Im neuesten Newsletter von Copenhagen Atomics wird ein neuer Artikel von Thomas Jam Pedersen, dem Mitgründer und CEO von Copenhagen Atomics, angekündigt, der eine interessante Frage aufgreift: Wie kann abgebrannter Kernbrennstoff zehnmal mehr Strom erzeugen?

Diesen Artikel möchte ich Ihnen gerne empfehlen. Sie finden ihn hier im Original oder im Folgenden als  (KI-gestützte) Übersetzung.

Wilfried Hahn

Thomas Jam Pedersen: Wie abgebrannter Kernbrennstoff zehnmal mehr Strom erzeugen kann?

Viele Leute haben mich im Laufe der Jahre immer wieder gefragt, wie ein Land aus dem abgebrannten Kernbrennstoff, den die ursprünglichen Reaktoren hinterlassen haben, zehnmal mehr Strom erzeugen kann. In diesem Artikel erkläre ich, wie das möglich ist.

In den meisten Ländern werden Leichtwasserreaktoren eingesetzt, die typischerweise einen Abbrand von 20 bis 60 Gigawatt-Tagen pro Tonne Uranmetall (GWd/t) erreichen. Ich möchte betonen, dass diese Zahlen nur für typische Leichtwasserreaktoren gelten. Bei Schwerwasserreaktoren wie CANDU und PHWR oder anderen Typen in Indien, Kanada, Rumänien, Südkorea und anderswo weichen die Zahlen deutlich ab.

Leichtwasserreaktoren mit 1 Gigawatt elektrischer Leistung erzeugen über 55 Jahre hinweg etwa 1100 bis2.000 Tonnen abgebrannten Kernbrennstoff. Davon bestehen 1,1 % aus Transuranen, die Copenhagen Atomics zum Starten seiner Reaktoren nutzen kann.

Nach der Wiederaufbereitung des abgebrannten Kernbrennstoffs bleiben 12 bis 20 Tonnen Transurane (vom Menschen erzeugter, schwerer nuklearer Abfall) übrig. Copenhagen Atomics benötigt nur etwa 250 Kilogramm davon, um jeden seiner Reaktoren zu starten. Mit diesen 12 bis 20 Tonnen können wir also 44 Reaktoreinheiten in Gang setzen, die jeweils 42 Megawatt elektrische Leistung (MWe) liefern. Jede unserer Reaktoreinheiten läuft fünf Jahre lang und erbrütet dabei mehr Brennstoff, als sie verbraucht. Für unsere Berechnungen gehen wir von einer Verdopplungszeit des spaltbaren Brennstoffs von 16 Jahren aus. Den zusätzlichen Brennstoff können wir nur alle 5 Jahre aus den Reaktoreinheiten entnehmen und für den Start weiterer Reaktoren verwenden. Auf dieser Grundlage ergibt sich folgendes Wachstum des Reaktorbestands:

Gemäß der obigen Tabelle erreichen wir nach 55 Jahren eine Reaktorkapazität von 36,5 GWe – alles ermöglicht durch die 11 Tonnen Transurane, die aus abgebrannten Kernbrennstoffen gewonnen wurden. Summiert man den von dieser Flotte aus Copenhagen-Atomics-Reaktoreinheiten über diese 55 Jahre erzeugten Strom, kommt man auf 4857 Terawattstunden (TWh) Elektrizität.

Je nach Land und Reaktordesign haben Leichtwasserreaktoren einen Kapazitätsfaktor zwischen 70 % und 95 %. In den folgenden Berechnungen gehen wir für einen 1-GWe-Leichtwasserreaktor von einem Kapazitätsfaktor von 90 % aus. Die über 55 Jahre erzeugte Strommenge läge damit bei 433 TWh.

Wenn wir diesen abgebrannten Kernbrennstoff aus dem Leichtwasserreaktor in vier Bestandteile auftrennen, nämlich Zircaloy, Uran mit 0,6 bis 0,9 % U-235, Spaltprodukte und Transurane–, so lässt sich der kommerzielle Wert dieser einzelnen Komponenten bestimmen. Die nachstehende Tabelle zeigt den jeweiligen wirtschaftlichen Wert:

Die Kosten für neue Brennelemente liegen heute je nach Design und Land bei knapp 5 Millionen Dollar pro Tonne. Als der heutige abgebrannte Kernbrennstoff seinerzeit gekauft wurde, waren sie mit rund 127.000 Dollar deutlich niedriger. Abgesehen von der Inflation des US-Dollars hat der Brennstoff nicht an Wert verloren.

Wenn ein Land sich entscheidet, seinen abgebrannten Kernbrennstoff wiederaufzubereiten, würde der frühere Verkaufspreis von 127.000 Dollar pro Tonne die Kosten der Wiederaufbereitung decken, sofern das Land seine Transurane an Copenhagen Atomics verkauft. Über die folgenden 55 Jahre können unsere Reaktoreinheiten dann etwa zehnmal mehr Energie erzeugen als der erste Reaktor, der die Transurane hervorgebracht hat. Weiterer Uranabbau ist nicht nötig.

Das Einzige, was wir brauchen, ist Thorium, das weltweit verfügbar ist. Derzeit kostet Thorium 50.000 Dollar pro Tonne, und um 4330 TWh Strom zu erzeugen, benötigen wir 465 Tonnen davon, also insgesamt 23 Millionen Dollar.

Hinzu kommen natürlich die Kosten für die Reaktoreinheiten von Copenhagen Atomics und den Bau des Kraftwerks, die den Großteil der Projektkosten ausmachen.

Man kann über die in diesem Artikel verwendeten Zahlen diskutieren; einige liegen am unteren, andere am oberen Ende des physikalisch möglichen Bereichs. Doch letztendlich – ganz gleich, wie man die Zahlen anpasst – werden die Reaktoren von Copenhagen Atomics, die mit Transuranen betrieben werden, über die nächsten 55 Jahre etwa zehnmal mehr Strom erzeugen als der ursprüngliche Leichtwasserreaktor.

PS: Bilder und textliches Original finden Sie auf der Website von Copenhagen Atomics …