Stellaria: Frankreichs Minireaktoren für industrielle Wärme

Am Rand von Paris setzt ein kleines Team von Physikerinnen und Physikern darauf, dass die Schwerindustrie bald mit kompakter Kernenergie-Wärme arbeiten könnte.

Statt riesiger Reaktoren und landesweiter Stromnetze verfolgt ein neues französisches Start-up einen anderen atomaren Ansatz: kleine, modulare Einheiten, die vor allem fossile Kessel in Fabriken ersetzen sollen. Frankreichs Atomaufsicht hat nun den zweiten Genehmigungsantrag für einen solchen Minireaktor erhalten – ein Zeichen dafür, dass aus dieser Nischenidee ein echter Wettbewerb wird.

Ein neuer nuklearer Wettbewerb in Frankreich

Frankreich steht seit Langem für grosse Reaktoren, die ein zentralisiertes Stromnetz versorgen. Nun wird dieses Modell aus dem eigenen Land heraus infrage gestellt. Die beiden jungen Unternehmen Jimmy und Stellaria haben offizielle Anträge für kleine modulare Reaktoren (SMR) eingereicht, die nicht Haushalte, sondern Industrieanlagen mit Schornsteinen versorgen sollen.

Dabei handelt es sich nicht um Laborexperimente. Ein in Frankreich als „demande d’autorisation de création“ (DAC) bezeichneter Antrag auf Genehmigung zur Errichtung bringt die Vorhaben in denselben rechtlichen Rahmen wie die grossen Kernkraftwerksbetreiber des Landes. Allein dieser Schritt verdeutlicht das wachsende Vertrauen in die Technologie.

Frankreichs Atomaufsicht hat inzwischen zwei Projekte für Minireaktoren auf dem Tisch, die fossile Industriekessel statt des Stromnetzes ins Visier nehmen.

Hinter dieser Entwicklung steht eine nüchterne Tatsache: Prozesswärme in der Industrie zählt zu den am schwierigsten zu verringernden Quellen von CO₂-Emissionen. Stahlwerke, Zement-, Glas- und Chemieanlagen verbrennen Erdgas und Kohle bei hohen Temperaturen, häufig rund um die Uhr. Erneuerbare Energien im Netzmassstab können dieses Profil nur schwer abdecken. Verkleinerte und modularisierte Kernenergie-Wärme könnte es hingegen leisten.

Stellaria: Ein Start-up aus einer Hochburg der Kernforschung

Stellaria arbeitet im Forschungscluster Paris-Saclay, in dem die französische Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA) ansässig ist. Das Unternehmen ging 2022 aus der CEA hervor und startete bewusst mit einem kleinen Team aus Kerntechnikern, Physikern und Experten für den Brennstoffkreislauf.

Dadurch verfügt das Start-up über einen seltenen Vorteil: Zugang zu jahrzehntelanger Forschung über fortschrittliche Reaktoren und spezialisierte Versuchsanlagen. Konzepte, die früher lediglich in technischen Berichten existierten, werden nun zu Hardware für Fabriken und Industriegebiete weiterentwickelt.

Stellaria strebt nicht das nächste Grosskraftwerk im EPR-Massstab an. Vorgesehen ist vielmehr ein System, das eher einem leistungsfähigen Industriekessel ähnelt und bei dem Kernphysik anstelle von Erdgas die Wärme erzeugt.

Stellarium: Ein Salzschmelzen-Minireaktor für Prozesswärme

Im Zentrum der Strategie von Stellaria steht das Flaggschiffdesign Stellarium. Es gehört zur sogenannten Generation IV der Reaktoren und arbeitet mit Salzschmelzen sowie schnellen Neutronen. Damit unterscheidet es sich bereits grundlegend vom bestehenden französischen Reaktorpark, der auf Druckwasserreaktoren basiert.

Im Stellarium ist der Brennstoff in heisser Salzschmelze gelöst. Dieses Salz übernimmt zwei Funktionen: Es transportiert den Kernbrennstoff und dient zugleich als Kühlmittel, das im System zirkuliert. Das Herzstück des Reaktors ist somit buchstäblich flüssig.

Diese Entscheidung ist mehr als ungewöhnliche Ingenieurtechnik. Für industrielle Kunden bietet sie drei unmittelbare Vorteile:

• Die Wärme verteilt sich im Reaktorkern gleichmässiger, wodurch lokale Überhitzungen und thermische Belastungen reduziert werden.
• Extrem hohe Innendrücke treten nicht auf; dickwandige Druckbehälter und einige damit verbundene Fehlerbilder entfallen daher.
• Ein klassisches „Kernschmelz“-Szenario erhält eine andere Bedeutung, weil sich der Brennstoff bereits flüssig in einem Salzbad befindet.

Die thermische Leistung von Stellarium liegt bei rund 40 Megawatt. Im Vergleich zu Kernkraftwerken der Gigawattklasse wirkt das gering, entspricht jedoch der Grössenordnung grosser fossil befeuerter Kessel, wie sie häufig in Raffinerien, Chemieanlagen oder Werken der Werkstoffindustrie eingesetzt werden.

Eine solche Einheit könnte innerhalb des Werkszauns einer Fabrik stehen, kontinuierlich laufen und Dampf oder heisses Gas direkt in bestehende Prozesse einspeisen.

Sicherheit durch Physik statt allein durch Software

Stellaria betont ein Sicherheitskonzept, das auf grundlegenden physikalischen Effekten und nicht auf komplexer Elektronik beruht. Vereinfacht gesagt verlangsamt sich die nukleare Reaktion von selbst, wenn der Reaktor zu heiss wird.

Steigt die Temperatur, verändern sich Eigenschaften der Brennstoff-Salz-Mischung und die Geometrie des Kerns so, dass die Reaktionsrate sinkt. Das System neigt damit zur Selbststabilisierung, ohne dass Pumpen oder elektrisch betriebene Regelungssysteme aktiv eingreifen müssen.

Anstatt auf komplexe Notfallsysteme zu setzen, vertraut das Design auf Materialien und Geometrie, durch die sich der Reaktor beim Aufheizen selbst beruhigt.

Die eingesetzten Salze sind ausserdem nicht brennbar und chemisch stabil. Sie erzeugen keinen Hochdruckdampf und senken das Risiko von Explosionen deutlich, die durch Wasser in Kontakt mit sehr heissem Brennstoff entstehen können. Für Behörden, die weiterhin von historischen Nuklearunfällen geprägt sind, haben diese Eigenschaften besonderes Gewicht.

Warum 40 MW für Fabriken relevant sind

Die Zahl von 40 MW thermischer Leistung mag auf den ersten Blick bescheiden erscheinen, trifft für Industrieplaner jedoch einen attraktiven Bereich. Viele grosse Anlagen betreiben bereits Kessel dieser Grössenordnung zur Erzeugung von Prozesswärme.

Würde ein erdgasbefeuerter Kessel dieser Grösse durch ein Kernenergiemodul ersetzt, könnte eine einzelne Anlage während ihrer Lebensdauer Hunderttausende Tonnen CO₂ einsparen und zugleich mit deutlich stabileren Brennstoffkosten arbeiten. Der Platzbedarf der Einheit ist vergleichsweise gering, sodass sie auf Brachflächen oder in Industriegebieten untergebracht werden kann.

Der modulare Ansatz ermöglicht zudem, Komponenten in Fabriken vorzufertigen, zu transportieren und vor Ort zusammenzubauen. Das steht im Gegensatz zur Logik von Megaprojekten bei herkömmlichen Kernkraftwerken, die jahrelange umfangreiche Bauarbeiten und individuell zugeschnittene Konstruktionen erfordern.

Ein Demonstrator für 2030 und ein anspruchsvoller Genehmigungsweg

Stellaria hat ein klares Ziel formuliert: Um 2030 soll ein betriebsfähiger Demonstrator entstehen. Diese erste Anlage ihrer Art soll nicht nur Wärme liefern, sondern den Aufsichtsbehörden zeigen, dass das Design wie angekündigt funktioniert, und Industriekunden verdeutlichen, was sie tatsächlich erwerben.

Am 22. Januar reichte das Unternehmen seinen DAC offiziell bei Frankreichs Atomaufsichtsbehörde ein. Damit tritt Stellaria dem streng regulierten Kreis der Kernkraftwerksbetreiber bei. Für ein Start-up ist das ein enormer Schritt.

Das Dossier muss eine lange Reihe von Themen behandeln: das Verhalten des Reaktorkerns, Einschlussbarrieren, den Umgang mit Unfallszenarien, die Behandlung radioaktiver Abfälle, die Widerstandsfähigkeit gegen externe Ereignisse sowie die Fähigkeit, über Jahrzehnte hinweg sicher zu arbeiten.

Jahrzehntelang wurden solche Anträge in Frankreich nur von staatlich getragenen Grosskonzernen eingereicht. Dass Start-ups nun diese Ebene erreichen, weist auf einen tiefergehenden Wandel der Nuklearkultur hin.

Die Aufsichtsbehörden dürften Einwände erheben, Fragen stellen und Konstruktionsänderungen verlangen. Dieser Prozess kann langwierig sein. Stellaria setzt darauf, dass ein früher Platz in der regulatorischen Warteschlange dem Unternehmen ermöglicht, künftige Standards für Minireaktoren in Europa mitzugestalten.

Frankreichs Minireaktor-Landschaft: Stellaria und Jimmy

Stellaria ist nicht allein. Anfang 2024 reichte ein weiteres Start-up, Jimmy, als erstes Unternehmen in Frankreich einen Genehmigungsantrag für einen kleinen Kernreaktor mit Fokus auf industrielle Wärme ein. Gemeinsam schaffen die beiden Projekte ein entstehendes französisches Ökosystem in diesem Segment.

Sie verfolgen dieselbe zentrale Idee: Nicht die Stromerzeugung im grossen Massstab steht im Mittelpunkt, sondern Hochtemperaturwärme als direkte Dienstleistung für Fabriken. Dieses Segment verursacht einen erheblichen Anteil der Emissionen, erhält jedoch oft weniger Aufmerksamkeit als Autos oder die Beheizung von Haushalten.

Beide Unternehmen müssen ihre Geschäftsmodelle allerdings noch belegen: Wer finanziert die Anlage, wer betreibt sie, wie wird die Wartung organisiert, und wie werden lokale Gemeinschaften eingebunden? Auch Industriekunden müssen Kernenergie gegen Elektrifizierung, Wasserstoff oder fortschrittliche Biokraftstoffe abwägen.

Globaler Wettbewerb bei kleinen modularen Reaktoren

Die französischen Neueinsteiger betreten ein zunehmend dicht besetztes Feld. Weltweit entwickeln mehrere Unternehmen und staatlich unterstützte Akteure SMR-Konzepte für Strom, Wärme oder beides. Viele befinden sich noch in einer frühen Phase, doch die Entwicklung ist eindeutig.

Das Stellarium-Konzept steht in einer breiteren Übersicht von SMR-Projekten:

Akteur / Projekt	Land	Technologie	Typische Leistung	Hauptanwendung	Industrielle Wärme	Status
Stellaria – Stellarium	Frankreich	Salzschmelzen, schnelle Neutronen	≈ 40 MW thermisch	Industrielle Wärme	Kernfokus	Genehmigungsantrag eingereicht, Demonstrator für ~2030 vorgesehen
Terrestrial Energy – IMSR	Kanada / USA	Salzschmelzen, flüssiger Brennstoff	≈ 400 MW thermisch	Strom + Wärme	Nebennutzung	Fortgeschrittene Vorab-Genehmigungsphase
Kairos Power – KP-FHR	USA	Salzschmelzen, fester Brennstoff	≈ 320 MW thermisch	Strom, Wasserstoff	Ja	Demonstrator im Bau
X-energy – Xe-100	USA	Hochtemperatur-Gaskühlung	≈ 200 MW thermisch	Strom	Hochtemperaturwärme	Phase eines Industrieprojekts
Moltex Energy – SSR-W	Vereinigtes Königreich / Kanada	Salzschmelzen, schnelle Neutronen	≈ 300 MW thermisch	Strom	Potenzial	Konzeptentwicklung
Oklo – Aurora	USA	Schnelle Neutronen, Flüssigmetall	< 50 MW elektrisch	Stromversorgung ohne Netzanbindung	Nicht primär	Genehmigungsverfahren läuft
CNNC – HTGR	China	Hochtemperaturgas	> 200 MW thermisch	Strom + Industrie	Ja	Im Demonstrationsbetrieb / Einsatz
Linglong One	China	Druckwasser-SMR	≈ 385 MW thermisch	Strom + Wärme	Ja	Im Bau

Für Frankreich erhöht die Präsenz starker internationaler Wettbewerber den Druck. Stocken heimische Projekte, könnten künftige Industriekunden am Ende SMR importieren, statt auf inländische Technologie zu setzen.

Was dies für die Schwerindustrie bedeuten könnte

Für die Leitung eines Stahlwerks oder Chemieareals wirkt das Angebot auf dem Papier einfach: Der Wärmebedarf bleibt gleich, doch ein Erdgaskessel wird auf derselben Fläche durch ein kompaktes Kernenergiemodul ersetzt.

Drei mögliche Vorteile stechen hervor:

• Enorme Emissionsminderungen, ohne zentrale Prozesse grundlegend umzustellen.
• Planbare Brennstoffkosten über lange Zeiträume und geringere Abhängigkeit von Preisschocks bei Erdgas.
• Hohe Verfügbarkeit, da Kernenergieanlagen kontinuierlich betrieben werden können.

In der Praxis wird es komplizierter sein. Betreiber benötigen Personal mit Ausbildung in nuklearer Sicherheit, Notfallpläne und eine strenge Aufsicht. Einige Anlagen könnten davor zurückschrecken, Kernenergieeinrichtungen auf privaten Industriestandorten zu beherbergen – insbesondere in der Nähe dicht besiedelter Gebiete.

Auch lokale Gemeinschaften und Umweltverbände werden mitentscheiden. Öffentliche Debatten, Planungsverfahren und rechtliche Anfechtungen können Vorhaben jeweils verzögern. Bei Minireaktoren könnte gesellschaftliche Akzeptanz ebenso entscheidend sein wie die Neutronenphysik.

Wichtige Begriffe und zu beobachtende Szenarien

Zwei Begriffe werden im Verlauf dieser Projekte häufig auftauchen. „Kleiner modularer Reaktor“ beschreibt Kernenergieeinheiten, die kleiner als herkömmliche Anlagen sind und für die serielle Fertigung in Fabriken konzipiert werden. „Generation IV“ bezeichnet fortschrittliche Technologien wie Salzschmelzen oder Hochtemperaturgas, die gegenüber heutigen Reaktorparks bessere Sicherheit, Ressourcennutzung und Abfallprofile anstreben.

Ein plausibles Szenario ist, dass frühe Demonstratoren – etwa Stellariums Ziel für 2030 – zunächst auf staatlich unterstützten oder halböffentlichen Standorten errichtet werden: Forschungscampi, grosse Industriegebiete oder militärische Einrichtungen. Sobald sie über Jahre Betriebserfahrung gesammelt haben, könnten private Industriekunden eher bereit sein, langfristige Verträge abzuschliessen.

Ein anderer Weg wären hybride Standorte, an denen ein SMR sowohl eine Fabrik als auch ein lokales Fernwärmenetz versorgt und nahe gelegene Städte mit heissem Wasser beliefert. Die Kombination aus industrieller und städtischer Nachfrage könnte Auslastung und Wirtschaftlichkeit verbessern, würde Kerntechnik aber auch physisch näher an den Alltag bringen.

Die kommenden Jahre werden in Frankreich zeigen, ob dieses kompakte, wärmeorientierte Kernenergiemodell den Sprung von ambitionierten PowerPoint-Folien zu leise surrenden Modulen hinter den Zäunen realer Fabriken schafft.