PDF - JuSER - Forschungszentrum Jülich

2 Einleitung
das hochreaktive Gasgemisch in Druckwasserreaktoren (DWR) im Störfall mittels so
genannter katalytischer Rekombinatoren zu Wasserdampf rekombiniert werden. In
sauerstoffhaltiger Atmosphäre wird Wasserstoff mittels katalytischer Verbrennung an
(katalytisch-)aktiven Oberflächen bereits bei Raumtemperatur exotherm zu Wasserdampf
umgesetzt. Die ersten katalytischen Rekombinatoren (Passive Autocatalytic
Recombiners, PAR) wurden in den frühen 80er Jahren entwickelt [BAC02]. Seitdem
werden sie fortlaufend experimentell getestet und für einen Einsatz in Reaktoranlagen
qualifiziert.
Seit 1995 werden die Sicherheitsbehälter der Kernkraftwerke in zahlreichen europäischen
Ländern mit katalytischen Rekombinatoren nachgerüstet. In Deutschland
haben die Betreiber nach Empfehlung der Reaktor-Sicherheitskommission (RSK) im
Jahr 1998 mit dem Einbau begonnen [RSK98].
Heutige Rekombinatoren weisen nach derzeitigem Kenntnisstand eine Reihe von
Unsicherheiten auf und entsprechen nur bedingt den sicherheitstechnischen Erfordernissen
bei extremen Unfällen mit massiver Wasserstofffreisetzung. Insbesondere
neigen sie aufgrund unzureichender Abfuhr der freiwerdenden Reaktionswärme
bauartbedingt zur Überhitzung, so dass eine Zündung des Wasserstoff/Luft-
Gemischs möglich ist. Weiteres Verbesserungspotential besteht in der Vermeidung
des Abplatzens von Katalysatorpartikeln oder in der Beschleunigung des Anlaufens
der Reaktion [BAC02].
Die Entwicklung innovativer Rekombinatoren hat daher zum Ziel, höhere Umsatzraten
zu ermöglichen, gleichzeitig aber Zündungen infolge Überhitzens auszuschließen.
Ein erfolgversprechender Ansatz, der hierzu im Institut für Sicherheitsforschung
und Reaktortechnik (ISR) des Forschungszentrums Jülich (FZJ) verfolgt
wird, sieht das Konzept eines modular aufgebauten Rekombinators vor, für dessen
einzelne Katalysatorelemente eine Überhitzung unter allen Betriebsbedingungen
ausgeschlossen werden kann. Im Gegensatz zum heutigen Plattenrekombinator ist
dabei die Reihenschaltung beschichteter Edelstahlnetze, deren Aktivität durch
Variation der Geometrie und der Katalysator-Belegungsmenge auf der Netzoberfläche
den Erfordernissen angepasst werden kann, vorgesehen. Derartige Strukturen
sind für einen modularen Aufbau sehr gut geeignet. In vorausgegangenen Untersuchungen
konnte Reinecke experimentell zeigen, dass mit dem Einsatz durchströmter
Netzstrukturen als Substratmaterial eine hohe Umsatzleistung realisierbar
ist [REI99]. Allerdings gelang in weiteren Versuchen keine Temperaturabsenkung, so
dass bei höheren Wasserstoffkonzentrationen weiterhin Zündungen auftraten. Der
Grund hierfür lag in der hohen lokalen Umsatzleistung, die aufgrund der bislang
verwendeten sehr aktiven Beschichtungen erzielt wurde. Zur Herstellung begrenzt