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Aug 29, 2023

Kernreaktoren sind eine saubere Energielösung für die zivile Schifffahrt

Atomkraft wurde in der Vergangenheit zum Antrieb von US-Militärschiffen genutzt, jedoch nicht für den Antrieb ziviler Seeschiffe. Patrick Pennella, Alex Polonsky und Jane Accomando erklären, wie Innovation in der Nukleartechnologie funktioniert

Atomkraft wurde in der Vergangenheit zum Antrieb von US-Militärschiffen genutzt, jedoch nicht für den Antrieb ziviler Seeschiffe. Patrick Pennella, Alex Polonsky und Jane Accomando erklären, wie Innovationen in der Nukleartechnologie eine sichere und saubere Energielösung bieten.

Obwohl die Kernkraft seit den 1950er Jahren erfolgreich zum Antrieb von US-Militärschiffen eingesetzt wird, hat sich die Nutzung für zivile maritime Zwecke nie über einige experimentelle Entwürfe hinaus entwickelt. Hohe anfängliche Kapitalkosten und Bedenken hinsichtlich der Sicherheit verhinderten, dass die Kernenergie für die zivile Seeflotte kritisch wurde.

Allerdings bieten Innovationen in der Nukleartechnologie in Verbindung mit dem Vorstoß zur Dekarbonisierung der zivilen maritimen Industrie nun die Möglichkeit, das Konzept zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten wiederzubeleben.

Die US-Marine hat Dutzende nuklearbetriebene Kriegsschiffe eingesetzt, ohne dass es zu nennenswerten reaktorbedingten Sicherheitsereignissen kam. Die USA haben jedoch nur ein einziges Handelsschiff mit Atomantrieb gebaut – die Proof-of-Concept NS Savannah. Als hybrides Fracht- und Passagierschiff war die Savannah von 1959 bis 1972 erfolgreich im Einsatz, ihre begrenzte Fracht- und Passagierkapazität machte jedoch einen weiteren Betrieb unwirtschaftlich.

Die Absicht hinter der Savannah bestand lediglich darin, das Konzept zu beweisen. Und das tat es. Mehrere andere Länder betrieben erfolgreich Versuchsschiffe mit Atomantrieb für den zivilen Einsatz, doch wie in den USA kam es nie zu einer flächendeckenden Einführung.

Kernkraftantriebe haben gegenüber herkömmlichen Brennstoffquellen schon immer mehrere entscheidende Vorteile mit sich gebracht.

Erstens können nuklearbetriebene Schiffe jahrelang ohne Auftanken auskommen. Obwohl konventionelle Schiffe in der Regel gleichzeitig mit dem Frachtbetrieb betankt werden können, könnten sich Besitzer von Atomschiffen weniger Sorgen über die Volatilität der Treibstoffpreise machen, da die Uranpreise nicht so volatil sind wie die Ölpreise. Dementsprechend werden die hohen Vorabinvestitionskosten eines Kernreaktors möglicherweise durch die stetigen Kosten des Treibstoffverbrauchs aufgewogen, der bei einem großen Containerschiff 3 Millionen US-Dollar pro Monat übersteigen kann.

Zweitens macht die Energiedichte des Kernbrennstoffs die Lagerung von Millionen Gallonen Heizöl überflüssig. Durch diesen Vorteil entfällt der herkömmliche Kompromiss zwischen Kraftstofflagerung und Laderaum. Nuklearschiffe können den von Treibstofftanks eingenommenen Raum für Fracht umfunktionieren.

Selbst unter Berücksichtigung der notwendigen Abschirmung könnte ein ähnlich großes nuklearbetriebenes Schiff im Vergleich zu einem konventionell angetriebenen Großcontainerschiff mehr Standardschiffscontainer aufnehmen und mit höheren Geschwindigkeiten fahren.

Dementsprechend gäbe es auf Schiffen mit Atomantrieb keine Treibstofftanks, die im Falle eines Seeunfalls bersten könnten, wodurch die Einleitung von Tausenden Barrel Heizöl in empfindliche Küstengebiete und die damit verbundenen Kosten für die Sanierung vermieden würden.

Eine Studie des American Bureau of Shipping vom Juli 2023 bestätigte diese ersten beiden Punkte. Basierend auf einem Modell ergab die Studie, dass der Einsatz von zwei 30-MW-Schnellreaktoren auf einem großen Containerschiff die Frachtkapazität und die Betriebsgeschwindigkeit erhöhen würde.

In einer anderen Konfiguration würde der Einsatz von vier 5-MW-Heatpipe-Mikroreaktoren auf einem großen Tanker die Ladekapazität verringern, aber die Betriebsgeschwindigkeit erhöhen. Und in beiden Beispielen könnte der Treibstoff 25 Jahre reichen – die typische Betriebsdauer eines Handelsschiffs.

Drittens handelt es sich bei dem herkömmlichen Kraftstoff um Bunkeröl, das Verbrennungsnebenprodukte wie Kohlendioxid und Feinstaub ausstößt. Da sich die Umweltvorschriften in Bezug auf Emissionen weltweit verschärfen, bietet die Kernenergie eine zuverlässige Quelle sauberer, kohlenstofffreier Energie.

Jüngste Fortschritte in der Kernreaktortechnologie verbessern die Wettbewerbsfähigkeit von Schiffen mit Atomantrieb. Das Aufkommen mikro- und kleinmodularer Reaktoren bietet ein standardisiertes Design, das Skaleneffekte erzielen und SMRs kosteneffektiv machen kann. Obwohl diese Konstruktionen für die Stromerzeugung an Land gedacht waren, sind sie aufgrund ihrer Größe und Standardisierung für den Einsatz auf kommerziellen Schiffen geeignet.

Die hohe Anzahl großer Handelsschiffe schafft das Potenzial für einen Masseneinsatz und bietet Vorteile durch Skaleneffekte, standardisierte Bedienerschulungen und stabile Lieferketten.

Mehrere SMR-Designs, die sich in der Lizenzierungsphase vor Regulierungsbehörden in Kanada, Japan, Großbritannien und den USA befinden, produzieren ausreichend Strom, um die größten Containerschiffe anzutreiben, und mehrere kleinere SMR-Designs würden für kleinere Schiffe ausreichen.

Neue fortschrittliche Reaktordesigns, die durch geschmolzene Salze oder flüssiges Metall gekühlt werden, könnten einen Reaktortyp bieten, der sich gut für Anwendungen im Seetransport eignen könnte. Da diese Reaktoren bei Umgebungsdruck betrieben werden und sich bei einem Reaktorstopp verfestigen, besteht bei einem Reaktornotfall nur ein geringes Risiko einer Umweltverschmutzung.

Wettbewerbsfähige Strommärkte und Stromerzeugungsprogramme hinter dem Messgerät, die es in weiten Teilen der USA gibt, bieten eine zusätzliche Einnahmequelle für Schiffe mit Atomantrieb. Während viele Schiffe an Landstrom angeschlossen wären, um Treibstoff zu sparen, kann der Kernreaktor weiterhin betrieben werden.

Diese Schiffe würden nicht nur den Stromverbrauch im Hafen vermeiden, sondern könnten auch versuchen, Strom in das Netz einzuspeisen oder die Nettoenergieabrechnung für energieintensive Hafenanlagen zu erleichtern.

Die nächste Generation fortschrittlicher Kernreaktoren für die Stromerzeugung an Land wird bereits entwickelt. Diese Reaktoren können problemlos an zivile maritime Zwecke angepasst werden und bieten eine sichere, zuverlässige, saubere und kostengünstige Energiequelle.

Dieser Artikel spiegelt nicht unbedingt die Meinung von Bloomberg Industry Group, Inc., dem Herausgeber von Bloomberg Law und Bloomberg Tax, oder seiner Eigentümer wider.

Patrick R. Pennella ist Associate bei Morgan, Lewis & Bockius.

Alex Polonsky ist Partner bei Morgan, Lewis & Bockius und Mitglied des Civil Nuclear Trade Advisory Committee.

Jane Accomando ist Partnerin bei Morgan, Lewis & Bockius und Co-Leiterin des globalen Energiebranchenteams des Unternehmens.

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