Ingenieure verwenden 3D-Druck, um fortschrittliche Materialien für kleine Kernreaktoren herzustellen
Die von der University of Alberta entwickelten SMRs sind deutlich kleiner und kostengünstiger als konventionelle Kraftwerke
Laut der University of Alberta haben Ingenieure mithilfe von 3D-Druck fortschrittliche Materialien für kleine modulare Reaktoren (SMRs) entworfen und hergestellt. Diese Kernreaktoren sind deutlich kleiner und kostengünstiger als herkömmliche Kraftwerke und könnten ländliche Gemeinden mit sauberer Energie versorgen.
Die Module sind nur ein Bruchteil so groß wie ein herkömmlicher Kernreaktor – sie wiegen zwischen 200 und 500 Tonnen und haben eine Leistung von bis zu 300 Megawatt – und können in einer Fabrik hergestellt und später zur Endmontage und Installation zum Standort transportiert werden.
Laut der Internationalen Atomenergie-Organisation können diese Kernspaltungsreaktoren in ländlichen Gebieten installiert werden, die für größere Kernkraftwerke nicht geeignet sind, was mit dem kanadischen Energiewendeplan und dem strategischen Plan von Alberta für den Einsatz von SMR in abgelegenen Gemeinden übereinstimmt. In einigen Fällen verfügen sie über passive Sicherheitssysteme, die „das Risiko einer unsicheren Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt und für die Öffentlichkeit im Falle eines Unfalls eliminieren oder erheblich verringern können.“
Mehr als 80 Entwürfe wurden in den USA, Argentinien, China, Russland, Südkorea und Kanada entwickelt – alle sollen in den nächsten sechs Jahren die behördliche Genehmigung erhalten.
An vorderster Front der SMR-Entwicklung in Kanada steht Mostafa Yakout, Professor für Maschinenbau an der University of Alberta, der kürzlich 2,5 Millionen Dollar für die nächsten drei Jahre aus dem „Enabling Small Modular Reactors Program“ von Natural Resources Canada und damit verbundenen Programmen und Industriepartnerschaften erhalten hat, um fortschrittliche Materialien für den Einsatz in in Kanada hergestellten, leistungsstarken SMRs zu entwickeln und zu
„Dies ist ein entscheidender Teil der Energiezukunft von Alberta“, sagte Yakout. „Die Kernenergie gilt als eine der saubersten Energieformen. Alberta ist gut positioniert, um die SMR-Bemühungen in Kanada, wenn nicht sogar in Nordamerika, anzuführen.“
Yakouts Team wird aus den Kollegen James Hogan (Maschinenbau), Jing Liu (Chemieingenieurwesen und Werkstofftechnik) und Arthur Mar (Chemie) von der University of Alberta bestehen, die mit CanmetMATERIALS von NRCan, Terrestrial Energy, den Canadian Nuclear Laboratories, ATS Industrial Automation und InnoTech Alberta zusammenarbeiten werden. Etwa ein Dutzend Doktoranden und Postdoktoranden werden ebenfalls an dem Projekt arbeiten.
Das Forschungsteam wird untersuchen, wie das Containment-Material in den Kernspaltungsreaktoren, das Temperaturen von bis zu 850 Grad Celsius standhalten muss, weniger korrosiv und haltbarer gemacht werden kann, während gleichzeitig die Herstellung kostengünstiger und abfallärmer wird. Zunächst wird versucht, eine in konventionellen Kernreaktoren verwendete Superlegierung namens Inconel 617 zu modifizieren, die Korrosion unter extremer Hitze standhält.
„Wir suchen nach Möglichkeiten, Materialverschleiß zu verhindern, um die Betriebsdauer von Reaktorkomponenten zu verlängern und die Brennelementwechselintervalle zu verkürzen“, so Yakout. „Korrosionsbeständige Hochtemperaturwerkstoffe werden unter extremen thermischen Belastungen eingesetzt, wodurch passive Sicherheitsmerkmale hinzugefügt werden, um Unfälle oder Lecks in Reaktoren zu verhindern.“
„Durch den Einsatz von 3D-Druck können wir Designmaterialien und Fertigung integrieren, um sehr komplexe Strukturen herzustellen“, erklärte er.
Um das Produkt kommerziell nutzbar zu machen, untersucht das Team auch Anwendungen in anderen Sektoren wie Verteidigung, Raumfahrt und Luft- und Raumfahrt.
In ihrem Strategieplan für SMRs bezeichnet die Regierung von Alberta die Reaktoren als „die nächste Stufe der nuklearen Innovation und Technologie“, die die Kapazität haben, „unsere Gemeinden mit sicherer und zuverlässiger, emissionsfreier Energie zu versorgen und gleichzeitig den Anforderungen einer wachsenden Wirtschaft und Bevölkerung gerecht zu werden“.
In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Regierung strebt das Team von Yakout einen hohen Leistungsstandard bei der Materialgestaltung an, der die behördliche Genehmigung erhält, sobald die Reaktoren einsatzbereit sind.
„Wir wollen sicher sein, dass wir alle Vorschriften und Genehmigungen haben, wenn die Reaktoren einsatzbereit sind, und dass die Öffentlichkeit davon überzeugt ist, dass sie sicher und sauber sind.“
