Ein Blick in ein Labor, in dem fortschrittlicher Brennstoff für die wachsenden US-Atomenergieambitionen hergestellt wird

OAK RIDGE, Tennessee – In der Nähe von Schildern, die vor radioaktiven Gefahren im Oak Ridge National Laboratory warnen, stellen ein halbes Dutzend Arbeiter des Atomkraftwerks X-Energy etwas her, das wie graue Billardkugeln aussieht. Im Inneren stecken Tausende winziger schwarzer Kugeln, die jeweils ein Körnchen Uran enthalten, das über das hinausgeht, was heutige Kraftwerke verbrauchen.

Die Vereinigten Staaten streben ein neues Zeitalter der Atomkraft an und setzen dabei auf die heimische Produktion von Reaktorbrennstoff, wie ihn X-Energy herstellt. Und obwohl sich die Arbeiten in Oak Ridge auf lediglich 280 Quadratmetern erstrecken, bereiten X-Energy und andere Unternehmen bereits die Großproduktion vor.

Präsident Donald Trump hat sich zum Ziel gesetzt, die inländische Atomstromproduktion innerhalb der nächsten 25 Jahre zu vervierfachen. Im Mai unterzeichnete er Dekrete zur Beschleunigung der Entwicklung. Eine neue Generation fortschrittlicher Kernreaktoren könnte um 2030 in Betrieb gehen.

Doch genau wie Autos ohne Benzin nicht fahren, funktionieren diese Kraftwerke nicht ohne Treibstoff. Um die Kernenergie langfristig auszubauen, müsse das Land laut Trump seine Kernbrennstoffproduktion maximieren.

In Oak Ridge hat X-Energy den ersten Spatenstich für einen riesigen, fast zwei Milliarden Dollar teuren Campus für eine neue Brennstoffproduktionsanlage vollzogen – die erste in den USA seit über einem halben Jahrhundert. Das ebenfalls in Oak Ridge ansässige Kernbrennstoffunternehmen Standard Nuclear will Tonnen von Brennstoff für moderne Reaktoren produzieren. Ein Zulieferer namens Orano plant in der Nähe den Bau einer milliardenschweren Urananreicherungsanlage.

„Dies ist eine einzigartige Zeit“, sagte Tyler Gerczak, leitender Forscher des Oak Ridge National Laboratory für die Kooperation mit der X-energy-Tochter TRISO-X. „Die Dynamik ist unglaublich.“

Die Associated Press besichtigte das Labor, in dem X-Energy kleine Mengen Brennstoff für Tests herstellt. Jeder, der sich jenseits einer magenta-gelben Warnkette befindet, die vor Radioaktivität warnt, muss Kittel, zwei Lagen Handschuhe und Strahlungsmessgeräte tragen. Beim Verlassen des Labors werden sie auf Radioaktivität getestet.

X-energy, ein Unternehmen mit Sitz in Maryland, verwendet Uran zur Herstellung von sogenanntem TRISO-Brennstoff – in sogenannten „Pebbles“. Das sind die Billardkugeln. Das Energieministerium bezeichnet es als den robustesten Kernbrennstoff der Welt, da die Partikel in einem Reaktor nicht schmelzen können.

Im Labor besteht der erste Schritt darin, einen Urancocktail herzustellen, der einer dunkelgelben Limonade ähnelt.

Uranpulver in Form von Triuran-Octoxid wird Salpetersäure zugesetzt, erklärte Dan Brown, Vizepräsident für Brennstoffentwicklung bei TRISO-X. Anschließend werden Kohlenstoff und eine organische Lösung hinzugefügt. Zwei Glasbehälter stehen bereit: Einer trägt eine beheizte Jacke, die fast wie ein kleiner Pullover aussieht und dabei hilft, das Uran in der Säurelösung aufzulösen. Der zweite kühlt die Säurelösung, während die Kohlenstoffquelle hinzugefügt wird, wodurch die Mischung fast schwarz wird, erklärte er.

An einer anderen Station, in einer langen, durchsichtigen Röhre, verfestigt sich der Cocktail zu kleinen schwarzen Kugeln mit einer geleeartigen Konsistenz. Diese schwarzen Kugeln, etwa so groß wie Mohnsamen, durchlaufen dann Maschinen bei Temperaturen von bis zu 1.800 Grad Celsius, um eine schützende Kohlenstoffbeschichtung – ähnlich wie Bonbons – zu erhalten, die sie wie winzige Kugeln aussehen lässt.

X-Energy verwendet Graphit und andere kohäsive Materialien, um 18.000 Körner zu einer größeren Kugel zusammenzufügen. Diese wird mit einer abschließenden Graphitschicht überzogen, um den fertigen Kieselstein zu versiegeln. Am Ende ist er stark genug, um dem Gewicht eines SUV standzuhalten.

Die Kieselsteine geben ihre Energie schließlich in dem von X-energy entwickelten gasgekühlten Hochtemperaturreaktor ab. Jeder Reaktor enthält etwa 220.000 Kieselsteine, ähnlich wie Kaugummikugeln in einem Kaugummiautomaten. Wenn sie unten austreten und noch Energie enthalten ist, kehren die Kieselsteine für einen weiteren Durchgang nach oben zurück. Jeder einzelne könnte etwa sechsmal verwendet werden. X-energy plant außerdem die Herstellung von Brennstoffen für andere fortschrittliche Reaktordesigns.

Das Nationallabor stellt X-Energy sein Fachwissen, seine Forschungsergebnisse und seine Hightech-Ausrüstung zur Analyse zur Verfügung und wird Proben auswerten, ebenso wie einige Universitäten. Weitere Proben werden archiviert. Das Idaho National Laboratory erhielt eine Charge für seinen fortschrittlichen Testreaktor, sagte Brown.

Kritiker des Baus weiterer Atomreaktoren sagen, diese seien zu teuer und riskanter als andere kohlenstoffarme Energiequellen.

„Ohne eine erhebliche Senkung der Baukosten sind die vermiedenen Treibhausgasemissionen es nicht wert“, sagte David Kemp, Politikanalyst des Cato Institute.

Kemp sagte, Trumps Vervierfachungsziel in 25 Jahren sei unrealistisch, da es bedeuten würde, Atomreaktoren schneller als je zuvor zu bauen. In den USA gibt es keine kommerziell betriebenen Reaktoren der nächsten Generation, und in fast 50 Jahren wurden nur zwei neue Großreaktoren von Grund auf neu gebaut. Diese beiden Reaktoren in einem Atomkraftwerk in Georgia wurden mit jahrelanger Verspätung und mindestens 17 Milliarden Dollar über dem Budget fertiggestellt.

Viele Reaktoren der nächsten Generation werden hoch angereichertes Uran verwenden. Dieser Brennstoff ist höher angereichert als der herkömmlicher großer Kernreaktoren. Dadurch können die neueren Reaktoren länger und effizienter laufen, benötigen weniger Platz und produzieren weniger Abfall, so das Energieministerium .

Derzeit wird in den USA nur wenig davon hergestellt.

Nur Russland und China verfügen derzeit über die Infrastruktur, um große Mengen hochgradig niedrig angereicherten Urans herzustellen. In den USA produzierte Centrus Energy Ende 2023 die ersten 20 Kilogramm hochgradig niedrig angereicherten Urans seit über 70 Jahren und zeigte damit, dass das Unternehmen begrenzte Mengen für kommerzielle Reaktoren produzieren kann.

Eine wichtige Schlussfolgerung aus Trumps Durchführungsverordnungen ist laut dem Energieministerium die Notwendigkeit, die inländische Produktion von Kernbrennstoff zu steigern, um die Abhängigkeit von ausländischen Quellen zu verringern und langfristig den Ausbau der amerikanischen Kernenergie zu ermöglichen.

Benjamin Holtzman, Direktor für neue Kernenergie beim Branchenverband Nuclear Energy Institute, meinte, er glaube, dass der Brennstoff für eine neue Generation von US-Atomreaktoren bereitstehen werde, die zur Deckung des steigenden Strombedarfs benötigt werde – wenn jetzt die richtigen Maßnahmen ergriffen würden.

X-Energy-CEO J. Clay Sell sagte, er hoffe, zur Lösung des Brennstoffproblems beizutragen, damit es die Entwicklung neuer Reaktoren nicht behindert. Das Energieministerium hat X-Energy Fördermittel zugesprochen. Auch Amazon hat in X-Energy investiert, und beide Unternehmen arbeiten zusammen, um bis 2039 neue US-Kraftwerke mit einer Leistung von über 5 Gigawatt ans Netz zu bringen.

X-energy ist das einzige Unternehmen, das bei der US-amerikanischen Atomaufsichtsbehörde (NRC) einen Antrag auf die Lizenz für eine neue Anlage zur Umwandlung von angereichertem Uran in Brennstoffprodukte für Kernreaktoren gestellt hat. Ein weiterer Antragsteller hat laut NRC die Änderung einer bestehenden Lizenz zur Herstellung von Brennstoff für moderne Reaktoren beantragt. Etwa fünf weitere Unternehmen haben der NRC ihr Interesse an der Herstellung von Brennstoff für moderne Reaktoren mitgeteilt.

Das Pilotlabor von X-energy am National Laboratory wurde 2016 eröffnet. Das Unternehmen verfügt mittlerweile über 100 Acres in Oak Ridge und baut diese für seinen Komplex zur Produktion von Kernbrennstoffen aus.

Die erste Fabrik könnte Ende 2027 oder Anfang 2028 in Betrieb gehen und bei vollem Betrieb genügend Brennstoffkugeln produzieren, um elf seiner modernen Reaktoren mit Strom zu versorgen; eine zweite Fabrik mit einer viermal höheren Kapazität könnte Ende 2029 in Betrieb gehen, sagte Joel Duling, Präsident von TRISO-X.

„Ich habe zwei oder drei ‚nukleare Renaissancen‘ miterlebt“, sagte Duling. „Das hier ist keine Renaissance. Das hier ist ein Wendepunkt.“

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McDermott berichtete aus Providence, Rhode Island.

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