PDF Kurzvortrag zur Thorium in Kombination mit ... - Trash.net

THORIUM- BASIERTE SALZSCHMELZE-REAKTORENEINE ALTERNATIVE ENERGIEQUELLE DER ZUKUNFTStephan Moser, 17.4.2013, V1.3

EinleitungHans-Werner Sinn: «Das grüne Paradoxon»• Kernaussage: Bisherige Klimapolitik hilft dem Klima nichts.• Unvollständiges Zertifikatesystem bewirkt nichts oder ist garkontraproduktiv• Entweder Zertifikatesystem oder staatliche Eingriffe in den Markt• «Grünes Paradoxon»: Eine teilweise Beschränkung aufNachfrage-Seite führt nicht automatisch zur Reduktion aufAngebotsseite.Mögliche Abhilfe:• Zertifikatehandel weltweit, lückenlos; «Nachfrage-Kartell» ermöglichtKontrolle der Produzenten. Politisch wohl fast aussichtslos... (Kyoto)• Billige Technologie (billiger als Kohle) kann eine Lösung sein-> Alternative Konzepte der Nukleartechnologie

Uran-Plutonium Brennstoffkreislauf• Problematisch am Uran-Plutonium Kreislauf ist dasPlutonium:• Waffenfähig (Proliferationsrisiko), radioaktiv, langlebig, hoch giftig• Endlagerthematik primär wegen Plutonium• Eine Wiederaufbereitung von Brennstäben bedeutet dieAbtrennung von Spaltprodukten und Erhöhung desBrennstoffgehalts der Stäbe• Durch Wiederaufbereitung (politisch in Deutschland/CHumstritten oder verboten) liesse sich der U-Pu Brennstoffzu grossen Teilen abbrennen; Reduktion Abfall auf wenigeProzent; ansonsten Endlagerung von >96% wertvollemUran-Brennstoff

Radioaktive ZerfallsreihenUran-Reihe reichtbis Plutionium239Thorium-Reihe reicht«nur» bis Uran232NatürlichesThorium232Quelle: Wikipedia (Radioactive_decay_chains_diagram.svg)

Thorium Brennstoffkreislauf• Natürliches Thorium-Vorkommen: Th232• Auf Festland sind Thorium-Vorkommen weit verstreut und ca.drei- bis viermal häufiger als bei Uran• Thorium fällt u.a. bei der Gewinnung seltener Erden in grossemStil als ‘Abfall’ an und wird heute deponiert• Th232 ist nicht spaltbar; schwach radioaktiv (HWZ=14Mrd. J.)• Th232 wir durch Neutronenabsorption («brüten») und β-Zerfallüber Protactinium zu spaltbarem U233 (eigentlicher Brennstoff)• Spaltprodukte wie U235• Durch fehlendes Plutonium kein waffenfähiges Material undmassiv verkürzte Lagerung (300 Jahre gesamt, davon ersteJahrzehnte wichtig)-> Thorium als «alternativer nuklearer Brennstoff» mit deutlichenVorteilen gegenüber heutigem U-Pu

Thorium BrennstoffkreislaufWieso wurde Thorium als Energiequelle nicht weiter verfolgt?• Die Nutzung der Nukleartechnologie war seit der Entwicklung und überJahrzehnte durch den kalten Krieg militärisch geprägt• Forschung und Entwicklung konzentrierte sich daher auf den U-Pu-Kreislauf (waffenfähiges Material) sowie auf Leichtwasserreaktoren,welche zuerst für atomare U-Boote entwickelt wurden.• Das Oak-Ridge Lab Experiment (funktionierender Salzschmelzereaktor)wurde aus politischen Gründen nicht weiterverfolgt• In den Vergangenen Jahrzehnten erfuhr die Nukleartechnologie weltweitWiderstand, v.a. aufgrund von Tschernobyl; Abwanderung vonFachkräften, Stagnation des nuklearen R&DÜbrigens….Wikipedia: Die weltweit jährlich verbrannte Kohle enthält u.a. etwa 10.000tUran und 25.000t Thorium, die entweder in die Umwelt gelangen oder sichin Kraftwerksasche und Filterstäuben anreichern.(http://de.wikipedia.org/wiki/Uran)

Th-MSR (Thorium molten salt reactor): Prinzip(single cycle)

Th-MSR (Thorium molten salt reactor): Prinzip• Flüssiges Fluorid-Salz im Reaktor enthält den Brennstoff für wenigeTage Brenndauer. Die Salzlösung zirkuliert unter Umgebungsdruck. DieKernreaktionen finden in der Salzlösung statt• U233 wird laufend aus Thorium232 erbrütet. Der Zerfall von U233 liefertdie eigentliche Energie• In einem chemischen Kreislauf werden laufend Zerfallsprodukteentnommen und neuer Brennstoff beigefügt• Die Temperatur der Salzschmelze regelt sich selber (ca. 650Grad); beiErwärmung dehnt sie sich aus, was die Reaktion hemmt -> negativerthermischer Reaktionskoeffizient = Selbstregelung• Bei zu starker Erwärmung oder Stromausfall schmilzt ein aktivgekühlter Verschlusspfropfen am tiefsten Punkt des Systems und lässtdie Salzlösung in geometrisch unkritische Behälter auslaufen underhärten, die Kernreaktionen stoppen

Th-MSR (Thorium molten salt reactor): Prinzip• Der Brennstoff wird fast vollständig «verbrannt»• Es existieren verschiedene ähnliche Reaktor-Konzepte, u.a. solche mitzwei Kreisläufen (U233-Kern und Thorium «Blanket» aussen rum fürErbrütung des U233)• Es gibt einige Varianten von Salzschmelzereaktoren, die dasAbbrennen heutiger nuklearer Abfälle ermöglichen. Dadurch wird derAbfall zur Ressource und die Endlagerungsproblematik lässt sichdeutlich entschärfen. Insbesondere Plutonium lässt sich viaEnergiegewinnung vernichten.• Salzschmelze-Reaktoren sind deutlich weniger komplex alsbestehende Systeme. Sie zeigen nicht die bekannten Risiken/Problemeheutiger Reaktoren.

U-Pu Technik (Druckreaktor)Thorium FlüssigsalzreaktorPlutoniumEndlagerungNuklearer AbfallDruck im ReaktorNachzerfallswärmeKühlsystemeGefahr von H2-ExplosionGAU; KontaminationKernschmelzeSystemstabilitätProzesslokalitätWartungspausenWiederverwertungRegelbarkeitProzesstemperaturja -x 10000 Jahre (Plutonium)300 Jahre ausreichend96% Waste (ca. 20t / a*GW)

Kosten• AKW Anlage heute (1GW):• Neubau heute ca. 5..15Mrd. CHF (GenIII)• TMSR Anlage (1GW):• 2.5..7.5Mrd. CHF (die Hälfte – auch deutlich geringere Zahlen werden genannt)• Weniger als die Hälfte ist plausibel, da weniger bauliche Massnahmen, keinDruckbehälter, weniger Sicherheitssysteme, keine Kühlsysteme, kompaktere Bauweise,Serieproduktion vs. Einzelbauten etc.• (Marketing sagt 1Mio./1MW)• TMSR Anlagen würden typischerweise kleiner gebaut, bis 300MW• Strom aus TMSR-Anlage ist günstig (Bandstrom, nicht-volatil)• Höhere Effizienz wegen hohen Temperaturen (Delta-T)• Weniger Abfall und kürzere Endlagerung (Faktor 100 weniger Material; nur 300j)• Kaum Risikoversicherung nötig• Keine Speicher im Elektrizitätsnetz erforderlich und keine Reservehaltung vonKraftwerksleistung wie bei Solar/Wind• Günstiger Brennstoff, um ein Vielfaches höhere Ausnutzung als bei Uran,unkritische HandhabungBandstrom zu 2..5 Rappen/kWh ist keine Illusion – günstiger alsKohle ist machbar -> Durchbruch-Bedingung (global).Somit deutlich günstiger selbst als sehr optimistische Annahmenfür Solar/Wind (inkl. Speicher) um 2035.

Kritik, Risiken• U233 als Zwischenprodukt ist theoretisch waffenfähig undkönnte dem Kreislauf entnommen werden• U233 ist stark radioaktiv, wäre schwierig in der Handhabung und würdeWaffen-Elektroniken zerstören• Andere Wege der Proliferation sind einfacher und günstiger• Heutige Nationen, die Thorium-Technologien verfolgen, haben bereitfunktionstüchtige Kernwaffen oder keine Ambitionen dazu• Es entstehen trotzdem Stoffe, die endgelagert werden müssen• Korrekt. Jedoch massive Reduktion der Menge (Faktor 100) und Zeitdauer(300 Jahre reichen aus).• Endlagerung ähnlich wie für heutige medizinische und industrielleradioaktive Abfälle, von denen grosse Mengen anfallen• «Thorium-Thema ist ein alter Hut, hat nie funktioniert, kommtzu spät und wird nie wirtschaftlich»• Diese Fragen sollte man dem Markt und dem Wettbewerb der Technologienüberlassen. Bei anderen Technologien (PV, Wind) erwartet (und benötigt)man gewaltige Lernkurven – eine Thorium-Industrie dürfte sehr wohl auchlernfähig sein.

Stand der Technik von Th-MSR• Thorium MSR in Betrieb 1965-1969 am Oak Ridge National Lab, USA• 2011: Chinesische Akademie der Wissenschaften gibt Projektstartbekannt:• Mehrere hundert Forscher und Entwickler, 300Mio. USD• Demonstrator bis 2017 (2MW), Industrialisierung nach 2020• Indien plant Thorium-Wirtschaft; Norwegens Parteien befürwortenweltweiten Thorium-Einsatz. Beide haben grosse Th-Reserven.• Diverse Startups in den USA und Japan; neue Generation vonKernphysikern; entstehende Bewegung• «Alternative nuclear»: Investoren wie Google, Bill Gates (Microsoft),Russ Wilcox (e-Ink), ex-CTO Westinghouse Regis Matzie, Sir RichardBranson (Virgin)...

Vision: Thorium-Energieversorgung CH (365/24)• Landesversorgung für Strom, Elektromobilität, ProzessundFernwärme• Lager von Brennstoff für Jahrzehnte möglich; umfassende Autarkie• Günstiger Strom, wirtschaftliche Vorteile• Ausgangspunkt für günstige Treibstoffe (H2, Methan, Syngas etc.)• Sehr geringe CO2-Belastung• Teilrückbau der Netze, da dezentrale Versorgung durch verteilteAnlagen (> 104 km^2 wertvolles Alpenland sind heute verbaut (611 Anlagen CH)• Freigabe von Kleingewässern (Kleinwasserkraft), Flüssen etc.

Vision: Thorium-Energieversorgung weltweit• Kohle reicht noch > 200 Jahre• Öl reicht noch > 40 Jahre• Gas reicht noch > 100 JahrePunktueller Einsatz von Solar/Windenergie in westlichenLändern verbilligt fossile Brennstoffe in der übrigen Welt; diesewerden breitwillig und sowieso verbrannt, solange sie diebilligste Energie darstellen.Wir benötigen Energie, die günstiger ist als Kohle und dieseunwirtschaftlich macht. Dann bleiben die Fossilen im Boden.Thorium/MSR hat dieses Potential und sollte erforscht undentwickelt werden.

Fazit: Die «Energiewende» ist machbar.• Eine Gesellschaft, die fähig ist, Thorium-Technologieund MSR/LFTR zu erforschen, entwickeln undbetreiben, sollte dies tun.• Es sollte ein gesunder, nicht-ideologischerWettbewerb aller möglichen Lösungen stattfinden• Die Zukunft wird eine Kombination verschiedenerTechnologien bringen• Weltweit wird das Thema Th/MSR diskutiert und esentsteht eine Dynamik; im deutschsprachigen Raumist dies jedoch weitgehend ein Tabu-Thema.

Quellen• Kurze Zusammenfassung Thorium-Brennstoffkreislauf:http://www.novo-argumente.com/magazin.php/archiv/novo112_77/• Energy from Thorium Blog:http://energyfromthorium.com• Wikipedia, molten salt reactor:http://en.wikipedia.org/wiki/Molten_salt_reactor• Wikipedia, Thorium:http://en.wikipedia.org/wiki/Thorium• «Super Fuel – Thorium, the green energy source for the future»,Richard Martin, Palgrave-Macmillan, 2012, 256s• «Thorium – cheaper than coal», Robert Hargraves, 2012, 480p.ISBN 9781478161295• TechTalk Kun Chen (Chinese Academy of Sciences):http://www.youtube.com/watch?v=5UT2yYs5YJs

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