Stellarium: Frankreichs Mini-Atomreaktor für industrielle Wärme

Ihr Ziel ist nicht der Bau eines weiteren Gigareaktors zur Einspeisung ins nationale Stromnetz, sondern eine kompakte Anlage, die vor allem als klimafreundlicher Industriekessel dienen soll. Dieses Vorhaben liegt nun auf dem Tisch der französischen Atomaufsicht.

Frankreich tritt in das Zeitalter der Mini-Atomreaktoren ein

Frankreich steht seit Langem für grosse Kernkraftwerke, die Haushalte und Fabriken mit günstigem Strom versorgen. Dieses Modell gerät jedoch durch alternde Reaktoren, Verzögerungen bei Projekten und die Konkurrenz erneuerbarer Energien zunehmend unter Druck.

Als Antwort darauf vertreten neue Unternehmen einen anderen Ansatz: kleine modulare Reaktoren, kurz SMR, die auf Industriestandorte zugeschnitten sind, an denen bislang Gas oder Kohle allein zur Wärmeerzeugung verbrannt werden. Zwei französische Start-ups haben inzwischen offiziell den Bau solcher Reaktoren auf französischem Boden beantragt.

Frankreichs Atomaufsicht hat bereits zwei Anträge auf Errichtungsgenehmigung für Mini-Reaktoren erhalten – ein Signal für einen Wendepunkt in der Branche.

Jimmy, ein Pionier für wärmeorientierte SMR, reichte seinen Antrag Anfang 2024 ein. In dieser Woche folgte Stellaria, ein jüngeres, aber technologisch hoch spezialisiertes Unternehmen, mit einem eigenen Antrag für ein grundlegend anderes Konzept auf Basis geschmolzener Salze.

Stellaria: kleines Team mit starker Unterstützung

Stellaria entstand 2022 aus der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie, dem CEA, einer der leistungsstärksten kerntechnischen Forschungseinrichtungen Europas. Das Start-up arbeitet im Cluster Paris-Saclay, einem Technologiezentrum südlich der Hauptstadt.

Das Kernteam ist bewusst schlank gehalten und besteht aus Kernphysikern, Fachleuten für den Brennstoffkreislauf sowie Ingenieuren, die zuvor an fortschrittlichen Reaktorkonzepten gearbeitet haben, welche nie über das Forschungsstadium hinauskamen. Der Zugang zu den Versuchsanlagen des CEA verschafft dem Unternehmen einen seltenen Vorteil.

In diesen Einrichtungen steckt jahrzehntelange Arbeit zu sogenannten Reaktoren der Generation IV, darunter Systeme, die mit geschmolzenen Salzen statt mit Wasser gekühlt werden. Konzepte, die früher nur in Fachaufsätzen und Laborunterlagen existierten, fliessen nun unmittelbar in Stellularias erstes Produkt ein.

Statt einem weiteren riesigen Reaktor vom EPR-Typ nachzujagen, will Stellaria eine kompakte, fabrikgefertigte Anlage entwickeln, deren Schwerpunkt auf industrieller Wärme liegt.

Die Wette ist einfach formuliert, aber anspruchsvoll umzusetzen: Hochentwickelte Kernphysik soll in ein Objekt integriert werden, das klein und robust genug ist, damit ein Chemiewerk, eine Raffinerie oder eine Glashütte es als gewöhnlichen, wenn auch kritischen Teil seiner technischen Ausrüstung akzeptiert.

Stellarium: Mini-Reaktor mit geschmolzenen Salzen für Wärme

Ein flüssiger Kern bricht mit dem herkömmlichen Reaktordesign

Stellularias Leitprojekt trägt den Namen Stellarium. Dabei handelt es sich um einen kleinen Schnellneutronenreaktor, in dem geschmolzene Salze sowohl als Kühlmittel als auch als Träger des Brennstoffs dienen. Damit gehört das Konzept zur Reaktorfamilie der Generation IV.

Schon dadurch unterscheidet es sich klar von Frankreichs bestehender Flotte aus Druckwasserreaktoren. In einer konventionellen Anlage befindet sich Uranbrennstoff als feste Pellets in Metallstäben, während Wasser unter sehr hohem Druck den Reaktorkern kühlt und Wärme an Turbinen überträgt. Dieser Druck erhöht Komplexität und Risiko.

Im Stellarium wird der Brennstoff direkt in einem Bad aus geschmolzenen Salzen gelöst. Dieselbe Flüssigkeit zirkuliert durch den Kern und die Wärmetauscher. Das Herzstück des Reaktors ist im wörtlichen Sinn flüssig.

• Die Temperatur verteilt sich im Reaktorkern gleichmässiger, wodurch heisse Zonen verringert werden.
• Wassersysteme unter hohem Druck und Dampfexplosionen entfallen.
• Ein klassisches „Schmelzunfallszenario“ verliert seine Bedeutung, da der Brennstoff bereits flüssig ist.

Schnelle Neutronen bieten zudem einen möglichen Vorteil: Zumindest theoretisch könnten sie nukleare Ressourcen effizienter nutzen und sogar langlebige Abfälle anderer Reaktoren verwerten. Dieses Versprechen ist technisch noch weit entfernt, erklärt aber, weshalb Aufsichtsbehörden solche Entwürfe genau beobachten.

Sicherheit, die auf Physik statt nur auf Steuerungssysteme setzt

Stellaria betont stark, was das Unternehmen als inhärente Sicherheit bezeichnet. Anstatt sich hauptsächlich auf Pumpen, Ventile und komplexe Elektronik zu stützen, nutzt das Design grundlegende physikalische Effekte, die jedem Temperaturanstieg entgegenwirken.

Wird das geschmolzene Salz heisser, verlangsamt sich die Kernreaktion aufgrund von Veränderungen bei Geometrie und Dichte des Brennstoffs auf natürliche Weise. Für Extremfälle enthalten einige Konzepte einen Gefrierstopfen: einen erstarrten Salzabschnitt, der bei Überhitzung schmilzt und dem Brennstoff erlaubt, durch Schwerkraft in unterkritische Tanks abzufliessen.

Das Unternehmen argumentiert, dass die Physik des Systems den Reaktor selbst wieder in einen ruhigeren Zustand drängt, falls er zu heiss zu werden beginnt.

Die ausgewählten Salze sind nicht brennbar und chemisch stabil. Damit entfällt das Risiko von Wasserstoffexplosionen, wie sie bei einigen früheren Nuklearunfällen auftraten. Da kein Wasserkreislauf unter hohem Druck vorhanden ist, wird am Standort zudem deutlich weniger mechanische Energie gespeichert.

Vierzig Megawatt Wärme: für reale Fabriken statt für nationale Netze dimensioniert

Stellarium soll rund 40 Megawatt thermische Leistung liefern. Verglichen mit einem netzgekoppelten Reaktor mit mehr als 1.000 Megawatt wirkt das bescheiden. Gegenüber einem typischen, gas- oder kohlebefeuerten Industriekessel liegt die Anlage jedoch genau im passenden Bereich.

Diese Leistung kann Prozessdampf, Hochtemperaturwärme oder eine Kombination aus beidem für Einrichtungen bereitstellen wie:

• Chemiewerke
• Raffinerien
• Zementwerke
• Produktionsstandorte der Glasindustrie
• grosse Fabriken zur Lebensmittelverarbeitung

Das Konzept zielt auf eine kontinuierliche, konstante Leistung bei geringem Platzbedarf. Stellaria möchte ausserdem einen grossen Teil des Reaktorsystems bereits im Werk vormontieren, anschliessend zum Standort transportieren und dort fertigstellen. Im Vergleich zu individuell geplanten Grossprojekten könnte dies Bauzeiten verkürzen und Kosten besser kalkulierbar machen.

Ein Demonstrator ist für etwa 2030 vorgesehen

Im Zentrum von Stellularias Fahrplan steht ein entscheidender Schritt: Bis etwa 2030 soll ein Demonstrator in Originalgrösse entstehen. Diese erste Einheit soll nicht nur die technische Funktionsfähigkeit des Entwurfs belegen, sondern auch als realer Prüfstein für die französische Atomaufsicht und die lokalen Behörden dienen.

Industriekunden werden kaum langfristige Verträge abschliessen, ohne mindestens eine reale Anlage im Betrieb gesehen zu haben. Für Investoren würde ein funktionierender Demonstrationsreaktor das wahrgenommene Risiko verringern und den Zugang zu grösseren Finanzierungsrunden erleichtern.

In der Kernenergie zählt ein funktionierender Prototyp in den Augen von Aufsichtsbehörden und Finanzierern oft mehr als tausend Präsentationen.

Mit der frühzeitigen Einreichung seines Regulierungsdossiers will Stellaria zudem Einfluss auf künftige europäische SMR-Standards nehmen, darunter Vorgaben für Standortwahl, Notfallplanung und Abfallmanagement.

Der regulatorische Sprung: vom Start-up-Pitch zum Kernkraftwerksbetreiber

Am 22. Januar stellte Stellaria bei der Autorité de sûreté nucléaire (ASN) seinen „Antrag auf Errichtungsgenehmigung“. Für jeden Reaktor ist dies das Eingangstor zur streng kontrollierten französischen Kernenergiebranche.

Das Dossier muss mehrere Punkte bis ins Detail nachweisen: die Widerstandsfähigkeit der Einschlussbarrieren, das Verhalten des Reaktors bei Unfallszenarien, das langfristige Brennstoffmanagement sowie die Stilllegung des Standorts Jahrzehnte später.

Für ein Start-up bedeutet dieser Schritt einen erheblichen kulturellen Wandel. Das Unternehmen verlässt agile Entwicklungszyklen und Investorenpräsentationen und tritt in einen Rechtsrahmen ein, der historisch von staatlichen Grossunternehmen und bedeutenden Energieversorgern geprägt wurde.

Jimmy, das seinen Antrag vor Stellaria eingereicht hat, unterliegt derselben Prüfung. Seine Präsenz zeigt, dass Frankreichs nukleares Ökosystem nicht mehr nur aus EDF und grossen Ausrüstungsherstellern besteht. Kleinere Akteure stehen nun an derselben regulatorischen Tür an.

Ein französischer Wettlauf um industrielle Wärme statt nur um Strom

Sowohl Jimmy als auch Stellaria richten sich auf ein Segment, das politisch weit weniger Aufmerksamkeit erhalten hat als Haushaltsstrom: industrielle Wärme. Fabriken verbrennen nach wie vor enorme Mengen fossiler Brennstoffe, um heisse Gase, Dampf oder Prozesswärme zu erzeugen.

Die Emissionen industrieller Wärme zu senken, könnte mehr bewirken als eine weitere Quelle CO2-armen Stroms hinzuzufügen.

Frankreichs wachsendes SMR-Ökosystem setzt darauf, dass kompakte Kernenergieanlagen in bestehende Industriegebiete integriert werden und dort fossile Kessel ersetzen können. Falls dies gelingt, könnte das Land Emissionen senken, ohne auf umfangreiche Ausbauten der nationalen Stromnetze warten zu müssen.

Die Herausforderungen sind jedoch erheblich. Betreiber werden jeden Nuklearkessel mit günstigem Gas vergleichen, insbesondere wenn die CO2-Preise volatil bleiben. Wartungskonzepte müssen klar und bezahlbar sein. Lokale Gemeinschaften werden fragen, warum eine Nuklearanlage neben ihrer Stadt stehen sollte, selbst wenn sie deutlich kleiner als ein konventionelles Kraftwerk ist.

Globaler Wettbewerb: Frankreich in einem dicht besetzten SMR-Feld

Wer baut noch kleine Reaktoren?

Frankreich ist mit diesem Ansatz keineswegs allein. Von Kanada bis China versuchen Unternehmen und staatliche Organisationen, SMR in marktfähige Produkte zu überführen. Stellarium wird nicht nur mit französischen Konkurrenten, sondern mit einem ganzen Katalog internationaler Entwürfe konkurrieren.

Projekt	Land	Technologie	Ungefähr thermische Leistung	Hauptfokus
Stellarium (Stellaria)	Frankreich	Geschmolzenes Salz, schnelle Neutronen	≈ 40 MW	Industrielle Wärme
IMSR (Terrestrial Energy)	Kanada / USA	Geschmolzenes Salz, flüssiger Brennstoff	≈ 400 MW	Strom + Wärme
KP-FHR (Kairos Power)	USA	Geschmolzenes Salz, fester Brennstoff	≈ 320 MW	Strom, Wasserstoff
Xe-100 (X-energy)	USA	Hochtemperaturgas	≈ 200 MW	Strom + Hochtemperaturwärme
SSR-W (Moltex)	Vereinigtes Königreich / Kanada	Geschmolzenes Salz, schnell	≈ 300 MW	Strom
Aurora (Oklo)	USA	Schneller Reaktor, Metallkühlmittel	< 50 MWe	Netzunabhängiger Strom
HTGR (CNNC)	China	Hochtemperaturgas	> 200 MW	Strom + Industrie
Linglong One	China	Druckwasser-SMR	≈ 385 MW	Strom + Wärme

Stellarium hebt sich durch seine vergleichsweise geringe Leistung und die klare Ausrichtung auf Wärme als Primärprodukt statt auf Elektrizität ab. Diese Nische könnte die Integration in Industriegebiete erleichtern, in denen der Netzzugang bereits ausreicht, dekarbonisierte Wärme jedoch fehlt.

Risiken, Vorteile und was „geschmolzenes Salz“ tatsächlich bedeutet

Der Ausdruck „Reaktor mit geschmolzenen Salzen“ klingt möglicherweise exotisch. Gemeint ist in der Praxis eine Salzmischung, häufig aus Fluoriden, die so stark erhitzt wird, bis sie flüssig wird. Sie verhält sich ähnlich wie eine zähe, heisse Metallflüssigkeit: Sie transportiert Wärme gut, bleibt bei hohen Temperaturen stabil und siedet nicht leicht.

Sobald diese Salze mit Kernbrennstoff beladen sind, werden sie allerdings hochradioaktiv. Sorgfältiger Umgang, abgeschirmte Rohrleitungen und robuste Einschlussstrukturen bleiben zwingend erforderlich. Jede Leckage würde eine schwerwiegende Sanierungsaufgabe verursachen, selbst wenn die Flüssigkeit nicht explodiert oder brennt.

Auf der Vorteilsseite ermöglicht der Betrieb bei höheren Temperaturen als bei wassergekühlten Reaktoren eine effizientere Wärmeübertragung auf industrielle Prozesse. Das macht diese Reaktoren für die Wasserstoffproduktion mittels Hochtemperaturelektrolyse, die Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder sogar für Fernwärme in kälteren Regionen attraktiv.

Ein realistisches Szenario für Frankreich könnte, falls Stellarium und ähnliche Projekte erfolgreich sind, so aussehen: Ein Verbund von Chemiewerken in einer Küstenzone teilt sich zwei oder drei Mini-Reaktoren über ein eigenes Wärmenetz. Die Reaktoren laufen über Jahre stabil, während die Fabriken einzelne Prozesse je nach verändertem Bedarf an- oder abkoppeln.

Eine solche gemeinsame Infrastruktur würde Fragen der Steuerung aufwerfen. Wem gehören die Reaktoren? Wer übernimmt die nukleare Haftung? Wie werden die Kosten zwischen den Nutzern verteilt? Diese Fragen betreffen Recht und Finanzierung ebenso wie Ingenieurwesen und werden darüber entscheiden, ob Mini-Reaktoren Prototypen bleiben oder zu einem echten Instrument für die Industrie werden.