NuScale (SMR) Spotlight: Standardisierte serielle Kernreaktoren

Von großen zu kleinen modularen Reaktoren

Nuklearkraftwerke sind in der Regel massive Projekte. Die Leistung liegt im Gigawatt‑Bereich, Investitionen in Höhe von mehreren zehn Milliarden werden benötigt, und die Bauzeiten betragen Jahre, wenn nicht Jahrzehnte. Das führt zu einigen Problemen:

• Es ist schwierig, Geld aus staatlichen Förderungen zu erhalten, da die massive Zeitspanne zwischen Projektbeginn und dem Datum der ersten Stromproduktion liegt.
• Es ist nicht gut geeignet für kleine Länder oder abgelegene Gebiete und erfordert in gewissem Maße, dass das gesamte Stromnetz an das Kernkraftwerk angepasst wird.
• Wenn etwas schiefgeht, kann es statt eines lokalen Vorfalls zu einer kontinentweiten Katastrophe werden.
• Jedes massive Projekt ist ein kundenspezifisches Experimentdesign, das die Branche daran hindert, irgendeine Form von Standardisierung im Produktionsprozess zu entwickeln.

Insgesamt lässt sich sagen, dass der traditionelle Ansatz für Kernenergie unter zwei Schwächen leidet: zu hohe Kosten und zu hohe Risiken.

Ein Teil davon könnte durch 4^te Generation von Kernkraftwerken, die neue und sicherere Designs verwenden gelöst werden. Ein anderer Ansatz, genannt SMR (Small Modular Reactors), untersucht jedoch eine neue Methode, Atome zu spalten, um Energie zu erzeugen und beide Probleme gleichzeitig zu lösen.

Quelle: IAEA

Die Nachfrage nach mehr Kernenergie explodiert derzeit, angetrieben durch eine Mischung aus energiehungrigen KI‑Rechenzentren und der Erkenntnis, dass die intermittierende Produktion erneuerbarer Energien ein Problem darstellt, bis wir Batteriesysteme ausreichend skalieren, was Jahrzehnte dauern könnte.

Warum SMRs verwenden

Die zentrale Idee von SMRs ist, dass anstelle von riesigen, teuren und kundenspezifischen Projekten Kernreaktoren auf dieselbe Weise gebaut werden sollten, wie wir Flugzeuge und Schiffe gebaut haben:

• Eine standardisierte Vorlage ermöglicht die unzählige Wiederverwendung desselben Designs und verteilt die F&E‑Kosten.
  • Das bedeutet auch die Austauschbarkeit von Ersatzteilen und geringere Schulungskosten im Laufe der Zeit.
• In Serie, in einer dedizierten Fabrik hergestellt und zusammengebaut, wodurch Erfahrung aufgebaut und Skaleneffekte erzielt werden können.
• Vom Werk zu den Einsatzorten transportiert, wo sie benötigt werden.

Theoretisch sollte dies radikale Skaleneffekte bieten, da jeder zusätzlich produzierte Reaktor vorherige Fachkräfte, Maschinen, Standardaufbauten usw. wiederverwendet. Zum Beispiel sollte ein SMR‑Reaktor etwa drei Jahre benötigen, um gebaut zu werden, anstatt der üblichen 5‑10 Jahre (manchmal 15‑20 Jahre in den schlimmsten Fällen, wie das Vogtle‑Werk in Georgia).

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

In Kombination mit Verbesserungen der 4^te Generation der Kerntechnologie kann dies SMRs um mehrere Größenordnungen sicherer machen als die älteren Designs.

Schließlich ermöglicht die Zusammensetzung von SMRs aus mehreren Untereinheiten eine große Flexibilität bei der endgültigen Leistungsabgabe, ohne dass jedes Mal ein vollständiges Redesign erforderlich ist.

Die geringere Leistung eröffnet zudem neue Anwendungen, wie die Energieerzeugung vor Ort für Industrieanlagen oder Militärbasen, was dazu beitragen könnte, Betriebe zu dekarbonisieren, die fast unmöglich ausschließlich mit erneuerbaren Energien zu betreiben sind.

„Mit SMRs haben wir ein ganzes Kundenspektrum eröffnet.“Rolls Royce CEO

Als zusätzlicher Bonus ermöglicht die kleinere Größe von SMRs, sie auf dem Gelände von „normalen“ fossilen Kraftwerken zu installieren, wie z. B. stillgelegten Kohlekraftwerken, wodurch die bereits vorhandene Netzinfrastruktur wiederverwendet und der Flächenbedarf des Projekts reduziert wird. Zumindest, solange man die Genehmigung der Nuclear Regulatory Commission (NRC) für die Notfallplanungszone des Kernkraftwerks erhalten hat, wie das Unternehmen NuScale nach einem mühsamen 7‑jährigen Prozess getan hat.

Quelle: NuScale

NuScale

Wettbewerbsposition von NuScale

NuScale ist einer der führenden Anwärter im Rennen um die Massenproduktion von SMRs in westlichen Ländern, wobei nur russische und chinesische Staatsunternehmen voraus sind.

Bemerkenswerterweise ist NuScale die einzige SMR‑Technologie, die von der U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) zertifiziert wurde.

Gegründet im Jahr 2007, setzte das Unternehmen bereits sehr früh auf SMRs, zu einer Zeit, in der die Kernenergie allgemein wie ein permanenter Niedergang aussah, insbesondere nach dem Fukushima‑Unfall 2011. Bisher hat es 2 Mrd. $ in seine Technologie und den Produktionsprozess investiert.

Mit derzeit 6 in Produktion befindlichen Reaktoren arbeitet das Unternehmen auf seine erste kommerzielle Auslieferung hin, die voraussichtlich um das Jahr 2030 erreicht werden soll.

Ein modulares, aber bekanntes Design

NuScales Reaktoren VOYGR können vom Werk zu den Kraftwerksstandorten auf dem Rücken eines sehr großen Lastwagens transportiert werden. Jeder erzeugt 77 MWe (Megawatt‑Äquivalente) elektrische Leistung, wobei pro Anlage bis zu 12 Module (924 MWe) möglich sind.

Quelle: NuScale

Diese Reaktoren sollen eine Lebensdauer von über 60 Jahren haben.

Die dahinterstehende Technologie ist der bewährte Leichtwasser‑Kernreaktor (LWR). Obwohl er weniger innovativ sein mag als andere Designs, die Thorium, hohen Druck usw. nutzen, hat dies geholfen, die Genehmigung der Aufsichtsbehörden zu sichern und das Entwicklungsrisiko zu reduzieren.

Er nutzt zudem die bestehende Lieferkette für Kernenergie, von Sensoren über Uran‑Brennstoffbündel bis hin zu Reaktorkränen und Steuerungssystemen.

Quelle: NuScale

Diese SMRs sind zudem „walk‑away safe“, das heißt, sie bleiben sicher, selbst ohne menschliches Eingreifen, und kühlen sich natürlich ab, wenn sie nicht gewartet werden.

Dies beinhaltet ein weiteres Merkmal: eine unbegrenzte „Bewältigungsperiode“, definiert als die Zeit zwischen Normalbetrieb und irreversiblen Schäden am Reaktor im Falle eines ungeplanten Abschaltens. Die meisten anderen Leichtwasser‑Kernreaktoren (LWR) haben eine Bewältigungsperiode von wenigen Tagen, was sie im Katastrophenfall von Natur aus weniger sicher macht.

NuScale‑Reaktoren können zudem ohne ein aktives Stromnetz neu gestartet werden, eine häufige Einschränkung der meisten anderen Reaktordesigns.

Quelle: NuScale

Anwendungen

Stromnetz

Die offensichtliche Hauptanwendung von Kernkraftwerken ist die Stromerzeugung für das Stromnetz. Da die Bemühungen, unser Energiemix zu dekarbonisieren, zunehmen, steigt auch der Bedarf an mehr Strom. Das liegt daran, dass ein großer Teil des heutigen Energieverbrauchs noch nicht elektrifiziert ist, wie zum Beispiel der Verkehr (benzinfahrende Autos) oder die Heizung (Öl‑ oder gasbetriebene Heizungen).

Da die SMRs von NuScale auf dem Gelände stillgelegter Kohlekraftwerke implementiert werden können, benötigen sie nur sehr geringe Investitionen in zusätzliche Netzinfrastruktur, um fossile Kraftwerke zu ersetzen.

KI

Die Stromnachfrage von Rechenzentren wird voraussichtlich von 3‑4 % des gesamten Stromverbrauchs im Jahr 2023 auf 11‑12 % im Jahr 2030 steigen. Das entspricht dem aktuellen Stromverbrauch von einem Drittel der US‑Haushalte.

Ein weiteres Problem ist, dass angesichts der zig- oder sogar hundert Milliarden Dollar an Kapital, die in diese Rechenzentren investiert wurden, ein kontinuierlicher Betrieb zwingend erforderlich ist. Da wir von einem GW‑Skalen‑Verbrauch sprechen, kann die Abhängigkeit von instabilen und variablen erneuerbaren Energien ein riskantes Unterfangen sein.

Deshalb versuchen jetzt alle großen Technologieunternehmen, Microsoft mit seinem Deal, ein ganzes Kernkraftwerk wieder zu eröffnen und dessen gesamte Leistung für seine KI‑Rechenzentren zu sichern, nachzuahmen und sich im Voraus stabile Kernenergie zu sichern.

Industrielle Anwendungen

Viele industrielle Prozesse erfordern sehr hohe Temperaturen, oft in Form von ultra‑heißem Dampf. Dazu können beispielsweise die Papierherstellung, Ammoniak (ein Dünger und wichtiger Bestandteil von Sprengstoffen), Stahl, Kunststoffe oder sogar die Meerwasserentsalzung gehören (ein 77‑MW‑Reaktor kann die Energie für 77 Millionen Gallonen/290 Millionen Liter Wasser pro Tag bereitstellen).

Quelle: NuScale

Derzeit wird diese Art von Prozessen, insbesondere die mit den höchsten Temperaturanforderungen, in überwiegender Mehrheit durch fossile Brennstoffe, vor allem Erdgas, betrieben.

Theoretisch kann dies vorteilhaft durch Kernkraftwerke ersetzt werden, da die Stromerzeugung bereits das Ergebnis der Erzeugung von ultra‑heißem überkritischem Dampf durch den Reaktorkern ist.

Allerdings hatte das traditionelle Design von Kernkraftwerken eine Leistung, die einfach zu groß war, um sie leicht in einen normalen industriellen Betrieb wie ein Stahlwerk zu integrieren. Die regulatorischen und räumlichen Beschränkungen sowie das Fehlen von modularen Standardlösungen stellten ebenfalls ein Problem dar.

SMRs können all diese Einwände gleichzeitig ausräumen, mit einer geringeren Leistung pro Einheit, einer geringeren regulatorischen Belastung und flexibleren Designs. Es wird erwartet, dass NuScale‑Reaktoren 500.000 Pfund Dampf pro Stunde bei 1.500 psia und 500 °C erzeugen können.

Wasserstoff

Da Wasserstoff als Alternative zu fossilen Brennstoffen gilt, wird noch diskutiert, wie die Energie für die Wasserstofferzeugung bereitgestellt werden soll. Einerseits könnten erneuerbare Energien pro kW günstiger sein, aber die Intermittenz bedeutet, dass die teure Wasserstofferzeugungsanlage zu lange Leerlaufzeiten haben könnte.

Der Reaktor von NuScale könnte 50 metrische Tonnen Wasserstoff pro Tag produzieren, was dem Verbrauch von 38.000 Brennstoffzellen‑Autos entspricht.

Geschäftsmodell von NuScale

Selbst wenn sie klein und modular sind, sind Kernkraftwerksprojekte eine große Investition, mit jahrelangen Ausgaben, bevor sie Einnahmen aus der erzeugten Energie erzielen, was ihre Finanzierung zu einer fast ebenso entscheidenden Aufgabe wie das Ingenieurwesen und die Wissenschaft macht.

NuScale hat eine Partnerschaft eingegangen mit der privaten Investmentplattform ENTRA-1 und der privaten Vermögensverwaltungsgesellschaft Habboush Group, um dieses Problem zu lösen. Beide Investmentfirmen spezialisieren sich auf die Finanzierung und den Betrieb von Energie- und Infrastrukturprojekten.

Dies bietet flexiblen Optionen für Unternehmen, die SMR‑Technologie implementieren möchten: Sie können entweder nur die produzierte Energie kaufen, das Werk betreiben oder das Werk besitzen und betreiben, je nach ihren Präferenzen.

Zum Beispiel wird ein Energieversorgungsunternehmen mit Erfahrung in Kernenergie wahrscheinlich das Werk direkt besitzen und betreiben wollen. Ein Chemiewerk hingegen wird wahrscheinlich bevorzugen, lediglich einen langfristigen Kaufvertrag für den erzeugten Hochtemperatur‑Dampf abzuschließen.

Laufende Projekte

Da die technologischen und regulatorischen Hürden in den Rückspiegel gedrängt werden, erweitert NuScale nun aktiv sein Auftragsbuch. Dieses umfasst bisher Projekte auf drei Kontinenten, zum Beispiel:

Nordamerika

• Standard Power in Ohio und Pennsylvania, für fast „zwei Gigawatt sauberer, zuverlässiger Energie“.
• The Prodigy Marine Power Station in Quebec hat 1‑12 Reaktoren für die Produktion sauberer Kraftstoffe wie Wasserstoff und Ammoniak im kommerziellen Maßstab eingesetzt.

Europa

• RoPower Nuclear: Ein Projekt in Rumänien mit Nuclearelectrica (dem nationalen Betreiber von Kernkraftwerken), um 6 VOYGR‑Reaktoren für 462 MWe kohlenfreie Stromerzeugung zu installieren.
• KGHM Polska Miedź in Polen, um VOYGR‑Reaktoren als Kohleverwertungs‑Lösung für bestehende Kraftwerke einzusetzen, mit einer Inbetriebnahme bereits ab 2029.
• Getka & UNIMOT in Polen, ebenfalls zur Ersetzung von Kohlekraftwerken.
• Energoatom in der Ukraine, mit dem Ziel, VOYGRs einzusetzen, sobald der Krieg endet, um das Stromnetz des Landes wieder aufzubauen.

Asien

• Indonesia Power, prüft eine vorgeschlagene 462‑Megawatt‑Anlage in Zusammenarbeit mit der Fluor Corporation und Japans JGC Corporation.
• GS Energy in Südkorea, für einen Auftrag von 6 VOYGR‑Reaktoren, der 2028 beginnen und bis 2030 abgeschlossen sein könnte, um den neuen Wasserstoff‑Industriekomplex in Uljin zu versorgen.

Finanzen von NuScale

Da das Unternehmen beginnt, Geld aus Vereinbarungen wie mit RoPower in Rumänien zu generieren, erzielt es nach fast zwei Jahrzehnten im „Startup‑Modus“ erste Einnahmen.

Dennoch verzeichnet das Unternehmen ein Nettoverlust von etwa 50 Mio. $ pro Quartal, was die Betriebskosten widerspiegelt. Das bedeutet, dass das Unternehmen, bis es VOYGR‑Reaktoren vollständig verkauft und/oder betreibt, weitere Geldzuflüsse benötigt, um über Wasser zu bleiben.

Glücklicherweise ist der Aktienkurs kürzlich gestiegen, was dabei helfen wird, mehr Kapital zu beschaffen, ohne die bestehenden Aktionäre zu stark zu verwässern.

Potenzielle Investoren sollten zudem die Existenz von 31,4 Mio. Aktien in Form von Optionen und Warrants beachten, zusätzlich zu den 252,2 Mio. ausstehenden Aktien (Stand Dezember 2024).

Quelle: NuScale

Fazit

In einem stark regulierten und technisch sehr komplexen Bereich kann es enorm vorteilhaft sein, ein First‑Mover zu sein. Das verschafft nicht nur einen Vorsprung beim Markteintritt, sondern kann einem Unternehmen sogar dabei helfen, die zukünftige Regulierungslandschaft und die Erwartungen potenzieller Kunden zu gestalten.

NuScale war ein Vorreiter in der SMR‑Technologie und führt die Branche weiterhin an. Andere Kerntechnologien wie Thorium, geschmolzene Salze, Schnellreaktoren oder schwimmende Kraftwerke könnten alle in SMRs integriert werden. Dies würde jedoch eine weitere Komplexitätsebene hinzufügen, die sowohl in der Technik als auch bei den Regulierungsbehörden problematisch sein könnte.

Stattdessen konzentrierte sich NuScale auf die bewährte Leichtwasser‑Technologie und änderte lediglich die Skalierung. Das sollte dem Unternehmen helfen, schneller voranzukommen und die bekannteste SMR‑Aktie auf dem Markt zu werden.

Möglicherweise könnte nach einem Börsenboom in Segmenten wie Elektrofahrzeugen und KI der nächste Schritt ein Boom in der Energieerzeugung sein, die diese Sektoren mit kohlenstoffneutraler Energie versorgen kann.

Investoren müssen jedoch bedenken, dass die Energieerzeugung eine sehr kapitalintensive Branche ist und dass die Kernenergie langsamer voranschreitet als andere Technologiesektoren, was Geduld und eine hohe Toleranz gegenüber Volatilität erfordert.