"Wir entwickeln eine neue Form der Kernenergie"

STZ, Mai 2022 - Durch die Kombination von Teilchenbeschleunigern und Brennstoffen, die auf radioaktiven Abfällen basieren, entwickelt das Genfer Unternehmen Transmutex mit 20 Ingenieuren einen neuen Weg der Energieerzeugung. Dieser soll inhärent sicher sein, Atommüll reduzieren, militärische Proliferation ausschliessen und kostengünstig sein. Ein Gespräch in Genf mit dem Nuklearphysiker Federico Carminati, der das Unternehmen gemeinsam mit Franklin Servan-Schreiber gegründet hat.

Federico Carminati, wie entstand Ihre Idee?
Sie kommt von der Transmutation, dem Traum der Alchemisten. Als ich 1990 ein junger Physiker war und der Physik-Nobelpreisträger Carlo Rubbia mich anrief, kurz bevor er seinen Posten am CERN verliess, teilte er mir mit, dass er eine Möglichkeit zur Energiegewinnung mit einem Teilchenbeschleuniger und einem Kernreaktor simulieren wollte. Und er fragte mich: Kannst du mir dabei helfen? Wenn ein Nobelpreisträger Sie anruft, sagen Sie nicht Nein.

Worin besteht das Prinzip Ihrer Idee?
Wir entwickeln ein System, bei dem die Kettenreaktion nicht aus sich selbst heraus aufrechterhalten wird. Unser Reaktor muss von einem Teilchenbeschleuniger angetrieben werden. Das Besondere ist, dass es sich um einen unterkritischen Reaktor handelt. Wenn Sie den Beschleuniger ausschalten, schaltet sich Ihr Reaktor innerhalb von zwei Millisekunden ab, und es besteht keine Gefahr mehr. Das führt zu einer inhärenten Sicherheit, bei der wir schnelle Neutronen verwenden können, die aus der Spaltung stammen und die wir versuchen, so wenig wie möglich zu verlangsamen. Wir verwenden geschmolzenes Blei als Kühlmittel, das die Neutronen nur sehr wenig verlangsamt.

Warum Blei?
Bei Wasser haben die Atome mehr oder weniger die gleiche Grösse wie die Neutronen. Wenn beispielsweise eine Billardkugel gegen die andere stösst, kommt sie möglicherweise zum Stillstand. Dann geht die gesamte Energie an die andere Kugel über. Wenn die betreffende Kugel aber gegen die Bande des Tisches stösst, verliert man praktisch keine Energie. Mit Blei bleiben die Neutronen schnell, und sie können damit alle spaltbaren Elemente, die schwerer als Uran sind, verbrennen. Es gibt also keine Anhäufung von Atommüll. Sie verbrennen ihn und erzeugen damit Energie.

Warum kann man dieses Prinzip nicht in einem Schnellen Brüter anwenden?
Das ist gefährlich, denn ein solcher Reaktor ist sehr schwer zu kontrollieren. Mit einem unterkritischen Reaktor kann man es sich jedoch leisten, grosse Mengen Plutonium oder Kalifornium beizumischen – all diese radioaktiven Abfälle, die man in einem herkömmlichen Reaktor nicht verbrennen kann. Noch besser: Sie können den vorhandenen «langlebigen » Atommüll wiederverwerten, ihn verbrennen und ganz einfach Energie gewinnen.

Was ist das Einzigartige an Ihrer Forschung?
Das läuft auf die Neutronen hinaus. Es funktioniert genauso wie ein herkömmlicher Reaktor, nur dass man einen Protonenstrahl innerhalb eines Reaktors auf ein Ziel schiesst und diese Protonen Neutronen erzeugen.

Wie wird dieser Protonenstrahl erzeugt?
Mit dem Zyklotron, einem Teilchenbeschleuniger, wie man ihn auch für Krebstherapien oder zur Erzeugung von medizinischen Isotopen verwendet. Aber unser Zyklotron muss stärker sein. Am Paul-Scherrer- Institut (PSI) gibt es einen Beschleuniger, der fast genauso beschaffen ist wie der, den wir planen.

Sie wollen auch Thorium als Brennstoff einsetzen …
Ja, man kann nicht nur Uran, sondern auch Thorium verwenden. Dieses Element hat den Vorteil, dass es häufiger vorkommt als Uran, es ist auf der Erde besser verteilt und auch auf dem Mond gibt es viel davon. Es ist jedoch sehr schwierig, Thorium in einer konventionellen Atomanlage einzusetzen. Indien versucht es, aber es ist sehr kompliziert. In unserem System hingegen wird Thorium zum Brennstoff der Wahl, da es praktisch keinen Atommüll produziert. Das Nonplusultra wäre, den vorhandenen Abfall zu nehmen, ihn zusammen mit Thorium in ein Brennelement zu stecken, das gemeinsam zu verbrennen und so Energie zu erzeugen.

Was brauchen Sie, um Ihr Kraftwerk zu bauen?
Wir müssen vier grosse Komponenten herstellen: Zuerst einen Teilchenbeschleuniger, ein Target, das eine etwas komplizierte Struktur ist, weil es Energie sicher aufnehmen muss, einen unterkritischen Kernreaktor und eine Wiederaufbereitungsanlage für den Brennstoff.

Wie weit sind Sie mit Ihrer Forschung?
Aus der Sicht der grundlegenden Physik sind alle Prinzipien bereits nachgewiesen. Wir arbeiten daran, die Beschleunigertechnik zu entwickeln. Dafür haben wir ein Rahmenabkommen mit dem PSI. Dort hat man uns bereits signalisiert, dass man keine grösseren technologischen Probleme sieht.

Sie verwenden auch eine spezielle Software. Was ist daran so besonders?
Sie muss in der Lage sein, einen hochenergetischen Strahl zu beschreiben und die Entwicklung des Brennstoffs in einem Kernreaktor zu erfassen. Wir können mit dem Computer die Phänomene der Neutronenentstehung und des Reaktorbetriebs simulieren, aber auch, wie sich der Brennstoff entwickelt, seinen Zyklus und wie wir die Abfälle im Laufe der Zeit verbrennen.

Wie wichtig ist diese Simulation?
Sie ist von fundamentaler Bedeutung. Wir können diese Simulation über mehrere Jahre hinweg durchführen. Wir entwickeln auch andere Teile der Software mit der EPFL und dem PSI, und wir haben einen Doktoranden, der an einer weniger genauen, aber schnelleren Version arbeitet, die weitere Phänomene berücksichtigt, wie Bleizirkulation und mechanische Verformungen.

«Unser System ist viel sicherer als Tschernobyl, weil es nicht zu einer Kernschmelze kommen kann.»

Federico Carminati

Inwiefern ist Ihr Projekt revolutionär?
Es ist revolutionär, weil es sich um eine praktisch unerschöpfliche Energieform ohne Nebenwirkungen für die Umwelt handelt. Man kann sie ohne schlechtes Gewissen nutzen. Das könnte eine Menge verändern. Kurz gesagt: Die Brennstoffe kommen an und alles wird vor Ort wiederaufbereitet. Das Einzige, was übrig bleibt, sind Spaltprodukte. Wenn man einen Kern zerbricht, zerbricht man ihn in zwei Teile, und diese beiden Fragmente sind radioaktiv. Aber diese Radioaktivität lässt nach 300 Jahren nach und nicht nach 100'000 Jahren wie bei herkömmlichem Atommüll.

Was können Sie über die Sicherheit sagen?
Für den Fall, dass das Kühlsystem ausfällt, gibt es ein passives System ausserhalb des Reaktorbehälters, das die Wärme abführt. Da flüssiges Blei verwendet wird, wird selbst bei einer Kernschmelze kein Druck aufgebaut, und es besteht keine Explosionsgefahr. Die Teile des Kerns würden im Blei schwimmen und wären viel leichter zu kontrollieren. Die Strahlung wird sehr gut abgeschirmt. Unser System ist viel sicherer als Tschernobyl, da es nicht zu einer Kernschmelze kommen kann.

Was sind die nächsten Schritte?
Wir müssen Geld auftreiben. Wir brauchen 1,5 Milliarden Franken für den ersten Prototyp. Wir müssen die technischen Studien für das Zyklotron vorantreiben und es testen. Dann müssen wir Tests zur Transmutation von Abfällen, zur Brennstoffherstellung et cetera in Angriff nehmen. Und wir müssen einen Standort für den Bau unseres Kraftwerks finden. Wir stehen in Verhandlungen mit verschiedenen Ländern, beispielsweise Frankreich, dem zweitgrössten Atomland der Welt. Auch die USA könnten eine Option sein. Im Moment sondieren wir.

Wann wird Ihr erster Reaktor gebaut sein?
Wir schätzen 2032, also in zehn Jahren. Alle sagen uns, dass das eine kurze Zeit ist, aber wir glauben daran.

Was halten Sie von der Kernfusion?
Ein interessantes Prinzip, aber die praktische Umsetzung ist komplex. Die technologischen Hürden sind enorm. Und aus ökologischer Sicht ist die Kernfusion furchtbar umweltschädlich, weil man Lithium und viel hoch radioaktives Tritium benötigt, das noch dazu ein gutes Material für den Bau von Wasserstoffbomben ist. Zudem sind die Fusionsprojekte enorm verspätet – zwischen dreissig und fünfzig Jahren. Und noch etwas: Um das Plasma zu erhitzen, braucht man sehr viel Energie. Der Wirkungsgrad ist deshalb derzeit erschreckend negativ. Im Vergleich dazu ist unser Prinzip viel sinnvoller und effizienter.

Interview: Roland J. Keller
Bildquelle: rke
Artikel aus der STZ: Ausgabe Mai 2022

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