Stellaria Stellarium: Frankreichs Mini-Atomreaktor für industrielle Wärme

Ihr Ziel ist kein weiterer Gigareaktor zur Einspeisung in das nationale Stromnetz, sondern eine kompakte Anlage, die in erster Linie als sauberer Industriekessel dienen soll. Dieses Vorhaben liegt nun bei der französischen Atomaufsicht auf dem Tisch.

Frankreich tritt in das Zeitalter der Mini-Atomreaktoren ein

Frankreich steht seit Langem für große Kernkraftwerke, die Haushalte und Industrie mit günstigem Strom versorgen. Doch dieses Modell gerät durch alternde Reaktoren, verzögerte Projekte und den Wettbewerb mit erneuerbaren Energien zunehmend unter Druck.

Als Antwort darauf verfolgt eine neue Unternehmensgeneration einen anderen Ansatz: kleine modulare Reaktoren, kurz SMR, die auf Industriestandorte zugeschnitten sind, an denen bislang Gas oder Kohle allein für die Wärmeerzeugung verbrannt werden. Zwei französische Start-ups haben inzwischen offiziell beantragt, solche Reaktoren in Frankreich zu errichten.

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, jedoch technisch äußerst versiertes Unternehmen, mit einem Antrag für ein grundlegend anderes Konzept auf Basis geschmolzener Salze.

Stellaria: kleines Team mit starker Unterstützung

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

Das Kernteam ist bewusst schlank gehalten: Kernphysiker, Fachleute für den Brennstoffkreislauf und Ingenieure, die zuvor an fortschrittlichen Reaktorkonzepten arbeiteten, welche nie über die Forschungsphase hinausgelangten. Der Zugang zu den Versuchsplattformen der CEA verschafft ihnen einen seltenen Vorteil.

In diesen Einrichtungen steckt jahrzehntelange Forschung zu Reaktoren der sogenannten Generation IV, darunter Systeme, die nicht mit Wasser, sondern mit Salzschmelzen gekühlt werden. Konzepte, die früher in Konferenzbeiträgen und Laborunterlagen existierten, fließen nun unmittelbar in Stellarias erstes Produkt ein.

Statt einen weiteren riesigen Reaktor vom EPR-Typ zu verfolgen, will Stellaria eine kompakte, in der Fabrik gefertigte Anlage entwickeln, die auf industrielle Wärme ausgerichtet ist.

Die Wette ist einfach formuliert, aber schwer umzusetzen: anspruchsvolle Kernphysik muss in eine Anlage verdichtet werden, die klein und robust genug ist, damit ein Chemiewerk, eine Raffinerie oder ein Glaswerk sie als gewöhnlichen, wenn auch kritischen Teil seiner Infrastruktur akzeptiert.

Stellarium: Mini-Reaktor mit Salzschmelze für Prozesswärme

Ein flüssiger Reaktorkern bricht mit dem klassischen Nukleardesign

Stellarias Vorzeigeprojekt trägt den Namen Stellarium. Es handelt sich um einen kleinen Schnellen Neutronenreaktor, der Salzschmelzen sowohl als Kühlmittel als auch als Trägermedium für den Brennstoff nutzt und damit zur Reaktorfamilie der Generation IV zählt.

Damit unterscheidet sich die Anlage bereits deutlich von Frankreichs bestehender Flotte aus Druckwasserreaktoren. In einem herkömmlichen Kraftwerk befindet sich Uranbrennstoff als feste Pellets in Metallstäben; Wasser unter sehr hohem Druck kühlt den Kern und überträgt Wärme auf Turbinen. Der hohe Druck erhöht Komplexität und Risiko.

Bei Stellarium ist der Brennstoff unmittelbar in einem Bad aus geschmolzenen Salzen gelöst. Dieselbe Flüssigkeit strömt durch Reaktorkern und Wärmetauscher. Das Herzstück des Reaktors ist im wörtlichen Sinn flüssig.

• Die Temperatur verteilt sich im Kern gleichmäßiger, wodurch heiße Bereiche reduziert werden.
• Hochdruck-Wassersysteme und Dampfexplosionen fallen aus der Gleichung heraus.
• Ein klassisches „Kernschmelze“-Szenario verliert seine Bedeutung, weil der Brennstoff bereits flüssig ist.

Schnelle Neutronen bieten einen weiteren möglichen Vorteil: Zumindest auf dem Papier könnten sie Kernbrennstoff effizienter nutzen und sogar langlebige Abfälle anderer Reaktoren verwerten. Dieses Versprechen ist technisch noch weit entfernt, erklärt jedoch mit, weshalb Aufsichtsbehörden solche Konzepte genau beobachten.

Sicherheit, die auf Physik statt nur auf Steuerungssysteme setzt

Stellaria stellt die von ihm so bezeichnete inhärente Sicherheit stark in den Vordergrund. Statt sich hauptsächlich auf Pumpen, Ventile und komplexe Elektronik zu stützen, nutzt das Konzept grundlegende physikalische Effekte, die einem Temperaturanstieg entgegenwirken.

Erhitzt sich die Salzschmelze, verlangsamt sich die Kernreaktion aufgrund von Veränderungen bei Geometrie und Dichte des Brennstoffs von selbst. Für Extremfälle enthalten einige Konzepte einen Schmelzstopfen: einen erstarrten Salzbereich, der bei Überhitzung schmilzt und es dem Brennstoff ermöglicht, durch Schwerkraft in unterkritische Behälter abzufließen.

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

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

40 Megawatt Wärme: für reale Fabriken statt nationale Stromnetze dimensioniert

Stellarium soll rund 40 Megawatt thermische Leistung bereitstellen. Im Vergleich zu einem netzgekoppelten Reaktor mit mehr als 1.000 Megawatt wirkt das bescheiden. Gegenüber einem typischen Industriekessel, der mit Gas oder Kohle betrieben wird, liegt die Leistung jedoch genau im passenden Bereich.

Dieses Leistungsniveau kann Prozessdampf, Hochtemperaturwärme oder eine Kombination aus beidem für Anlagen liefern wie:

• Chemiewerke
• Raffinerien
• Zementwerke
• Standorte der Glasherstellung
• große Fabriken der Lebensmittelverarbeitung

Das Konzept zielt auf eine kontinuierliche und gleichmäßige Leistung bei geringem Flächenbedarf. Stellaria möchte außerdem große Teile des Reaktorsystems in der Fabrik vormontieren, anschließend zum Standort transportieren und dort fertigstellen. Dies könnte Bauzeiten verkürzen und Kosten gegenüber individuell geplanten Großprojekten besser kalkulierbar machen.

Ein Demonstrator ist für etwa 2030 vorgesehen

Im Zentrum von Stellarias Fahrplan steht ein entscheidender Schritt: Bis etwa 2030 soll ein Demonstrator in Originalgröße errichtet werden. Diese erste Anlage müsste nicht nur die technische Funktionsfähigkeit des Konzepts belegen, sondern auch als realer Prüfstein für Frankreichs Atomaufsicht und die lokalen Behörden dienen.

Industriekunden werden kaum langfristige Verträge abschließen, ohne zuvor mindestens eine reale Maschine im Betrieb gesehen zu haben. Für Investoren würde ein funktionierender Demonstrationsreaktor das wahrgenommene Risiko verringern und den Weg für größere Finanzierungsrunden ebnen.

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

Mit der frühzeitigen Einreichung seiner Regulierungsunterlagen will Stellaria zugleich bei der Gestaltung künftiger europäischer SMR-Standards mitreden, darunter 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“ – den Antrag auf Errichtungsgenehmigung – ein. Für jeden Reaktor eröffnet dieser Antrag den Zugang zur streng kontrollierten französischen Kernenergiebranche.

Die Unterlagen müssen zahlreiche Punkte äußerst detailliert nachweisen: die Widerstandsfähigkeit der Sicherheitsbarrieren, das Verhalten des Reaktors in Unfallszenarien, die langfristige Brennstoffbewirtschaftung sowie die Stilllegung des Standorts Jahrzehnte später.

Für ein Start-up bedeutet dieser Schritt einen tiefgreifenden Kulturwandel. Das Unternehmen verlässt agile Entwicklungszyklen und Investorenpräsentationen und tritt in einen Rechtsrahmen ein, der historisch von staatlichen Großunternehmen und großen Energieversorgern geprägt wurde.

Jimmy, das seinen Antrag vor Stellaria einreichte, wird derselben Prüfung unterzogen. Ihre Präsenz zeigt, dass Frankreichs Nuklearökosystem nicht länger nur aus EDF und großen Anlagenlieferanten besteht. Kleinere Akteure stehen nun an derselben regulatorischen Tür Schlange.

Ein französischer Wettbewerb um industrielle Wärme statt nur Strom

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

Die Emissionen industrieller Wärme zu senken, könnte mehr bewirken als eine weitere Quelle CO2-armen Stroms hinzuzufügen.

Frankreichs wachsendes SMR-Ökosystem setzt darauf, dass sich kompakte Kernkraftanlagen in bestehende Industriegebiete integrieren und dort fossile Kessel ersetzen können. Falls dies gelingt, könnte das Land Emissionen senken, ohne auf umfassende Ausbauten der nationalen Stromnetze warten zu müssen.

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

Globaler Wettbewerb: Frankreich steigt in ein dicht besetztes SMR-Feld ein

Wer baut sonst kleine Reaktoren?

Frankreich ist damit keineswegs allein. Von Kanada bis China arbeiten Unternehmen und staatliche Organisationen daran, SMR in kommerzielle Produkte zu überführen. 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	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 helfen, das System in Industriegebiete zu integrieren, in denen der Netzzugang bereits ausreicht, aber CO2-arme Wärme fehlt.

Risiken, Vorteile und was „Salzschmelze“ tatsächlich bedeutet

Der Ausdruck „Salzschmelzenreaktor“ kann exotisch wirken. Praktisch beschreibt er eine Salzmischung, häufig aus Fluoriden, die so stark erhitzt wird, dass sie flüssig wird. Sie verhält sich ähnlich wie eine zähflüssige, heiße Metallflüssigkeit: Sie transportiert Wärme gut, bleibt bei hohen Temperaturen stabil und siedet nicht leicht.

Sobald diese Salze mit Kernbrennstoff beladen sind, werden sie allerdings hochradioaktiv. Sorgfältige Handhabung, abgeschirmte Rohrleitungen und robuste Sicherheitsbehälter bleiben unverzichtbar. Jede Leckage wäre eine ernsthafte Herausforderung für die Dekontamination, auch wenn die Flüssigkeit selbst weder explodiert noch brennt.

Auf der Vorteilsseite ermöglicht der Betrieb bei höheren Temperaturen als bei wassergekühlten Reaktoren eine effizientere Wärmeübertragung auf industrielle Prozesse. Das macht solche Reaktoren für die Wasserstoffproduktion mittels Hochtemperatur-Elektrolyse, die Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder sogar Fernwärme in kälteren Regionen attraktiv.

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

Eine solche gemeinsame Infrastruktur wirft Fragen der Governance auf. Wem gehören die Reaktoren? Wer übernimmt die nukleare Haftung? Wie werden die Kosten zwischen den Nutzern verteilt? Diese Themen liegen ebenso sehr in Recht und Finanzierung wie in der Ingenieurwissenschaft und werden darüber entscheiden, ob Mini-Reaktoren Prototypen bleiben oder zu einem echten Instrument für die Industrie werden.