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Veröffentlicht am 13.05.2013

ATMEA1 versus AP1000
In der Kerntechnik hat sich die Einteilung von Reaktoren nach Generationen (GenI bis GenIV) eingebürgert. Stellvertretend für die in den 1960er Jahren und früher entstandene "1. Generation" von Kernkraftwerken steht z. B. der Unglücksreaktor in Fukushima. Ein Beispiel für die folgende "2. Generation" sind die sogenannten Konvoi-Kraftwerke Isar 2, Emsland und Neckarwestheim 2 in Deutschland. Heute im Bau befindet sich die "3. Generation" wie z. B. der European Pressurized Water Reactor (EPR) von AREVA in Olkiluoto, Finnland und der Advanced Passive (AP1000) Reaktor von Westinghouse in Sanmen, China.

In jede Generation flossen die bisherigen praktischen Betriebserfahrungen, aufgetretene Unfälle und nicht zuletzt politische Forderungen ein. Typisches Beispiel, wie Teile der kerntechnischen Industrie stets bemüht waren, über jedes Stöcken zu springen, das ihnen die "Anti-Atomkraft-Bewegung" hingehalten hat, ist der "Core Catcher". 1979 schuf Hollywood den Katastrophenfilm "The China Syndrome" (mit Jane Fonda, Jack Lemmon und Michael Douglas). In diesem Film bauen böse Kapitalisten ein unsicheres Kernkraftwerk. In typischer Hollywood-Übersteigerung kommt es (beinahe) zu einer Kernschmelze: Das "atomare Feuer" frißt sich durch meterdicken Stahl und Beton Richtung China. Physikalisch ist das zwar kompletter Unsinn, politisch aber ein absoluter Volltreffer: Noch mehr als 30 Jahre später, zählt die "Kernschmelze" zu den Gruselgeschichten, die jedem selbsternannten "Qualitätsjournalisten" einen wohligen Schauer über den Rücken laufen lassen. Wenn man über Fukushima redet, muß das Zauberwort "Kernschmelze" mindestens einmal erwähnt werden. Die kerntechnische Industrie, die heute gerne Krokodilstränen über ständig steigende Kosten und ausgedehnte Genehmigungsverfahren weint, glaubte sich stets durch "draufsatteln" von Kritik frei kaufen zu können. Leider haben sie nie die Erfolgsstrategie der "Atomkraftgegner" kapiert: Scheint ein Stöckchen übersprungen, schiebt man sofort das nächste nach. Solange, bis sich die Prophezeiung von der "teuren Atomenergie" endlich erfüllt hat.

Der französische Weg

Fairer weise, muß man eigentlich vom deutsch-französischen Weg sprechen. In den späten 1980er-Jahren -- in Hessen gab es schon eine Rot/Grüne-Koalition, in Frankreich war der Markt für Kernkraftwerke gesättigt -- faste man den (politischen) Entschluß, einen gemeinsamen Reaktortyp zu entwickeln. Ganz nach dem aus Luft- und Raumfahrt bekannten Muster: Wenn es dem Deutschen Michel zu futuristisch wird, versteckt er sich gern hinter der forschen Marianne. Der Gedanke, einen einheitlichen Reaktortyp für Deutschland und Frankreich bauen zu wollen, erschien vernünftig und war gleichzeitig das vorprogrammierte Scheitern. Zu unterschiedlich sind die Mentalitäten: Angetrieben durch die Phantasie von "Atomexperten" war der deutschen Neigung zum Tragen eines Gürtels zum Hosenträger freier Lauf gelassen. Jede Frage, die (wissenschaftlich) beantwortet wurde, diente zur Schaffung von zehn neuen Fragestellungen -- die Forschungsgelder flossen in Strömen. Die Vorgabe einer "evolutionären" Entwicklung wurde zum Programm: Aus "European Pressurized Water Reactor" wurde "Evolutionary Power Reactor" (EPR). Durch die Beschränkung auf eine "Weiterentwicklung" blieb zur Kostenreduktion nur die Flucht in die "Größe". Inzwischen liegt die Leistung bei über 1700 MWe. Ein fataler Irrweg: Für die meisten Kunden schlicht weg zu groß. Die Schaffung des ATMEA1 (rund 1000 MWe) war die notwendige Konsequenz. Ein weiterer Reaktortyp mit einem weiteren Partner (Mitsubishi Heavy Industries) aus einem noch entfernteren Kulturkreis.

Der Ansatz von mehr Sicherheit durch mehr Beton und Technik führt zu immer höheren Kosten. Nicht nur beim Bau, sondern auch beim späteren Betrieb. Je mehr man hat und braucht, um so mehr muß auch ständig überprüft und gewartet werden. Je komplexer eine Anlage ist, um so schwieriger ist sie zu durchschauen. So ist beispielsweise der Übergang von 4 x 50% (Konvoi) bzw. 2 x 100% (NP4) auf 4 x 100% (EPR) bei den Notkühlsystemen nur eine vermeintliche Steigerung der Sicherheit. Tatsächlicher Grund ist die Fähigkeit im laufenden Betrieb Wartungs- und Kontrollarbeiten ausführen zu können. Dies ist aber zwingend notwendig, wenn man auf eine Arbeitsausnutzung von über 90% über die angestrebte Betriebsdauer von 60 Jahren kommen will. Treibt man die Investitionskosten in die Höhe, bleibt nur eine höhere Arbeits- und Brennstoffausnutzung um die Stromkosten klein zu halten. Es ist kein Zufall, dass in den letzten Jahren alle Ausschreibungen für den EPR verloren gingen. Erst mit dem ATMEA1 hatte AREVA in der Türkei wieder (indirekt) Erfolg.

Der amerikanische Weg

In den USA wurde man schon 1979 mit einer "Kernschmelze" im Kernkraftwerk Three Mile Island in Harrisburg konfrontiert. Ausgang war -- wie auch später 1986 in Tschernobyl -- eine Fehleinschätzung des Bedienpersonals. Während der ersten Stunden verschärfte sich die Situation -- wie auch 2011 in Fukushima -- durch mangelnde Information. Hinzu kam die wirtschaftliche Krise der Nuklearindustrie durch zahlreiche Auftragsstornierungen.

Man gelangte zu den richtigen Erkenntnissen: Je simpler eine Anlage ist, je kostengünstiger ist die Herstellung und je weniger kann kaputt gehen. Je höher die Automatisierung ist, je weniger kann (insbesondere unter Stress) falsch gemacht werden. Je mehr Zeit man gewinnt, um so gründlicher kann man die Situation analysieren und Hilfe von außen hinzuziehen. Westinghouse zog die Konsequenzen: Übergang von aktiven zu passiven Sicherheitsmaßnahmen und mindestens 72 Stunden Zeit nach einem schweren Unfall, bis  Eingriffe durch das Bedienpersonal nötig sind. Wie Fukushima gezeigt hat, ist das auch die richtige Strategie, um sich vor Naturkatastrophen zu wappnen.

Wichtigste Maßnahme zur Verhinderung einer Kernschmelze ist, die Nachzerfallswärme unter allen Umständen an die Umgebung abführen zu können. Zu diesem Zweck funktionierte Westinghouse das Containment in einen gewaltigen Kühler um: Frische Luft steigt außen am Sicherheitsbehälter entlang und entweicht oben aus dem Dach des Reaktorgebäudes. Dieser Naturzug kann durch ein Besprühen mit Wasser noch verstärkt werden. Das Wasser läuft infolge Schwerkraft bei Bedarf aus einem Behälter mit 3.000.000 Litern unter dem Dach auf natürliche Weise aus. Es ist keine Mechanik und keine Fremdenergie nötig. Auch ein Tsunami kann diesem System nichts anhaben. Wo keine elektrische Energie gebraucht wird, kann auch nichts ausfallen.

Der AP1000 besitzt (wie alle Reaktoren der 3. Generation) einen großen Frischwassertank im Sicherheitsbehälter. Er dient bei kleinen Unfällen als Wärmesenke und als Reservoire um Leckagen aus dem Reaktordruckbehälter zu ersetzen. Dieser Tank ist deutlich über dem Reaktor installiert, damit das Wasser infolge Schwerkraft in den Reaktor und seine Grube laufen kann. Um eine "Kernschmelze" zu verhindern, müssen alle Brennstäbe stets mit Wasser bedeckt sein. In den ersten Stunden ist die Nachzerfallswärme noch so heftig, dass das Wasser siedet. Der entstehende Dampf kann sich an der kalten Innenseite des Sicherheitsbehälters niederschlagen und wird anschließend zurück in den Wassertank geleitet. Auch dieser Kühlkreislauf funktioniert nur durch Schwerkraft und Temperaturdifferenz. Da keine Rohrleitungen nach außen benötigt werden, kann man den Sicherheitsbehälter leicht und sicher verschließen. Es ist kein abblasen zur Druckentlastung aus dem Sicherheitsbehälter, wie in Fukushima geschehen, nötig. Selbst wenn Wasserstoff entsteht, wäre deshalb eine Explosion des Kraftwerks ausgeschlossen. Gleichzeitig wird durch Füllen der Grube des Reaktordruckbehälters dieser auch von außen gekühlt. Ein "durchschmelzen" von Kernbrennstoff ist dadurch ausgeschlossen. Nebenbei gesagt, ist dies bisher auch noch nirgendwo passiert. Es ist wie gesagt, eine Hollywooderfindung. In Fukushima ist bestenfalls ein wenig Brennstoff durch die Steuerstabdurchführungen (Siedewasserreaktor) in den Raum unterhalb des Reaktordruckgefäßes gelangt. Warten wir getrost ab, bis die ersten Kamerafahrten im Reaktor Bilder liefern werden. Der Autor ist sich sicher, daß diese -- wie in Harrisburg -- einen großen Schutthaufen zeigen werden. Die Vorstellung von flüssigem Metall, was wie bei einem Hochofenabstich aus dem Druckbehälter läuft, ist science fiction. Insofern ist ein Core Catcher ein netter Gimmick aus der guten, alten Zeit, in der Kosten noch keine Rolle zu spielen schienen.

Fazit

Sichere Kernkraftwerke lassen sich auf verschiedene Art und Weise bauen. Selbst bei einem Grundkonzept -- hier einem Druckwasserreaktor -- lassen sich verschiedene Philosophien anwenden. Sowohl Harrisburg als auch Fukushima haben bewiesen, daß man die möglichen Schadensabläufe schon in der ersten Generation richtig verstanden hatte und recht robuste Maschinen gebaut hat. In beiden Fällen gab es zwar einen Totalschaden mit beträchtlichen Kosten, aber keine Menschenleben sind zu beklagen! Welche andere Technik konnte bereits in ihrer ersten Generation ein solches Sicherheitsniveau vorweisen? Das Geschwafel einiger Politiker von einem "unkalkulierbaren Restrisiko" ist einfach nur peinlich oder boshaft. Man glaubte, eine Naturkatastrophe für die Durchsetzung der eigenen Interessen missbrauchen zu können.

Allerdings wird heute mehr denn je, die Frage nach der Wirtschaftlichkeit gestellt. Gerade die Schwellenländer brauchen elektrische Energie zu akzeptablen Preisen. Die Kernenergie braucht keine Ideologie zu fürchten. Sie wird zum Selbstläufer, wenn sie die Kosten senkt. Insofern gehört passiven Systemen die Zukunft. Sie sparen beträchtliche Bau- und Betriebskosten. In China scheint man das erkannt zu haben: Nach dem Unglück in Fukushima hat man  -- anders als in Deutschland -- den Fachleuten (nicht "Atomexperten" !!!) erst einmal Zeit gegeben, den Schadensablauf zu analysieren und nicht durch die Politik vollendete Tatsachen geschaffen. Bemerkenswertes Ergebnis war, den ursprünglich geplanten weiteren Ausbau von 60 bis 80 Reaktoren der zweiten Generation (CP1000) zu stoppen und sich voll auf Reaktoren der dritten Generation zu konzentrieren. Als weit vorausschauend, erwiesen sich dabei die Lizenzabkommen und die enge Zusammenarbeit mit Westinghouse (insbesondere) zur gemeinsamen Weiterentwicklung des AP1000 bis zu Leistungen von 1400 MWe. Die Prognose scheint nicht sehr gewagt, dass China mit diesem Modell den Weltmarkt für Kraftwerkstechnik erobern wird.