Stellarium: Frankreichs Mini-Atomreaktor für industrielle Wärme

Ihr Ziel ist nicht der Bau eines weiteren Gigareaktors für das nationale Stromnetz, sondern einer kompakten Anlage, die vor allem als sauberer Industriekessel dienen soll. Dieses Vorhaben liegt inzwischen auf dem Tisch der französischen Nuklearaufsicht.

Frankreich tritt in das Zeitalter der Mini-Atomreaktoren ein

Frankreich steht seit Langem für große Kernkraftwerke, die Haushalte und Fabriken mit günstigem Strom versorgen. Dieses Modell gerät jedoch durch alternde Reaktoren, Verzögerungen bei Projekten und die Konkurrenz erneuerbarer Energien zunehmend unter Druck.

Als Antwort darauf verfolgt eine neue Generation von Unternehmen einen anderen Ansatz: kleine modulare Reaktoren, kurz SMRs, die für Industriestandorte ausgelegt sind, an denen heute allein zur Wärmeerzeugung Gas oder Kohle verbrannt wird. Zwei französische Start-ups haben inzwischen offiziell beantragt, solche Reaktoren in Frankreich zu errichten.

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

Jimmy, ein Pionier bei auf Wärme ausgerichteten SMRs, reichte seinen Antrag Anfang 2024 ein. In dieser Woche folgte Stellaria, ein jüngeres, aber technologisch hochspezialisiertes Unternehmen, mit einem Antrag für ein grundlegend anderes Design auf Basis geschmolzener Salze.

Stellaria: kleines Team, starke Rückendeckung

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

Das Kernteam ist bewusst schlank gehalten: Kernphysiker, Experten für den Brennstoffkreislauf und Ingenieure, die zuvor an fortschrittlichen Reaktorkonzepten gearbeitet hatten, welche nie über die Forschungsphase hinausgingen. Der Zugang zu den experimentellen Plattformen der CEA verschafft ihnen einen seltenen Vorteil.

In diesen Einrichtungen steckt jahrzehntelange Forschung zu sogenannten Reaktoren der Generation IV, darunter Systeme, die statt mit Wasser durch geschmolzene Salze gekühlt werden. Konzepte, die früher nur in Konferenzbeiträgen und Laborheften existierten, fließen nun unmittelbar in Stellularias 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 schwer umzusetzen: Hochentwickelte Kernphysik soll in einer Anlage gebündelt werden, die klein und robust genug ist, damit ein Chemiewerk, eine Raffinerie oder eine Glashütte sie als gewöhnliches, wenn auch kritisches Betriebsmittel akzeptiert.

Stellarium: Mini-Reaktor mit Flüssigsalz für Wärme

Ein flüssiger Kern bricht mit dem traditionellen Reaktordesign

Das wichtigste Projekt von Stellaria trägt den Namen Stellarium. Dabei handelt es sich um einen kleinen Schnellneutronenreaktor, der geschmolzene Salze sowohl als Kühlmittel als auch als Träger des Brennstoffs nutzt und damit zur Generation-IV-Familie gehört.

Damit unterscheidet er sich bereits deutlich von Frankreichs bestehendem Bestand an Druckwasserreaktoren. In einem herkömmlichen Kraftwerk befindet sich der Uranbrennstoff als feste Pellets in Metallstäben; Wasser unter sehr hohem Druck kühlt den Reaktorkern und überträgt die Wärme auf Turbinen. Dieser Druck erhöht Komplexität und Risiko.

Im Stellarium wird der Brennstoff direkt in einem Bad aus geschmolzenen Salzen gelöst. Dieselbe Flüssigkeit zirkuliert durch den Kern und die Wärmetauscher. Das Herz des Reaktors ist im wahrsten Sinne des Wortes flüssig.

• Die Temperatur verteilt sich im Kern gleichmäßiger, wodurch heiße Stellen reduziert werden.
• Hochdruck-Wassersysteme und Dampfexplosionen entfallen.
• Ein klassisches „Durchschmelz“-Szenario verliert seine Bedeutung, weil sich der Brennstoff bereits in flüssiger Form befindet.

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

Sicherheit, die auf Physik statt nur auf Steuerungssysteme setzt

Stellaria betont stark die sogenannte inhärente Sicherheit. Statt sich vor allem auf Pumpen, Ventile und komplexe Elektronik zu stützen, nutzt das Design grundlegende physikalische Effekte, die einem Temperaturanstieg entgegenwirken.

Wenn das geschmolzene Salz heißer wird, verlangsamt sich die Kernreaktion durch Veränderungen bei Geometrie und Dichte des Brennstoffs von selbst. Für Extremfälle sehen einige Konzepte einen Gefrierstopfen vor: einen erstarrten Salzabschnitt, der bei Überhitzung schmilzt und den Brennstoff durch die Schwerkraft in unterkritische Tanks abfließen lässt.

Das Unternehmen argumentiert, dass die Physik des Systems selbst den Reaktor wieder in einen ruhigeren Zustand führt, wenn er zu heiß zu werden beginnt.

Die ausgewählten Salze sind nicht brennbar und chemisch stabil, wodurch die Gefahr von Wasserstoffexplosionen entfällt, wie sie bei einigen früheren Nuklearunfällen auftrat. Da es keinen Wasserkreislauf unter hohem Druck gibt, ist zudem erheblich weniger gespeicherte mechanische Energie am Standort vorhanden.

40 Megawatt Wärme: für reale Fabriken statt nationale Stromnetze ausgelegt

Stellarium soll rund 40 Megawatt thermische Leistung liefern. Verglichen mit einem Reaktor für das Stromnetz mit mehr als 1.000 Megawatt erscheint das gering. Gegenüber einem typischen Industriekessel, der mit Gas oder Kohle betrieben wird, liegt die Anlage jedoch genau im passenden Bereich.

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

• Chemiewerke
• Raffinerien
• Zementwerke
• Produktionsstandorte der Glasindustrie
• große Lebensmittelverarbeitungsbetriebe

Vorgesehen ist ein kontinuierlicher und gleichmäßiger Betrieb bei geringem Platzbedarf. Stellaria möchte außerdem einen Großteil des Reaktorsystems im Werk vormontieren, anschließend zum Standort transportieren und dort fertigstellen. Im Vergleich zu individuell geplanten Großprojekten könnte dies die Bauzeit verkürzen und die Kosten besser kalkulierbar machen.

Ein Demonstrator ist für etwa 2030 geplant

Im Mittelpunkt von Stellularias Fahrplan steht ein entscheidender Schritt: Bis etwa 2030 soll ein Demonstrator im Maßstab 1:1 gebaut werden. Diese erste Anlage soll nicht nur die technische Funktionsfähigkeit des Konzepts nachweisen, sondern auch als realer Testfall für die französische Nuklearaufsicht und lokale Behörden dienen.

Industriekunden werden langfristige Verträge voraussichtlich erst abschließen, wenn mindestens eine reale Anlage in Betrieb zu sehen ist. Für Investoren würde ein funktionierender Demonstrationsreaktor das wahrgenommene Risiko senken und den Zugang zu größeren Finanzierungsrunden erleichtern.

In der Kernenergie wiegt ein funktionierender Prototyp in den Augen von Aufsichtsbehörden und Finanziers oft mehr als tausend Präsentationsfolien.

Mit der frühen Einreichung des Regulierungsdossiers will Stellaria außerdem an der Gestaltung künftiger europäischer Standards für SMRs mitwirken, einschließlich Vorgaben zu Standortwahl, Notfallplanung und Abfallmanagement.

Der regulatorische Sprung: vom Start-up-Pitch zum Nuklearbetreiber

Am 22. Januar reichte Stellaria bei der Autorité de sûreté nucléaire (ASN) seine „demande d’autorisation de création“ ein, also einen Antrag auf Genehmigung zur Errichtung. Für jeden Reaktor ist dies das Eingangstor zur streng kontrollierten französischen Nuklearindustrie.

Das Dossier muss mehrere Punkte in äußerst detaillierter Form belegen: die Robustheit der Sicherheitsbarrieren, das Verhalten des Reaktors in Unfallszenarien, das langfristige Brennstoffmanagement sowie die Stilllegung des Standorts Jahrzehnte später.

Für ein Start-up bedeutet dieser Schritt einen enormen kulturellen Wandel. Das Unternehmen wechselt von agilen Entwicklungszyklen und Investorenpräsentationen in einen Rechtsrahmen, der historisch von staatlichen Großunternehmen und großen Versorgern geprägt ist.

Jimmy, das seinen Antrag vor Stellaria eingereicht hat, steht unter derselben Prüfung. Die beiden Unternehmen zeigen, dass Frankreichs Nuklearökosystem nicht mehr allein aus EDF und großen Ausrüstungsanbietern besteht. Kleinere Akteure warten nun an derselben regulatorischen Tür.

Ein französischer Wettbewerb um industrielle Wärme statt nur um Strom

Sowohl Jimmy als auch Stellaria zielen auf ein Segment, dem politisch deutlich weniger Aufmerksamkeit zuteilwurde als dem Haushaltsstrom: industrielle Wärme. Fabriken verbrennen weiterhin große Mengen fossiler Brennstoffe, um heiße Gase, Dampf oder Prozesswärme zu erzeugen.

Die Emissionen industrieller Wärme zu senken, könnte mehr bewirken als eine weitere Quelle kohlenstoffarmen Stroms hinzuzufügen.

Frankreichs wachsendes SMR-Ökosystem setzt darauf, dass kompakte Kernenergieanlagen in bestehende Industriegebiete integriert werden und dort fossile Kessel ersetzen können. Gelingt das, könnte das Land Emissionen verringern, ohne auf umfassende Ausbauten der nationalen Stromnetze warten zu müssen.

Die Herausforderungen sind jedoch erheblich. Betreiber werden jeden Nuklearkessel mit günstigem Gas vergleichen, insbesondere wenn die CO₂-Preise volatil bleiben. Wartungskonzepte müssen transparent und bezahlbar sein. Lokale Gemeinschaften werden fragen, weshalb sich eine Nuklearanlage neben ihrer Stadt befinden sollte, selbst wenn sie viel kleiner als ein konventionelles Kraftwerk ist.

Globaler Wettbewerb: Frankreich betritt ein dicht besetztes SMR-Feld

Wer baut noch kleine Reaktoren?

Frankreich ist damit keineswegs allein. Von Kanada bis China arbeiten Unternehmen und staatliche Stellen daran, SMRs zu kommerziellen Produkten zu machen. Stellarium wird nicht nur mit französischen Wettbewerbern konkurrieren, sondern mit einem ganzen Katalog internationaler Konzepte.

Projekt	Land	Technologie	Ungefähre thermische Leistung	Hauptfokus
Stellarium (Stellaria)	Frankreich	Geschmolzenes Salz, schnelle Neutronen	≈ 40 MW	Industrielle Wärme
IMSR (Terrestrial Energy)	Kanada / USA	Geschmolzenes Salz, flüssiger Brennstoff	≈ 400 MW	Strom + Wärme
KP-FHR (Kairos Power)	USA	Geschmolzenes Salz, fester Brennstoff	≈ 320 MW	Strom, Wasserstoff
Xe-100 (X-energy)	USA	Hochtemperaturgas	≈ 200 MW	Strom + Hochtemperaturwärme
SSR-W (Moltex)	Vereinigtes Königreich / Kanada	Geschmolzenes Salz, 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 Konzentration auf Wärme als Hauptprodukt statt auf Strom ab. Diese Nische könnte die Integration in Industriegebiete erleichtern, in denen der Netzanschluss bereits ausreicht, jedoch dekarbonisierte Wärme fehlt.

Risiken, Vorteile und was „geschmolzenes Salz“ tatsächlich bedeutet

Der Begriff „Flüssigsalzreaktor“ mag exotisch klingen. Gemeint ist in der Praxis eine Salzmischung, häufig Fluoride, die so stark erhitzt wird, dass sie flüssig wird. Sie verhält sich ähnlich wie eine dickflüssige, heiße Metallflüssigkeit: Sie transportiert Wärme gut, bleibt bei hohen Temperaturen stabil und siedet nicht leicht.

Sobald sie mit Kernbrennstoff beladen sind, werden diese Salze allerdings hochradioaktiv. Sorgfältige Handhabung, abgeschirmte Rohrleitungen und robuste Containment-Strukturen bleiben zwingend erforderlich. Jede Leckage würde eine ernsthafte Sanierungsaufgabe verursachen, auch wenn die Flüssigkeit selbst weder explodiert noch brennt.

Zu den Vorteilen gehört, dass der Betrieb bei höheren Temperaturen als bei wassergekühlten Reaktoren eine effizientere Wärmeübertragung auf industrielle Prozesse ermöglicht. Das macht solche Reaktoren für die Wasserstoffproduktion mittels Hochtemperaturelektrolyse, die Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder sogar für Fernwärme in kälteren Regionen attraktiv.

Ein realistisches Szenario für Frankreich könnte, falls Stellarium und ähnliche Projekte erfolgreich sind, so aussehen: Ein Verbund von Chemiewerken in einer Küstenzone nutzt zwei oder drei Mini-Reaktoren über ein eigenes Wärmenetz gemeinsam. Die Reaktoren laufen über Jahre konstant, während die Fabriken je nach verändertem Bedarf einzelne Prozesse an- oder abkoppeln.

Eine derart gemeinsam genutzte Infrastruktur würde Fragen der Steuerung aufwerfen. Wem gehören die Reaktoren? Wer übernimmt die nukleare Haftung? Wie werden die Kosten zwischen den Nutzern aufgeteilt? Diese Punkte liegen ebenso sehr im Recht und in der Finanzierung wie in der Ingenieurwissenschaft und werden darüber entscheiden, ob Mini-Reaktoren Prototypen bleiben oder zu einem echten industriellen Werkzeug werden.