Stellarium: Frankreichs Mini-Atomreaktor für industrielle Wärme

Frankreich steht seit Langem für grosse Kernkraftwerke, die Haushalte und Unternehmen preiswert mit Strom versorgen. Dieses Modell gerät jedoch durch alternde Reaktoren, Verzögerungen bei Projekten und den Wettbewerb durch erneuerbare Energien zunehmend unter Druck.

Frankreich tritt in das Zeitalter der Mini-Atomreaktoren ein

Als Antwort darauf verfolgt eine neue Unternehmensgeneration einen anderen Ansatz: kleine modulare Reaktoren, kurz SMR, die Industrieanlagen mit Wärme versorgen sollen. Diese Standorte verbrennen bislang Gas oder Kohle, um überhaupt Prozesswärme zu erzeugen. Zwei französische Start-ups haben inzwischen offiziell beantragt, solche Reaktoren in Frankreich errichten zu dürfen.

Die französische Atomaufsicht hat bereits zwei Anträge auf Errichtung von Mini-Reaktoren erhalten – ein Signal für einen Wendepunkt der Branche.

Jimmy, ein Vorreiter bei wärmeorientierten SMR, reichte seinen Antrag Anfang 2024 ein. In dieser Woche folgte Stellaria, ein jüngeres, aber technisch hoch spezialisiertes Unternehmen, mit einem Antrag für ein grundlegend anderes Konzept auf Basis geschmolzener Salze.

Ihr Ziel ist nicht der Bau eines weiteren Grossreaktors für das nationale Stromnetz. Stattdessen soll eine kompakte Anlage entstehen, die vor allem als sauberer Industriekessel dient. Dieses Vorhaben liegt nun bei der französischen Atomaufsicht auf dem Tisch.

Stellaria: Kleines Team mit starker Unterstützung

Stellaria entstand 2022 aus der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA), einer der einflussreichsten kerntechnischen Forschungseinrichtungen Europas. Das Start-up ist im Technologiecluster Paris-Saclay südlich der Hauptstadt angesiedelt.

Das Kernteam wurde bewusst schlank gehalten. Es besteht aus Kernphysikern, Spezialisten für den Brennstoffkreislauf und Ingenieuren, die zuvor an fortschrittlichen Reaktorkonzepten arbeiteten, welche nie über die Forschungsphase hinauskamen. Der Zugang zu den Versuchsanlagen der CEA verschafft dem Unternehmen einen ungewöhnlichen Vorteil.

In diesen Einrichtungen steckt jahrzehntelange Forschung zu Reaktoren der sogenannten Generation IV, darunter Systeme, die nicht mit Wasser, sondern mit geschmolzenem Salz gekühlt werden. Was einst in Konferenzbeiträgen und Labornotizen festgehalten wurde, fliesst nun unmittelbar in Stellarías erstes Produkt ein.

Statt einem weiteren riesigen Reaktor vom EPR-Typ nachzujagen, will Stellaria eine kompakte, werkseitig gefertigte Anlage für industrielle Wärme entwickeln.

Die Wette ist einfach formuliert, aber schwierig umzusetzen: Hochentwickelte Kernphysik muss in ein Objekt integriert werden, das klein und robust genug ist, damit ein Chemiewerk, eine Raffinerie oder ein Glaswerk es als weiteres unverzichtbares Anlagenteil akzeptiert.

Stellarium: Ein Mini-Reaktor mit Salzschmelze für Wärme

Ein flüssiger Kern bricht mit der herkömmlichen Reaktorarchitektur

Das Vorzeigeprojekt von Stellaria heisst Stellarium. Dabei handelt es sich um einen kleinen Schnellen-Neutronen-Reaktor, in dem geschmolzene Salze zugleich als Kühlmittel und als Träger des Brennstoffs dienen. Damit gehört das Konzept zur Reaktorfamilie der Generation IV.

Schon dadurch unterscheidet sich die Anlage von Frankreichs bestehendem Park an Druckwasserreaktoren. In einer klassischen Anlage befindet sich Uranbrennstoff als feste Pellets in Metallstäben; Wasser unter sehr hohem Druck kühlt den Reaktorkern und leitet die Wärme an Turbinen weiter. Dieser Druck erhöht Komplexität und Risiko.

Bei Stellarium wird der Brennstoff unmittelbar in einem Bad aus geschmolzenen Salzen gelöst. Dieselbe Flüssigkeit zirkuliert durch Reaktorkern und Wärmetauscher. Das Zentrum des Reaktors ist im wahrsten Sinn flüssig.

• Die Temperatur verteilt sich im Kern gleichmässiger, wodurch heisse Stellen verringert werden.
• Hochdruck-Wassersysteme und Dampfexplosionen fallen aus der Gleichung heraus.
• Ein klassisches „Kernschmelz“-Szenario verliert seine Bedeutung, weil der Brennstoff bereits flüssig ist.

Schnelle Neutronen bieten einen weiteren möglichen Vorteil: Zumindest theoretisch könnten sie die Kernressourcen effizienter nutzbar machen und sogar langlebige Abfälle anderer Reaktoren verwerten. Dieses Versprechen ist technisch noch weit entfernt, erklärt aber, weshalb die Aufsichtsbehörden solche Entwürfe genau verfolgen.

Sicherheit durch Physik statt allein durch Steuerungssysteme

Stellaria setzt stark auf das, was das Unternehmen als inhärente Sicherheit bezeichnet. Das Konzept verlässt sich nicht in erster Linie auf Pumpen, Ventile und komplexe Elektronik, sondern auf grundlegende physikalische Effekte, die einem Temperaturanstieg entgegenwirken.

Wird das Salz heisser, verlangsamt sich die Kernreaktion aufgrund von Veränderungen bei Geometrie und Dichte des Brennstoffs von selbst. Für Extremfälle sehen manche Konzepte einen Schmelzstopfen vor: Ein erstarrter Salzabschnitt schmilzt bei Überhitzung und ermöglicht es dem Brennstoff, durch die Schwerkraft in unterkritische Tanks abzulaufen.

Das Unternehmen argumentiert, dass die Physik des Systems den Reaktor selbst wieder in einen ruhigeren Zustand drängt, falls er zu heiss zu werden beginnt.

Die ausgewählten Salze sind nicht brennbar und chemisch stabil. Damit entfällt das Risiko von Wasserstoffexplosionen, wie sie bei einigen früheren Atomunfällen auftraten. Da kein Hochdruck-Wasserkreislauf vorhanden ist, wird am Standort zudem deutlich weniger mechanische Energie gespeichert.

Vierzig Megawatt Wärme: Für echte Fabriken statt nationale Stromnetze dimensioniert

Stellarium soll rund 40 Megawatt thermische Leistung bereitstellen. Verglichen mit einem netzgekoppelten Reaktor mit mehr als 1.000 Megawatt wirkt das bescheiden. Gegenüber einem typischen, mit Gas oder Kohle betriebenen Industriekessel liegt die Anlage jedoch genau im passenden Leistungsbereich.

Diese Leistung kann Prozessdampf, Hochtemperaturwärme oder eine Kombination aus beidem für Anlagen wie die folgenden liefern:

• Chemiewerke
• Raffinerien
• Zementwerke
• Produktionsstätten für Glas
• grosse Lebensmittelverarbeitungsbetriebe

Der Entwurf zielt auf eine kontinuierliche und konstante Leistung bei geringem Platzbedarf. Stellaria will ausserdem einen grossen Teil des Reaktorsystems bereits im Werk vormontieren, anschliessend zum Standort transportieren und dort fertigstellen. Im Vergleich zu individuell geplanten Grossprojekten könnte dies Bauzeiten verkürzen und Kosten besser vorhersehbar machen.

Ein Demonstrator ist für etwa 2030 vorgesehen

Im Zentrum der Stellaria-Roadmap steht ein entscheidender Schritt: Bis etwa 2030 soll ein Demonstrator in Originalgrösse gebaut werden. Diese erste Einheit müsste nicht nur die technische Funktionsfähigkeit des Konzepts nachweisen. Sie wäre zugleich ein realer Testfall für die französische Atomaufsicht und die lokalen Behörden.

Industriekunden dürften kaum langfristige Verträge unterzeichnen, bevor sie nicht mindestens eine tatsächlich arbeitende Anlage gesehen haben. Für Investoren würde ein funktionierender Demonstrationsreaktor das wahrgenommene Risiko senken und grössere Finanzierungsrunden erleichtern.

In der Kernenergie zählt ein funktionierender Prototyp für Aufsichtsbehörden und Geldgeber oft mehr als tausend Präsentationen.

Mit der frühen Einreichung seiner Unterlagen bei der Aufsicht will Stellaria zudem Einfluss auf künftige europäische SMR-Standards nehmen, einschliesslich Vorschriften zu Standortwahl, Notfallplanung und Abfallmanagement.

Der regulatorische Sprung: Vom Start-up-Pitch zum Kernkraftwerksbetreiber

Am 22. Januar reichte Stellaria bei der Autorité de sûreté nucléaire (ASN) seine „demande d’autorisation de création“ (Antrag auf Errichtungsgenehmigung) ein. Für jeden Reaktor eröffnet dieser Antrag den Zugang zu Frankreichs streng regulierter Kernenergiebranche.

Die Unterlagen müssen mehrere Punkte bis ins kleinste Detail belegen: die Robustheit der Barrieren zur Einschliessung radioaktiver Stoffe, das Verhalten des Reaktors in Unfallszenarien, das langfristige Brennstoffmanagement sowie die Stilllegung des Standorts nach Jahrzehnten.

Für ein Start-up bedeutet dieser Schritt einen tiefgreifenden Kulturwandel. Das Unternehmen wechselt von agilen Entwicklungszyklen und Investorenpräsentationen in einen Rechtsrahmen, der historisch von staatlichen Grossunternehmen und grossen Energieversorgern geprägt ist.

Jimmy, das seinen Antrag vor Stellaria eingereicht hat, unterliegt derselben Prüfung. Beide Unternehmen zeigen, dass Frankreichs Kernenergie-Ökosystem nicht mehr ausschliesslich aus EDF und grossen Ausrüstungszulieferern besteht. Kleinere Akteure stehen nun vor derselben regulatorischen Tür Schlange.

Ein französischer Wettbewerb um Industriewärme, nicht nur um Strom

Jimmy und Stellaria richten sich beide auf einen Bereich, der politisch wesentlich weniger Aufmerksamkeit erhielt als die Stromversorgung von Haushalten: industrielle Wärme. Fabriken verbrennen noch immer enorme Mengen fossiler Brennstoffe, um heisse Gase, Dampf oder Prozesswärme zu erzeugen.

Die Emissionen der industriellen Wärme zu senken, könnte mehr bewirken als eine weitere Quelle CO2-armer Elektrizität zu schaffen.

Frankreichs wachsendes SMR-Ökosystem setzt darauf, dass sich kompakte Kernenergieanlagen in bestehende Industriegebiete integrieren und fossile Kessel ersetzen lassen. Sollte das funktionieren, könnte das Land Emissionen reduzieren, ohne zuvor massive Ausbauten der nationalen Stromnetze abwarten zu müssen.

Die Hürden sind allerdings erheblich. Betreiber werden jeden nuklearen Kessel mit günstigem Gas vergleichen, insbesondere wenn die CO2-Preise volatil bleiben. Wartungskonzepte müssen verständlich und bezahlbar sein. Lokale Gemeinschaften werden fragen, weshalb eine kerntechnische Anlage neben ihrer Stadt stehen soll – auch wenn sie deutlich kleiner als ein konventionelles Kraftwerk ist.

Globaler Wettbewerb: Frankreich betritt ein dicht besetztes SMR-Feld

Wer baut noch kleine Reaktoren?

Frankreich ist mit diesen Plänen keineswegs allein. Von Kanada bis China arbeiten Unternehmen und staatliche Einrichtungen daran, SMR zu kommerziellen Produkten zu machen. Stellarium konkurriert nicht nur mit französischen Rivalen, sondern mit einem umfangreichen Katalog internationaler Konzepte.

Projekt	Land	Technologie	Ungefähre thermische Leistung	Hauptfokus
Stellarium (Stellaria)	Frankreich	Salzschmelze, schnelle Neutronen	≈ 40 MW	Industrielle Wärme
IMSR (Terrestrial Energy)	Kanada / USA	Salzschmelze, flüssiger Brennstoff	≈ 400 MW	Strom + Wärme
KP-FHR (Kairos Power)	USA	Salzschmelze, fester Brennstoff	≈ 320 MW	Strom, Wasserstoff
Xe-100 (X-energy)	USA	Hochtemperaturgas	≈ 200 MW	Strom + Hochtemperaturwärme
SSR-W (Moltex)	Vereinigtes Königreich / Kanada	Salzschmelze, schnell	≈ 300 MW	Strom
Aurora (Oklo)	USA	Schneller Reaktor, Metallkühlmittel	< 50 MWe	Inselnetz-Stromversorgung
HTGR (CNNC)	China	Hochtemperaturgas	> 200 MW	Strom + Industrie
Linglong One	China	Druckwasser-SMR	≈ 385 MW	Strom + Wärme

Stellarium hebt sich durch seine vergleichsweise geringe Leistung und die klare Ausrichtung auf Wärme als Hauptprodukt statt auf Elektrizität ab. Diese Nische könnte den Einsatz in Industriegebieten erleichtern, in denen der Netzzugang bereits ausreichend ist, aber CO2-arme Wärme fehlt.

Risiken, Vorteile und was „Salzschmelze“ tatsächlich bedeutet

Der Begriff „Salzschmelzenreaktor“ klingt möglicherweise exotisch. Gemeint ist in der Praxis ein Gemisch aus Salzen, oft Fluoriden, das so stark erhitzt wird, bis es flüssig ist. Die Salze verhalten sich ähnlich wie eine dickflüssige, heisse Metallflüssigkeit: Sie transportieren Wärme gut, bleiben bei hohen Temperaturen stabil und sieden nicht leicht.

Sobald diese Salze mit Kernbrennstoff beladen sind, werden sie allerdings hochradioaktiv. Sorgfältige Handhabung, abgeschirmte Rohrleitungen und robuste Einschlussstrukturen bleiben unverzichtbar. Jede Leckage würde eine erhebliche Dekontaminierungsaufgabe verursachen, auch wenn die Flüssigkeit selbst weder explodiert noch brennt.

Auf der Vorteilseite ermöglicht der Betrieb bei höheren Temperaturen als bei wassergekühlten Reaktoren eine effizientere Wärmeübertragung auf industrielle Prozesse. Das macht diese Reaktoren für die Wasserstoffproduktion mittels Hochtemperaturelektrolyse, die Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder sogar für Fernwärme in kälteren Regionen interessant.

Ein realistisches Szenario für Frankreich, falls Stellarium und ähnliche Projekte Erfolg haben, könnte so aussehen: Mehrere Chemiewerke in einer Küstenregion teilen sich zwei oder drei Mini-Reaktoren über ein eigenes Wärmenetz. Die Reaktoren laufen über Jahre konstant, während die Fabriken einzelne Prozesse abhängig von ihrem wechselnden Bedarf an- oder abkoppeln.

Eine solche gemeinsame Infrastruktur würde Fragen zur Steuerung aufwerfen. Wem gehören die Reaktoren? Wer übernimmt die nukleare Haftung? Wie werden die Kosten zwischen den Nutzern aufgeteilt? Diese Themen sind ebenso stark rechtlicher und finanzieller wie technischer Natur und werden darüber entscheiden, ob Mini-Reaktoren Prototypen bleiben oder zu einem tatsächlichen Werkzeug für die Industrie werden.