas: Atomreaktor verschwindet 1,8 Kilometer tief im Gestein

Deep Fission hat im kalifornischen Parsons im US-Bundesstaat Kansas mit den ersten Testbohrungen begonnen. Drei sogenannte Erkundungsbohrungen sollen zeigen, ob der Untergrund tatsächlich die Eigenschaften besitzt, die die Computermodelle erwarten lassen. Jeder dieser Schächte soll etwa 1830 Meter tief reichen und nur ungefähr 20 Zentimeter Durchmesser aufweisen.

Technologisch greift das Vorhaben auf Methoden aus der Öl- und Gasindustrie zurück. Bewährte Bohrverfahren sollen die Ausgaben spürbar senken, weil dafür keine vollständig neue Infrastruktur entwickelt werden muss. Das Prinzip ist einfach, aber neuartig: Mit vertrauter Technik werden nicht fossile Rohstoffe erschlossen, sondern ein kompaktes Kraftwerk direkt im Gestein versenkt.

Deep Fission will bis Juli 2026 einen Reaktorkern in fast zwei Kilometer Tiefe kritisch werden lassen – also Strom aus einem unterirdischen Mini-Kernkraftwerk liefern.

Kansas eignet sich nach Einschätzung des Unternehmens besonders gut für dieses Vorhaben. Die Geologie der Region ist umfassend untersucht, die Gesteinsschichten gelten als stabil und kompakt, während tektonische Aktivitäten selten sind. Gerade diese massiven und kaum wasserdurchlässigen Formationen sollen den Reaktor später wie ein natürlicher Schutzschild umschließen.

Vom Testloch zum Kraftwerk: So soll das unterirdische Atommodul arbeiten

Sobald die drei Erkundungsbohrungen abgeschlossen sind, will Deep Fission einen vierten Schacht errichten. Dieser soll den Reaktor aufnehmen. Anders als ein konventionelles Kernkraftwerk mit großen Gebäuden ähnelt die Konstruktion eher einem technischen „Bohrstring“-Modul.

Nach dem Plan des Unternehmens läuft der Aufbau folgendermaßen ab:

• Bohrung eines senkrechten Schachts bis in rund 1,8 Kilometer Tiefe
• Ausbau des unteren Bereichs zu einer mit Wasser gefüllten Kavität
• Befestigung des kompakten Reaktormoduls an einem belastbaren Kabel
• Absenken des Moduls in die wassergefüllte Tiefe
• Verbindung der Kühl- und Stromleitungen mit Anlagen an der Oberfläche

Beim Reaktor handelt es sich grundsätzlich um einen Druckwasserreaktor, einen weltweit verbreiteten Typ. Für Deep Fission wird er jedoch deutlich verkleinert und geometrisch an die enge Form eines Bohrlochs angepasst. Als Brennstoff ist schwach angereichertes Uran vorgesehen, das das Unternehmen über einen Liefervertrag von Urenco USA beziehen möchte.

Vorgesehen ist eine thermische Leistung von 15 Megawatt. Nach der Umwandlung durch eine Turbine sollen davon etwa 5 Megawatt elektrische Leistung verfügbar bleiben. Diese Kapazität wäre eher für ein einzelnes Rechenzentrum, einen größeren Campus oder eine abgelegene Industrieanlage geeignet als für die Versorgung einer Großstadt.

Wasser als natürlicher Druckbehälter, Fels als biologische Barriere

Bei herkömmlichen Atomkraftwerken sorgen Hunderte Tonnen Stahl und massive Betonwände für Druckfestigkeit und Strahlenschutz. Deep Fission will diese Funktionen zu großen Teilen durch natürliche Bedingungen und die Schwerkraft erfüllen lassen.

Über dem Reaktorkern befindet sich eine ungefähr 1,8 Kilometer hohe Wassersäule. Nach Angaben des Unternehmens erzeugt sie einen Druck von rund 160 Bar. In dieser Tiefe könnte das Wasser damit die Funktion eines natürlichen Reaktordruckbehälters übernehmen. Extrem dickwandige Stahlgefäße wären dann nicht erforderlich, was ein schlankeres Design ermöglichen soll.

Auch der umgebende Fels hat eine zweite Schutzfunktion. Er soll Strahlung abschirmen und zugleich die letzte Barriere zur Außenwelt bilden. Bei oberirdischen Reaktoren müssen mehrere Meter Stahlbeton verhindern, dass im Ernstfall Radioaktivität austritt. Unter Tage soll diese Aufgabe dauerhaft und ohne Wartungsaufwand der Gesteinsmantel übernehmen.

Die Idee: Im schlimmsten Störfall bleiben radioaktive Stoffe in fast zwei Kilometern Tiefe gefangen – blockiert von kompakten, schwer durchlässigen Gesteinsschichten.

Ob dieses Konzept funktioniert, lässt sich allerdings nicht allein anhand von Annahmen beurteilen. Mit den Erkundungsbohrungen sollen deshalb Härte, Rissbildung und Wasserdurchlässigkeit sämtlicher relevanter Schichten genau ermittelt werden. Nur wenn das Gestein langfristig als stabil eingestuft wird, soll der eigentliche Reaktorschacht entstehen.

Kosten, Tempo und Risiko: Was sich wirtschaftlich ändern könnte

Weltweit belastet Kernkraft ein erhebliches Kostenproblem: Große Bauvorhaben überschreiten häufig sowohl ihr Budget als auch den vorgesehenen Zeitplan. Genau an diesem Punkt setzt Deep Fission an und stellt deutlich niedrigere Investitionskosten je Megawatt in Aussicht.

Schätzungen aus dem Umfeld des Unternehmens zufolge könnte der Preis pro installierter Leistung auf etwa ein Fünftel dessen sinken, was heutige Großreaktoren kosten. Ausschlaggebend sind vor allem zwei Faktoren:

• der Verzicht auf riesige Beton- und Stahlkonstruktionen an der Oberfläche
• der Einsatz serienreifer Bohrtechnik aus der Öl- und Gasindustrie

Für ein einzelnes Modul nennt das Unternehmen Bauzeiten von etwa sechs Monaten, während klassische Kernkraftwerke viele Jahre benötigen. Für Investoren wirkt das Konzept daher wie ein Energietechnik-Start-up mit großem Skalierungspotenzial: kürzere Vorlaufzeiten, kleinere Einheiten und ein Ausbauprinzip ähnlich einem Bohrfeld.

Etwa 80 Millionen Dollar Kapital hat Deep Fission bereits aufgenommen. Finanziert werden damit Bohrungen, die Entwicklung des Reaktors sowie Genehmigungsverfahren. Ob ein Mini-Reaktor tatsächlich zu den angekündigten Kosten ans Netz gehen kann, muss der Feldversuch in Kansas jedoch erst zeigen.

Sicherheit durch Tiefe: Neue Konzepte und offene Fragen

Die Entwickler setzen maßgeblich auf „passive Sicherheit“. Gemeint ist damit, dass physikalische Prozesse statt komplexer Technik kritische Situationen beherrschen sollen. Kommt die Kettenreaktion plötzlich zum Stillstand oder tritt ein anderer Störfall ein, soll die lange Wassersäule über dem Reaktor die natürliche Kühlung unterstützen. Erwärmtes Wasser steigt auf, kälteres Wasser sinkt ab – ein Kreislauf, der ohne Pumpen funktioniert.

Die schmale, vertikale Bauform im Schacht soll zudem die Auswirkungen von Erdbeben reduzieren. Lange Rohrleitungen und weitläufige Gebäude an der Oberfläche reagieren empfindlich auf horizontale Bewegungen. Der Deep-Fission-Reaktor sitzt dagegen in einem engen zylindrischen Hohlraum. Bewegungen des Gesteins wirken dort anders, während sich die Kräfte vergleichsweise gleichmäßig um den Schacht verteilen.

Dennoch beschäftigen Regulierer und Fachleute weiterhin mehrere kritische Fragen:

• Wie lassen sich Leckagen oder Materialschäden in 1800 Metern Tiefe erkennen?
• Welche Möglichkeiten zum Eingreifen gibt es, wenn Leitungen oder das Reaktormodul selbst feststecken?
• Wie kann ein ausgedienter Reaktorkern sicher geborgen werden – oder soll er dauerhaft im Fels bleiben?

Damit sind auch ethische und politische Fragen verbunden. Dürfen heutige Betreiber radioaktive Altlasten gezielt in Tiefen verbringen, aus denen sie praktisch nicht mehr zurückgeholt werden können? Oder ist gerade dieser „Endlager-Effekt“ aus Sicht vieler Kritiker ein Vorteil, weil Menschen und Umwelt dadurch besser abgeschirmt wären?

Wofür ein 5-Megawatt-Reaktor unter Tage geeignet ist

Mit 5 Megawatt elektrischer Leistung zielt Deep Fission nicht auf die Versorgung ganzer Regionen, sondern auf besondere Großverbraucher. Rechenzentren stehen dabei besonders im Mittelpunkt. Ihr Strombedarf wächst schnell, angetrieben durch Cloud-Dienste und KI-Anwendungen. Gleichzeitig liegen viele dieser Standorte in Gebieten, in denen Stromnetze an Belastungsgrenzen stoßen oder erneuerbare Energien stark schwanken.

Ein unterirdischer Reaktor könnte dort eine dauerhafte Stromquelle bereitstellen, ohne große Flächen zu beanspruchen oder weithin sichtbare Kühltürme in der Landschaft zu errichten. Ebenfalls interessant sind abgelegene Industrieanlagen, Minen und militärische Einrichtungen, die unabhängig vom öffentlichen Netz arbeiten möchten.

Theoretisch könnten mehrere Module zu einem „Cluster“ zusammengefasst werden. Vergleichbar mit Bohrinseln in einem Ölfeld würden dann mehrere Schächte innerhalb einer Region Strom erzeugen, während die Infrastruktur an der Oberfläche zentral gebündelt wäre.

Begriffe, Risiken und Perspektiven hinter dem Konzept

Wer das Projekt nachvollziehen möchte, begegnet unweigerlich einigen Fachbegriffen. „Kritikalität“ bezeichnet den Zustand, in dem eine Kettenreaktion selbstständig abläuft: Jeder Spaltvorgang löst im Durchschnitt genau einen weiteren aus. Erst dann kann ein Reaktor dauerhaft Energie liefern. Unter „passiver Kühlung“ versteht man Kühlsysteme ohne aktive Bauteile wie Pumpen oder Ventile, die vor allem Naturgesetze wie Konvektion und Schwerkraft nutzen.

Das geologische Konzept weist in Teilen Ähnlichkeiten mit der Idee eines Endlagers auf. Über lange Zeiträume sollen stabile Gesteinsschichten empfindliche oder gefährliche Stoffe abschirmen. Der Unterschied besteht darin, dass ein Endlager ausschließlich auf Isolation ausgelegt ist, während ein unterirdischer Reaktor gleichzeitig sicher und technisch erreichbar bleiben muss. Kühlkreisläufe, Messleitungen und die Stromabfuhr benötigen weiterhin Verbindungen zur Oberfläche.

Beachtung verdient auch die Schnittstelle zur Öl- und Gasindustrie. Unternehmen mit Erfahrung im Bohren könnten künftig nicht nur fossile Rohstoffe erschließen, sondern dezentrale Atomkraftwerke installieren. Damit könnte ausgerechnet eine Branche, die lange als Gegenpol zur Klimapolitik galt, zu einem Treiber CO₂-armer Grundlast werden – einschließlich aller politischen Spannungen, die ein solcher Rollenwechsel auslösen kann.

Ob der Reaktor in Kansas künftig leise und zuverlässig Megawatt erzeugt oder als überambitioniertes Experiment endet, wird sich in den kommenden Jahren im Bohrloch entscheiden. Schon jetzt steht fest: Die Verbindung aus Tiefengeologie, Erdöltechnik und Mini-Atomkraft dürfte die Debatte über künftige Energiequellen erheblich anheizen.