Newcleo: Europas neue Wette auf bleigekühlte schnelle Reaktoren

Abseits der Schlagzeilen über Solarparks und Offshore-Wind entsteht eine neue Generation experimenteller Nuklearanlagen. Im Mittelpunkt dieser Wette steht Newcleo, ein junges französisch-italienisches Unternehmen, das gerade 36 Mio. € erhalten hat, damit Europa bei einer riskanten, aber vielversprechenden Technologie vorangehen kann: dem bleigekühlten schnellen Reaktor.

Europas neue Wette auf Kernenergie nimmt in Rumänien Gestalt an

Die Finanzierung über 36 Mio. € ging an S.R.S. Servizi di Ricerche e Sviluppo, ein italienisches Forschungs- und Ingenieurunternehmen im Besitz von Newcleo. Die Aufträge wurden im Rahmen des ALFRED-Programms vergeben, einer europäischen Initiative zur Entwicklung, Erprobung und späteren Errichtung eines Demonstrators für einen bleigekühlten schnellen Reaktor in Rumänien.

ALFRED steht für „Advanced Lead Fast Reactor European Demonstrator“ und soll nachweisen, dass diese Technologie der vierten Generation im industriellen Massstab funktioniert. Der Demonstrator ist im nuklearen Forschungszentrum rund um Pitești und Mioveni im Süden Rumäniens vorgesehen – einer Region, die sich zu einem Schwerpunkt der rumänischen Kernenergiepläne entwickelt hat.

ALFRED ist als Europas Testanlage im Vollmassstab für bleigekühlte schnelle Reaktoren konzipiert; die ersten Versuchseinrichtungen sollen vor 2030 bereitstehen.

Die staatliche rumänische Nuklearforschungsgesellschaft RATEN leitet das Projekt. Um sie herum hat sich ein starkes europäisches und transatlantisches Konsortium gebildet, zu dem Belgiens SCK CEN, Italiens Ansaldo Nucleare, die italienische Energieforschungsagentur ENEA und der US-Konzern Westinghouse gehören.

Der Fahrplan ist eindeutig: Bis zum Ende dieses Jahrzehnts sollen genügend Versuchsdaten gesammelt werden, damit zwischen 2035 und 2040 ein kommerzielles Reaktordesign bereitstehen kann. ALFRED soll anschliessend als Referenz für künftige bleigekühlte Small Modular Reactors (SMRs) dienen, die in ganz Europa eingesetzt werden.

Weshalb bleigekühlte schnelle Reaktoren Aufmerksamkeit erhalten

Bleigekühlte schnelle Reaktoren, häufig als LFRs abgekürzt, gehören zur Kategorie der Kernenergiesysteme der „Generation IV“. Sie unterscheiden sich deutlich von den Druckwasserreaktoren, die heute den grössten Teil der weltweiten Reaktorflotten ausmachen.

Als Kühlmittel verwenden sie nicht Wasser, sondern geschmolzenes Blei oder Blei-Wismut. Zudem arbeiten sie mit schnellen Neutronen, die sich anders verhalten als jene in herkömmlichen Reaktoren und die Brennstoffnutzung sowie den Umgang mit Abfällen verändern können.

Befürworter betrachten LFRs als Möglichkeit, CO₂-armen Strom zu erzeugen, zugleich einen Teil langlebiger radioaktiver Abfälle zu verringern und die Sicherheitsreserven zu erhöhen.

Europäische Ingenieure und politische Entscheidungsträger interessieren sich besonders für mehrere Eigenschaften:

• Bleikühlmittel besitzt eine hohe thermische Trägheit, was zur Stabilisierung der Temperaturen beiträgt.
• Der Reaktor arbeitet bei oder nahe dem Atmosphärendruck, wodurch das Risiko von Leckagen unter hohem Druck sinkt.
• Schnelle Neutronen ermöglichen einen „geschlossenen Brennstoffkreislauf“, bei dem ein Teil des heutigen abgebrannten Kernbrennstoffs wiederverwendet wird.
• Einige Konzepte sollen langlebige Abfälle reduzieren, indem bestimmte Transurane verbrannt werden.

Für Regierungen, die verlässlich verfügbare CO₂-arme Energie zur Ergänzung von Wind- und Solarenergie suchen, ist diese Kombination attraktiv. LFRs werden als kompakte Einheiten positioniert, die neben erneuerbaren Energien betrieben werden und der energieintensiven Industrie Prozesswärme liefern könnten – nicht nur Strom.

Newcleos Auftrag über 36 Mio. €: drei zentrale Anlagen

Die Verträge für Newcleos S.R.S. umfassen Planung, Bau und Inbetriebnahme von drei grossen Versuchsanlagen in Mioveni. Sie sollen genau jene unangenehmen Fragen beantworten, die Aufsichtsbehörden stellen, bevor sie einen neuen Reaktortyp auch nur in die Nähe des Stromnetzes lassen.

Welche Aufgaben die neuen Anlagen tatsächlich übernehmen

Die drei Forschungsplattformen sollen unter streng kontrollierten Bedingungen Belastungen und Störungen nachbilden, denen ein künftiger Reaktor ausgesetzt sein könnte.

• HELENA-2: ein bleigekühlter Kreislauf zur Untersuchung des Verhaltens von geschmolzenem Blei beim Durchströmen von Rohrleitungen und Wärmetauschern, mit Schwerpunkt auf der Thermohydraulik.
• ELF: eine Anlage in Poolbauweise, die Geometrie und Betriebsbedingungen eines tatsächlichen bleigekühlten Reaktorkerns nachahmt.
• MELTIN’POT: ein stark abgeschirmtes Modul zur Analyse dessen, was geschieht, wenn Brennstoff beschädigt wird und bei Unfallszenarien mit flüssigem Blei in Kontakt kommt.

Nach der Inbetriebnahme werden diese Anlagen mehrere Problembereiche untersuchen, die Nuklearingenieure seit Langem beschäftigen:

• Strömungsmuster und lokale Überhitzungen in bleigefüllten Kreisläufen
• Korrosion und Erosion von Stählen und fortschrittlichen Legierungen bei Kontakt mit flüssigem Blei
• Qualifizierung von Pumpen, Ventilen und weiteren Kernkomponenten
• Verhalten des Brennstoffs bei aussergewöhnlichen und schweren Ereignissen

Diese rumänischen Labore werden als Erprobungsraum für künftige kommerzielle Reaktoren dienen und Ingenieuren ermöglichen, Störungen kontrolliert zu testen, bevor sie jemals ein Kernkraftwerk erreichen.

Italienische Kompetenz im Zentrum eines paneuropäischen Projekts

S.R.S. wurde 1976 gegründet und hat sich mit der Planung experimenteller Nuklearanlagen – von Kreisläufen bis zu Versuchseinrichtungen im Vollmassstab – eine Nische aufgebaut. Mit der Übernahme des Unternehmens durch Newcleo im Jahr 2023 sicherte sich der Konzern sowohl erfahrene Fachkräfte als auch ein Portfolio spezialisierter Projekte für bleigekühlte Reaktoren.

Über Jahrzehnte arbeitete S.R.S. mit Akteuren wie Westinghouse und verschiedenen EU-Forschungsprogrammen zusammen. Diese Erfahrung trug dazu bei, dass das Unternehmen die ALFRED-Aufträge gegen starke Konkurrenz gewann. Beim rumänischen Projekt wird S.R.S. durch die Labore und Ingenieure von ENEA unterstützt, insbesondere durch deren langjährige Arbeit an Flüssigmetalltechnologien.

Diese Konstellation zeigt, wie europäische Nuklearforschung heute meist organisiert ist: Nationale Institute, private Start-ups und grosse Industrieunternehmen teilen Kosten und Know-how, statt jeweils allein vorzugehen.

Bestehende Versuchsanlagen: OTHELLO und PRECURSOR

Newcleo und S.R.S. beginnen nicht bei null. In Italien existieren bereits zwei bedeutende Testplattformen oder stehen kurz vor der Fertigstellung; beide konzentrieren sich auf Bleikühlmittelsysteme.

Anlage	Leistung	Standort	Hauptzweck
OTHELLO	2 MW	Italien	Qualifizierung von Materialien und Komponenten in flüssigem Blei
PRECURSOR	10 MW	Italien	Nichtnukleare Erprobung von Systemen im Reaktormassstab
HELENA-2	k. A.	Rumänien	Thermohydraulische Untersuchungen in Bleikühlmittelkreisläufen
ELF	k. A.	Rumänien	Simulation eines bleigekühlten Reaktorpools
MELTIN’POT	k. A.	Rumänien	Untersuchungen zu Unfällen und Brennstoff-Kühlmittel-Wechselwirkungen

OTHELLO, ein experimenteller Kreislauf mit 2 MW, ermöglicht es Ingenieuren, Komponenten unter realistischen Temperatur- und Strömungsbedingungen zu betreiben und anschliessend zu prüfen, wie sie gealtert sind. PRECURSOR, der am ENEA-Standort Brasimone nahe Bologna installiert wird, überträgt dieses Konzept auf 10 MW. Die Anlage ist nichtnuklear, enthält also keinen Brennstoff, bringt Pumpen, Wärmetauscher und Steuerungssysteme jedoch nahe an industrielle Betriebsbedingungen.

Von rumänischen Laboren zu einem französischen Demonstrationsreaktor

Die Arbeiten in Rumänien sind direkt mit Newcleos Vorzeigeprojekt in Frankreich verbunden: dem LFR-AS-30, einem bleigekühlten schnellen Reaktor mit 30 MWe, der in Indre-et-Loire nahe Chinon geplant ist. Dieser fortschrittliche modulare Reaktor wird vom Innovationsprogramm France 2030 unterstützt und als Mehrzweckanlage vorgestellt.

Newcleo will, dass der LFR-AS-30 drei Aufgaben zugleich erfüllt: CO₂-armen Strom erzeugen, intensive Erprobungskampagnen für neue Materialien ermöglichen und bestimmte medizinische Radioisotope produzieren, deren Bedarf für Krebsdiagnostik und -behandlung wächst.

Die Inbetriebnahme von Newcleos französischem Demonstrator ist etwa für 2033 vorgesehen, sofern Genehmigungen und Lieferketten rechtzeitig stehen.

Daten aus OTHELLO, PRECURSOR und den rumänischen Anlagen sollen das Genehmigungsverfahren für den LFR-AS-30 verkürzen. Sie liefern den Aufsichtsbehörden belastbare Werte zum Verhalten des Kühlmittels, zu Korrosionsraten und Sicherheitsreserven.

Warum Rumänien einen Platz in der ersten Reihe will

Rumänien betreibt bereits zwei CANDU-Reaktoren in Cernavodă, die die in Kanada entwickelte Schwerwassertechnologie nutzen. Diese Blöcke liefern rund ein Fünftel des Stroms des Landes und verschaffen Bukarest wertvolle Betriebserfahrung in der Kernenergie.

Mit der Ansiedlung der ALFRED-Infrastruktur in Mioveni und Pitești verfolgt Rumänien folgende Ziele:

• die eigenen Forschungskapazitäten über klassische Reaktortypen hinaus ausbauen
• lokale Unternehmen in künftigen europäischen Lieferketten für fortschrittliche Reaktoren positionieren
• Brüssel und Investoren signalisieren, dass das Land über Jahrzehnte in der Kernenergie aktiv bleiben will

Die Strategie hat auch eine geopolitische Dimension. Während die USA, China und Russland jeweils eigene Konzepte für fortschrittliche Reaktoren vorantreiben, wollen Rumäniens politische Entscheidungsträger nicht, dass Osteuropa ausschliesslich auf importierte Technologie angewiesen ist.

Ein dicht besetzter Wettbewerb um fortschrittliche Reaktoren

LFRs sind keineswegs die einzigen Konzepte der nächsten Generation. Weltweit fördern Regierungen eine Reihe unterschiedlicher Ansätze:

• kompakte SMRs auf Basis bestehender Leichtwassertechnologie
• natriumgekühlte schnelle Reaktoren, die in Russland bereits erprobt werden und sich in den USA sowie Frankreich in Entwicklung befinden
• Hochtemperatur-Gasreaktoren, die auf Wasserstoffproduktion und industrielle Prozesswärme zielen
• Flüssigsalzreaktoren, bei denen der Brennstoff in einer flüssigen Salzmischung gelöst ist

Sie alle verfolgen ähnliche Ziele: geringere Baukosten, verbesserte Sicherheitsmerkmale, kleinere und flexibler einsetzbare Anlagen sowie eine bessere Nutzung des Brennstoffs. Einige werden für Hochtemperaturwärme ausgelegt, die Emissionen in Stahlwerken, Zementfabriken und Chemieanlagen senken könnte – Sektoren, die derzeit stark von Gas und Kohle abhängen.

Vor diesem Hintergrund ist Europas Vorstoss bei bleigekühlten schnellen Reaktoren sowohl eine technologische als auch eine strategische Entscheidung. Gelingen ALFRED und LFR-AS-30, verfügt die EU über ein eigenes fortschrittliches Reaktordesign, statt auf Anbieter aus Übersee angewiesen zu sein.

Risiken, Vorteile und mögliche Probleme

Trotz aller Begeisterung für LFRs sind die Herausforderungen erheblich. Flüssiges Blei ist dicht und schwer, weshalb robuste Strukturen und leistungsstarke Pumpen nötig sind. Besonders bei hohen Temperaturen kann es Metalle korrodieren; eine falsche Materialauswahl könnte die Lebensdauer von Komponenten daher drastisch verkürzen.

Hinzu kommen Kosten und öffentliche Akzeptanz. Mehrere experimentelle Kreisläufe, Demonstratoren und Versuchsanlagen summieren sich auf Milliarden Euro. Bleiben Strommärkte volatil oder werden erneuerbare Energien inklusive Speicher deutlich günstiger, könnten Regierungen die langfristige Unterstützung infrage stellen.

Auf der Vorteilseite würde ein funktionsfähiger bleigekühlter schneller Reaktor, der einen Teil des vorhandenen abgebrannten Brennstoffs recyceln kann, Europa mehr Flexibilität bei seiner Politik für nukleare Abfälle geben. Statt jeden genutzten Brennstoff vollständig als Abfall zu behandeln, könnte ein Teil davon als Einsatzstoff für LFRs dienen, Uranressourcen strecken und das Volumen langlebiger Rückstände verringern.

Einige wichtige Begriffe erklärt

Für alle, die mit dem Fachjargon der Kernenergie nicht vertraut sind, sind einige in dieser Debatte verwendete Begriffe besonders relevant.

• Schneller Reaktor: ein Reaktor, der hochenergetische, also schnelle Neutronen nutzt. Dadurch kann er Isotope „verbrennen“, die herkömmliche thermische Reaktoren nicht effizient verwenden können, einschliesslich einiger Isotope aus abgebranntem Brennstoff.
• Geschlossener Brennstoffkreislauf: ein System, in dem verbrauchter Brennstoff wiederaufbereitet und teilweise erneut als Brennstoff in Reaktoren eingesetzt wird, statt vollständig als Abfall zu gelten.
• Bleikühlmittel: geschmolzenes Blei, das Wärme aus dem Reaktorkern abführt. Es moderiert, also verlangsamt, die Neutronen nicht, wodurch das für diese Konzepte erforderliche schnelle Spektrum erhalten bleibt.

Wenn die rumänischen Anlagen planmässig starten und verlässliche Daten liefern, könnte Europa Mitte der 2030er-Jahre über einen glaubwürdigen Kandidaten für einen kommerziellen bleigekühlten SMR verfügen. Häufen sich Verzögerungen oder erweisen sich Korrosions- und Kostenprobleme als schwerwiegender als erwartet, könnten LFRs länger als von ihren Befürwortern erhofft ein elegantes Laborkonzept bleiben.