NuScale (SMR) Spotlight: Standardisierte, in Serie gebaute Kernreaktoren

Von großen zu kleinen modularen Reaktoren

Kernkraftwerke sind in der Regel Großprojekte. Die Leistung liegt im Gigawattbereich, die erforderlichen Investitionen liegen im zweistelligen Milliardenbereich und die Bauzeit beträgt Jahre, wenn nicht Jahrzehnte. Dies bringt einige Probleme mit sich:

• Aufgrund der enormen Zeitspanne zwischen dem Projektstart und dem Zeitpunkt der ersten Stromproduktion ist es schwierig, Geld aus staatlichen Fördermitteln zu erhalten.
• Für kleine Länder oder abgelegene Gebiete ist es nicht geeignet und erfordert teilweise eine Anpassung des gesamten Stromnetzes an das Kernkraftwerk.
• Wenn etwas schiefgeht, kann es statt zu einem lokalen Vorfall zu einer kontinentalen Katastrophe werden.
• Bei jedem Großprojekt handelt es sich um einen maßgeschneiderten experimentellen Entwurf, der die Industrie daran hindert, irgendeine Art von Standardisierung in ihrem Produktionsprozess zu entwickeln.

Insgesamt kann man sagen, dass der traditionelle Ansatz zur Nutzung der Kernenergie zwei Schwächen aufweist: zu hohe Kosten und zu hohe Risiken.

Einige dieser Probleme könnten gelöst werden durch 4^th Kernkraftwerke der neuen Generation, die neue und sicherere Konstruktionen verwenden. Ein anderer Ansatz namens SMR (Small Modular Reactors) sucht jedoch nach einer neuen Möglichkeit, Atome zu spalten, um Strom zu erzeugen und beide Probleme gleichzeitig zu lösen.

Quelle: IAEA

Die Nachfrage nach mehr Atomkraft explodiert derzeit, angetrieben durch eine Mischung aus energiehungrige KI-Rechenzentren und die Erkenntnis, dass die schwankende Produktion erneuerbarer Energien ein Problem darstellt, bis wir die Batteriesysteme ausreichend hochskaliert haben, was Jahrzehnte dauern könnte.

Warum SMRs verwenden?

Die zentrale Idee von SMRs besteht darin, dass Atomreaktoren statt nutzloser Großprojekte und Sonderanfertigungen auf die gleiche Weise gebaut werden sollten, wie wir Flugzeuge und Schiffe bauen:

• Eine standardisierte Vorlage ermöglicht die unzählige Wiederverwendung desselben Designs und verteilt so die F&E-Kosten.
  • Dies bedeutet auch die Austauschbarkeit von Ersatzteilen und geringere Schulungskosten im Laufe der Zeit.
• Die Fertigung und Montage erfolgt in Serie in einer eigenen Fabrik, wodurch Erfahrung gesammelt und Skaleneffekte erzielt werden können.
• Werden von der Fabrik an die Standorte transportiert, wo sie benötigt werden.

Theoretisch sollte dies zu radikalen Skaleneffekten führen, da für jeden zusätzlich produzierten Reaktor bereits vorhandene Fachkräfte, Maschinen, Standardeinrichtungen usw. wiederverwendet werden. Beispielsweise sollte der Bau eines SMR-Reaktors etwa drei Jahre dauern, statt der üblichen 5-10 Jahre (manchmal 15–20 Jahre im schlimmsten Fall, wie im Vogtle-Kraftwerk in Georgia).

Ein weiterer Faktor ist, dass kleinere Reaktoren pro Einheit einfach weniger Energie produzieren. Das bedeutet, dass unkontrollierbare Kettenreaktionen, die zu Katastrophen wie Tschernobyl führen, grundsätzlich weniger wahrscheinlich sind.

In Kombination mit 4^th Dank der Verbesserung der Kerntechnologie der nächsten Generation können SMRs um mehrere Größenordnungen sicherer sein als die älteren Designs.

Und schließlich besteht bei SMRs große Flexibilität hinsichtlich der endgültigen Leistungsabgabe, da sie aus mehreren Untereinheiten bestehen, ohne dass jedes Mal eine vollständige Neukonstruktion erforderlich ist.

Die geringere Produktion eröffnet zudem neue Anwendungsmöglichkeiten, wie etwa die Energieerzeugung vor Ort für Industrieanlagen oder Militärstützpunkte. Dies könnte dazu beitragen, Betriebe zu dekarbonisieren, deren Energieerzeugung allein mit erneuerbaren Energien kaum möglich ist.

„Mit SMRs haben wir ein ganzes Kundenspektrum erschlossen.“

Rolls-Royce-CEO

Ein letzter Bonus: Aufgrund ihrer geringeren Größe können SMRs auf dem Gelände „normaler“ fossiler Kraftwerke, wie stillgelegter Kohlekraftwerke, installiert werden. So können sie die bereits vorhandene Netzinfrastruktur wiederverwenden und den Flächenbedarf für das Projekt verringern. Zumindest, solange man die Genehmigung der Nuclear Regulatory Commission (NRC) für die Notfallplanungszone des Kernkraftwerks erhält, wie es dem Unternehmen NuScale nach einem zermürbenden 7-jährigen Genehmigungsverfahren gelang.

Quelle: NuScale

NuScale

Die Wettbewerbsposition von NuScale

NuScale ist einer der führenden Konkurrenten im Rennen um die Massenproduktion von SMRs in westlichen Ländern. Nur russische und chinesische Staatsunternehmen liegen vor ihm.

Insbesondere ist NuScale die einzige von der US-amerikanischen Nuclear Regulatory Commission (NRC) zertifizierte SMR-Technologie.

Das 2007 gegründete Unternehmen setzte schon sehr früh auf SMRs, zu einer Zeit, als es so aussah, als sei die Kernenergie im Allgemeinen auf einem Abwärtstrend, insbesondere nach dem Fukushima-Unfall 2011. Bisher hat das Unternehmen 2 Milliarden Dollar in seine Technologie und seinen Produktionsprozess investiert.

Das Unternehmen hat zurzeit sechs Reaktoren in Produktion und strebt die erste kommerzielle Auslieferung an, die voraussichtlich um das Jahr 6 erfolgen wird.

Ein modulares, aber bekanntes Design

Die Reaktoren von NuScale VOYGR können auf der Ladefläche eines sehr großen LKWs von der Fabrik zu den Kraftwerksstandorten transportiert werden. Sie erzeugen jeweils eine elektrische Leistung von 77 MWe (Megawattäquivalente), wobei pro Anlage bis zu 12 Module möglich sind (924 MWe).

Quelle: NuScale

Die erwartete Lebensdauer dieser Reaktoren beträgt über 60 Jahre.

Die Technologie dahinter ist der bewährte Leichtwasserreaktor (LWR). Er ist zwar weniger innovativ als andere Konstruktionen mit Thorium, Hochdruck usw., hat aber dazu beigetragen, die Genehmigung der Aufsichtsbehörden zu erhalten und den Entwicklungsprozess risikoärmer zu gestalten.

Darüber hinaus wird die vorhandene Lieferkette der Kernenergie genutzt, von Sensoren über Uranbrennelemente bis hin zu Reaktorkränen und Steuerungssystemen.

Quelle: NuScale

Diese SMRs sind außerdem „walk-away safe“, d. h. sie bleiben auch ohne menschliches Eingreifen sicher und kühlen auf natürliche Weise ab, wenn sie nicht gewartet werden.

Dazu gehört eine weitere Besonderheit: eine unbegrenzte „Bewältigungsperiode“, definiert als die Zeit zwischen dem Normalbetrieb und der irreversiblen Beschädigung des Reaktors im Falle einer ungeplanten Abschaltung. Die meisten anderen Leichtwasserreaktoren (LWR) haben eine Bewältigungsperiode von wenigen Tagen, was sie im Katastrophenfall von Natur aus weniger sicher macht.

NuScale-Reaktoren können außerdem ohne aktives Stromnetz neu gestartet werden, eine häufige Einschränkung der meisten anderen Reaktordesigns.

Quelle: NuScale

Anwendungen

Stromnetz

Die offensichtliche Hauptanwendung von Kernkraftwerken ist die Erzeugung von Strom für das Stromnetz. Mit den wachsenden Bemühungen, unseren Energiemix zu dekarbonisieren, steigt auch der Bedarf an mehr Strom. Dies liegt daran, dass ein Großteil des Energieverbrauchs heute noch nicht elektrifiziert ist, wie etwa der Verkehr (benzinbetriebene Autos) oder das Heizen (öl- oder gasbetriebene Öfen).

Da die SMRs von NuScale an den Standorten stillgelegter Kohlekraftwerke umgesetzt werden können, sind für den Ersatz fossil befeuerter Kraftwerke nur sehr geringe Investitionen in zusätzliche Netzinfrastruktur erforderlich.

AI

Der Strombedarf von Rechenzentren wird voraussichtlich von 3-4 % des gesamten Stromverbrauchs im Jahr 2023 auf 11-12 % im Jahr 2030 steigen. Dies entspricht dem aktuellen Stromverbrauch von 1/3^rd von US-Haushalten.

Ein weiteres Problem ist, dass angesichts der in diese Rechenzentren investierten Investitionen in zweistelliger oder gar hundertfacher Milliarden Dollar ein kontinuierlicher Betrieb unabdingbar ist. Da es sich um einen Verbrauch im Gigawatt-Bereich handelt, kann es riskant sein, sich auf instabile und schwankende erneuerbare Energien zu verlassen.

Deshalb versuchen alle großen Technologieunternehmen jetzt, Microsoft mit seinem Deal zur Wiedereröffnung eines ganzen Atomkraftwerks und Sperrung der gesamten Leistung für seine KI-Rechenzentrenund sich im Voraus eine stabile Kernenergieversorgung zu sichern.

Industrielle Anwendungen

Viele industrielle Prozesse erfordern sehr hohe Temperaturen, oft in Form von ultraheißem Dampf. Dies kann beispielsweise bei der Herstellung von Papier, Ammoniak (ein Düngemittel und Hauptbestandteil von Sprengstoffen), Stahl, Kunststoffen oder sogar bei der Meerwasserentsalzung der Fall sein (ein 77-MW-Reaktor kann Energie für 77 Millionen Gallonen/290 Millionen Liter Wasser pro Tag liefern).

Quelle: NuScale

Derzeit wird diese Art von Prozess, insbesondere derjenige, der die höchsten Temperaturen erfordert, zum überwiegenden Teil mit fossilen Brennstoffen, vor allem Erdgas, betrieben.

Theoretisch könnte dieser Ansatz vorteilhaft durch Kernkraftwerke ersetzt werden, zumal die Stromerzeugung bereits auf der Produktion von ultraheißem überkritischem Dampf im Reaktorkern beruht.

Allerdings war die Leistung herkömmlicher Kernkraftwerke einfach zu groß, um sie problemlos in einen normalen Industriebetrieb wie ein Stahlwerk integrieren zu können. Die gesetzlichen und räumlichen Einschränkungen sowie der Mangel an serienmäßigen modularen Designs waren ebenfalls ein Problem.

SMRs können all diese Einwände auf einmal entkräften, da sie eine geringere Leistung pro Einheit, weniger regulatorische Belastungen und flexiblere Designs aufweisen. NuScale-Reaktoren werden voraussichtlich in der Lage sein, 500,000 Pfund Dampf pro Stunde bei 1,500 psia und 500 °C zu produzieren.

Wasserstoff

Da Wasserstoff als Alternative zu fossilen Brennstoffen gilt, wird die Art der Energieerzeugung für die Wasserstofferzeugung noch immer diskutiert. Einerseits könnten erneuerbare Energieträger pro kW billiger sein, doch aufgrund der Intermittenz könnte das teure Wasserstofferzeugungskraftwerk zu lange stillstehen.

Der Reaktor von NuScale könnte 50 Tonnen Wasserstoff pro Tag produzieren, was dem Verbrauch von 38,000 Autos mit Brennstoffzellen entspricht.

Das Geschäftsmodell von Nuscale

Auch wenn Kernkraftwerksprojekte klein und modular sind, handelt es sich um große Investitionen, die über Jahre hinweg getätigt werden müssen, bevor man mit der erzeugten Energie Einnahmen erzielt. Ihre Finanzierung ist daher eine fast ebenso entscheidende Aufgabe wie die Ingenieurs- und Wissenschaftsarbeit selbst.

NuScale ist eine Partnerschaft eingegangen mit der privaten Investmentplattform ENTRA-1 und die private Vermögensverwaltungsgesellschaft Habboush-Gruppe um dieses Problem zu lösen. Beide Investmentfirmen sind auf die Finanzierung und den Betrieb von Energie- und Infrastrukturanlagen spezialisiert.

Dies bietet Unternehmen, die die SMR-Technologie implementieren möchten, flexible Optionen: Sie können je nach Wunsch entweder nur die erzeugte Energie kaufen, die Anlage betreiben oder Eigentümer der Anlage sein und sie betreiben.

Ein Energieversorgungsunternehmen mit Erfahrung im Bereich Atomenergie wird beispielsweise wahrscheinlich Eigentümer und Betreiber des Kraftwerks sein wollen. Ein Chemiewerk hingegen wird wahrscheinlich lieber einen langfristigen Abnahmevertrag für den produzierten Hochtemperaturdampf abschließen.

Laufende Projekte

Da die technologischen und regulatorischen Hürden zunehmend in den Hintergrund geraten, erweitert NuScale nun aktiv seinen Auftragsbestand. Dieser umfasst bisher Projekte auf drei Kontinenten, zum Beispiel:

Nordamerika

• Standardleistung in Ohio und Pennsylvania für fast „zwei Gigawatt saubere, zuverlässige Energie“.
• Das Prodigy Marine-Kraftwerk in Quebec wurden 1–12 Reaktoren zur Produktion sauberer Brennstoffe wie Wasserstoff und Ammoniak im kommerziellen Maßstab eingesetzt.

Europa

• RoPower Nuklear: Ein Projekt in Rumänien mit Nuclearelectrica (dem nationalen Betreiber von Kernkraftwerken) zum Einsatz von 6 VOYGR-Reaktoren zur kohlenstofffreien Stromerzeugung von 462 MWe.
• KGHM Polska Miedź in Polen sollen VOYGR-Reaktoren als Lösung zur Wiederverwendung von Kohle in bestehenden Kraftwerken eingesetzt werden. Die Inbetriebnahme ist bereits im Jahr 2029 geplant.
• Getka & UNIMOT in Polen, ebenfalls um Kohlekraftwerke zu ersetzen.
• Energoatom in der Ukraine mit dem Ziel, VOYGRs einzusetzen, sobald der Krieg endet, um das Energienetz des Landes wieder aufzubauen.

Asien

• Indonesien Macht, und prüft eine geplante 462-Megawatt-Anlage in Partnerschaft mit der Fluor Corporation und der japanischen JGC Corporation.
• GS Energie in Südkorea für einen Auftrag über 6 VOYGR-Reaktoren, der 2028 beginnen und bis 2030 abgeschlossen sein könnte, um den neuen Wasserstoff-Industriekomplex in Uljin zu versorgen.

NuScales Finanzdaten

Während das Unternehmen durch Verträge wie mit RoPower in Rumänien anfängt, Geld zu erwirtschaften, erzielt es nach fast zwei Jahrzehnten im „Start-up-Modus“ wieder erste Einnahmen.

Dennoch verzeichnet das Unternehmen jedes Quartal einen Nettoverlust von rund 50 Millionen US-Dollar, was die Betriebskosten des Unternehmens widerspiegelt. Das bedeutet, dass das Unternehmen bis zum vollständigen Verkauf und/oder Betrieb der VOYGR-Reaktoren weitere Finanzspritzen benötigt, um über Wasser zu bleiben.

Glücklicherweise ist der Aktienkurs vor Kurzem gestiegen, sodass das Unternehmen mehr Geld auftreiben kann, ohne den Anteil der Altaktionäre zu sehr zu verwässern.

Potenzielle Anleger sollten sich außerdem darüber im Klaren sein, dass zusätzlich zu den 31.4 Millionen ausstehenden Aktien (Stand: Dezember 252.2) 2024 Millionen Aktien in Form von Optionen und Optionsscheinen existieren.

Quelle: NuScale

Fazit

In einem stark regulierten und technisch hochkomplexen Bereich kann es sich enorm auszahlen, als Erster auf dem Markt zu agieren. Dies verschafft einem Unternehmen nicht nur den Vorteil, als Erster auf den Markt zu gelangen, sondern kann einem Unternehmen auch dabei helfen, die Zukunft des regulatorischen Umfelds und die Erwartungen potenzieller Kunden zu prägen.

NuScale war ein Vorreiter in der SMR-Technologie und ist noch immer Branchenführer. Andere Kerntechnologien wie Thorium, geschmolzene Salze, schnelle Reaktoren oder schwimmende Kraftwerke könnten alle in SMR integriert werden. Dies fügt jedoch eine weitere Komplexitätsebene hinzu, die sich sowohl in der Technik als auch bei den Regulierungsbehörden als Problem erweisen könnte.

Stattdessen konzentrierte sich Nuscale auf bewährte Leichtwassertechnologie und änderte lediglich seine Größe. Dies sollte ihm helfen, schneller voranzukommen und die bekannteste SMR-Aktie auf dem Markt zu werden.

Nach einem Börsenboom in Bereichen wie Elektrofahrzeugen und künstlicher Intelligenz könnte der nächste Schritt ein Boom bei der Energieerzeugung sein, mit der diese Sektoren CO2-neutral versorgt werden können.

Allerdings müssen Anleger bedenken, dass die Energieerzeugung eine äußerst kapitalintensive Branche ist und dass sich die Atomenergie langsamer entwickelt als andere Technologiesektoren. Sie brauchen daher Geduld und eine hohe Toleranz gegenüber Volatilität.