mini|370px|Logo des Generation IV International Forum
Das Generation IV International Forum (GIF) ist ein Forschungsverbund, der sich der gemeinsamen Erforschung und Entwicklung zukünftiger Kernkraftwerke verschrieben hat. Diese Kraftwerke der sogenannten IV. Generation sollen hohe Anforderungen an Sicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit erfüllen. Ursprünglich hatte sich das GIF zum Ziel gesetzt, die ersten Prototypen um 2020 in Betrieb zu nehmen. Dieser Termin wurde auf 2030 verschoben. Die ersten kommerziellen Anlagen werden nicht vor 2040 bis 2050 erwartet (Stand 2014).
Generationen mini|370px|Generationen der Kernenergie: Die Inbetriebnahme von Reaktoren verschiedener Generationen
Leistungsreaktoren werden, wie in der Grafik dargestellt, in Generationen eingeteilt. Zur Generation I gehören die frühen Prototypreaktoren wie UNGG und Magnox. Die Generation II umfasst die kommerziellen Leistungsreaktoren PWR, BWR, AGR, N4 und CANDU. Fortgeschrittene Leichtwasserreaktoren werden als Generation III zusammengefasst. Dazu gehören AP 600 (ein Druckwasserreaktortyp von Westinghouse), System 80+ (ein Druckwasserreaktortyp von Combustion Engineering) und CANDU 6. Bekannter ist die Klasse der Reaktoren mit evolutionärem Design der Generation III+. Ihre Vertreter sind EPR, ABWR, AP1000,Englischsprachige Wikipedia: AP1000 Mitsubishi APWR,Englischsprachige Wikipedia: Mitsubishi APWR und ESBWR.Englischsprachige Wikipedia: Economic Simplified Boiling Water Reactor Derzeit werden Reaktoren der Generation IV entwickelt, die im Folgenden beschrieben werden.
Geschichte
Die Entwicklung von Leistungsreaktoren der Generation IV begann im Januar 2000, als das Amt für Kernenergie, Wissenschaft und Technologie des US-Energieministeriums (englisch: United States Department of Energy) eine Gruppe hochrangiger Regierungsvertreter aus zunächst neun Ländern einberief, um unter dem Namen Generation IV International Forum Gespräche über die internationale Zusammenarbeit bei der Entwicklung neuer Kernenergiesysteme aufzunehmen.
Diese Gruppe, die später „GIF Policy Group“ genannt wurde, beschloss außerdem, eine Gruppe hochrangiger technischer Experten zu bilden, um Bereiche von gemeinsamem Interesse zu erkunden und Empfehlungen zu Forschungs- und Entwicklungsbereichen sowie zu Prozessen abzugeben, mit denen die Zusammenarbeit durchgeführt und bewertet werden könnte. Diese hochrangige technische Expertengruppe traf sich erstmals im April 2000.Origins of the GIF
Auf einen Aufruf, Reaktortypen vorzuschlagen, wurden mehr als 100 Reaktortypen eingereicht. Davon wurden sechs Typen als erfolgversprechend ausgewählt, die zum Teil schon erprobt waren. Der mit Abstand am besten erprobte Typ war der schnelle natriumgekühlte Reaktor, der von Frankreich, Russland und China auf Basis eines Konzepts aus den 1950er Jahren entwickelt wurde, das auf eine Pionierarbeit aus den Vereinigten Staaten aufbaut.
Das Gründungsdokument des Generation IV International Forum ist in der GIF-Charta niedergelegt, die erstmals im Juli 2001 von Argentinien Brasilien, Kanada, Frankreich, Japan, Republik Korea, Südafrika, das Vereinigte Königreich und die Vereinigten Staaten unterzeichnet wurde.GIF Charter November 2006 Die Charta wurde 2002 auch von der Schweiz, 2003 von Euratom, 2006 von der Volksrepublik China und der Russischen Föderation unterzeichnet.
Im Juli 2011 einigten sich die dreizehn Mitglieder auf die Unterzeichnung einer Erweiterung der Charta und signalisierten damit den Wunsch, weiterhin bei der Forschung und Entwicklung der Generation IV zusammenzuarbeiten. Am 22. Juni 2016 unterzeichnete Australien die Charta und wurde damit das 14. Mitglied.
Mitglieder Seit 2001 (Gründungsmitglieder)GIF Membership
seit 2002
seit 2003
seit 2006
seit 2016
nichtaktive Mitglieder und sind nichtaktive Mitglieder, das heißt, sie sind (noch) nicht in die aktive Entwicklung eingebunden, profitieren aber von den Forschungs- und Entwicklungsergebnissen.
Organisation
Das Generation IV International Forum ist ein Rahmen für die internationale Zusammenarbeit in der Forschung und Entwicklung von Kernenergiesystemen. Mitglieder können Staaten, aber auch Organisationen wie die Europäische Atomgemeinschaft (Euratom) sein. Die OECD Nuclear Energy Agency (NEA) mit Sitz in Paris unterstützt seit 2005 die Aktivitäten des Generation IV International Forum. Sie stellt technische Sekretariatsdienste zur Verfügung, archiviert Aufzeichnungen und Dokumente und pflegt die internen und externen Websites des Forums. Das technische Sekretariat der NEA besteht aus mehr als 12 Voll- und Teilzeitkräften, während die inhaltliche Arbeit von den GIF-Gremien und den zuständigen Institutionen der Mitglieder geleistet wird.GIF Technical Secretariat
Die organisatorische Struktur der GIF-Aktivitäten ist in der GIF-Charta festgelegt. Die GIF-Governance-Struktur und die Beziehungen zwischen den verschiedenen GIF-Gremien sind auf der Website GIF Governance Structure dargestellt.GIF Governance Structure Die GIF wird von der Policy Group (PG) geleitet, die für die Koordinierung der GIF-Kooperationsbemühungen, die Festlegung von Leitlinien für die GIF-Aktivitäten und die Interaktion mit Dritten zuständig ist. Seit 2016 wird die GIF Policy Group von einem Vorsitzenden und drei stellvertretenden Vorsitzenden geleitet.
Die Expertengruppe (EG), die der PG unterstellt ist, hat die Aufgabe, den Fortschritt der Kooperationsprojekte zu überprüfen und der PG Empfehlungen für notwendige Maßnahmen zu geben. Die Expertengruppe berät die PG hinsichtlich F&E-Strategie, -Prioritäten und -Methodik sowie bei der Bewertung von Forschungsplänen, die im Rahmen von Systemvereinbarungen (System Agreements, SA) erstellt werden. Die F&E-Aktivitäten für jedes GIF-System werden durch eine Reihe von Projektvereinbarungen (Project Agreements, PA) umgesetzt, die von interessierten Einrichtungen unterzeichnet werden. Ein Project Management Board (PMB) wird von den Unterzeichnern jedes PA eingerichtet, um die Projektaktivitäten zu planen und zu überwachen. Das Hauptziel besteht darin, die Durchführbarkeit und Leistung des entsprechenden Systems der Generation IV in dem betreffenden technischen Bereich zu bewerten.
Finanzen Sofern nicht anders vereinbart, werden alle Kosten, die sich aus den in dieser Charta vorgesehenen Aktivitäten ergeben, von demjenigen getragen, der sie verursacht. Die Beteiligung der einzelnen Mitglieder an den Aktivitäten der GIF hängt von der Verfügbarkeit finanzieller, personeller und sonstiger Ressourcen ab.
Welche Kosten auf ein Mitglied zukommen, wurde vom GIF in den Richtlinien zur Kostenschätzung für Kernenergiesysteme der Generation IV aus dem Jahr 2007 recht detailliert abgeschätzt. Eine Aktualisierung der Kostenschätzung von 2007 ist im Jahresbericht 2022 angekündigt worden, insbesondere im Hinblick auf Bewertung kleiner Reaktoren.GIF Annual Report 2022, S. 48 f.
Open Research Die von der GIF geförderte Forschung und Entwicklung soll nach Möglichkeit offen und nicht proprietär sein (Open Research). Der Schutz und die Zuweisung von geistigem Eigentum sowie der Umgang mit geschützten Informationen im Rahmen einer F&E-Zusammenarbeit unter der Schirmherrschaft der GIF werden durch Durchführungsvereinbarungen zwischen den teilnehmenden Mitgliedern geregelt.
Jahresberichte Seit 2007 veröffentlicht die GIF Jahresberichte (). Ein Jahresbericht fasst die Ziele und Erfolge der GIF im jeweiligen Jahr zusammen, beschreibt Neuerungen in Mitgliedschaft und Organisation und gibt einen Überblick über die Zusammenarbeit mit anderen internationalen Anstrengungen zur Entwicklung der Kernenergie. Der Schwerpunkt liegt auf den technischen Fortschritten im Berichtsjahr.GIF Annual Reports
Schlüsselthemen der GIF für die Jahre 2022 bis 2024 waren bzw. sind u. a. die Bekämpfung des Klimawandels, flexibler Betrieb, nichtelektrische Anwendungen, verbesserte Wirtschaftlichkeit und die stärkere Einbindung des Privatsektors und der Industrie.
Entwicklungsziele
Die Kernkraftwerke der Generation III und III+ (z. B. der Europäische Druckwasserreaktor) sind wie die meisten Vorgänger der Generation II Leichtwasserreaktoren, die angereichertes Uran als Brennstoff verwenden. Wenn die Brennstäbe wieder aus dem Reaktor entfernt werden, enthalten sie überwiegend nicht mehr spaltbares Uran und Plutonium. Beides sind Stoffe, die im Prinzip zu neuen Brennelementen verarbeitet werden könnten. Die restlichen 3 % sind Spaltprodukte und höhere Actinoide, die den eigentlichen radioaktiven Abfall ausmachen. Es würde also ein Großteil des möglichen Brennstoffes in die Endlagerung überführt, auch langlebige Transurane. Im Falle der direkten Endlagerung der abgebrannten Brennelemente fallen pro Jahr bei einem großen Kernkraftwerk etwa 50 m³ hochradioaktive Abfälle an. Im Falle der Wiederaufarbeitung sind es noch etwa 7 m³ pro Jahr, wobei durch den Betrieb der Wiederaufarbeitungsanlage das Volumen des schwach- und mittelaktiven Abfalls auf das Fünffache steigt.
Wenn Erdöl und andere fossile Brennstoffe zur Neige gehen, wird die Bereitstellung von verhältnismäßig mehr Energie aus anderen Quellen notwendig sein. Je nach Anwendungsfall können dies unterschiedliche Quellen sein. Kernkraftwerke der IV. Generation könnten auch zur Wasserstoffherstellung (Schwefelsäure-Iod-Verfahren) und zur Produktion von XtL-Kraftstoffen (Kohleverflüssigung+Fischer-Tropsch-Synthese) benötigte Prozesswärme liefern, eine Fernwärmenutzung ist ebenfalls denkbar.
mini|370px|Folgende Grafik zeigt den Transmutationsablauf zwischen 238Pu und 244Cm in einem klassischen Leichtwasserreaktor (LWR). Aktuelle Kernspaltungsreaktoren verwenden Thermische Neutronen und können daher die Nuklide der Actinoide mit einer geraden Neutronenanzahl nicht spalten. Diese häufen sich während dem Reaktorbetrieb im Brennstoff an und werden dann nach der Wiederaufbereitung der Brennstäbe oder deren Zerlegung als Atommüll endgelagert. Reaktoren mit Schnellen Neutronen, wie sie bei vielen Generation IV Reaktoreentwicklungen geplant sind, können diese Actinoide spalten, womit der Brennstoffkreislauf geschlossen wäre.
Ziele für die Entwicklung der Kernkraftwerke der IV. Generation sind deshalb:
Nachhaltigkeit
möglichst effektive Nutzung der zur Verfügung stehenden Kernbrennstoffe mögliche Nutzung alternativer Brennstoffe wie Thorium und Plutonium aus Kernwaffen Minimierung und weitestgehende Selbstverwertung von radioaktiven Abfällen möglichst nur Abfälle mit geringer Halbwertszeit: Beim Einsatz der fortgeschrittensten Brennstoffzyklen und intensivem Brennstoffrecycling (mit noch zu entwickelnden Methoden) könnte es möglich sein, die Endlagerungszeit der Abfälle um mehrere Größenordnungen zu reduzierenGIF Roadmap 2002
Wirtschaftlichkeit
geringere Lebenszykluskosten gegenüber anderen Energieformen mit anderen Energieformen vergleichbares finanzielles und technisches Risiko wirtschaftliche Kohleveredlung und Wasserstoffherstellung Fernwärmenutzung
Sicherheit
hohe Sicherheitsstandards sehr geringe Wahrscheinlichkeit von schweren Reaktorschäden Eliminierung des Bedarfs an externer Notfallversorgung möglichst unattraktive Quelle für Diebstahl oder Abzweigung von spaltbarem Material Uran-Anreicherung sollte für den Betrieb nicht nötig sein möglichst sicher gegenüber terroristischen Anschlägen Containment mit Inertgas gefüllt, um Brände auszuschließen
Reaktortypen Im Dezember 2002 wurde die sogenannte Technology Roadmap veröffentlicht, die sechs Reaktortypen beschreibt, die als geeignet angesehen werden, die Entwicklungsziele zu erreichen beziehungsweise diesen zu entsprechen. Zum Ziel der Nachhaltigkeit sind die meisten Reaktortypen Brutreaktoren. Jeder Reaktortyp wird hinsichtlich seiner Eigenschaften bewertet, sowie Forschungsschwerpunkte genannt, die bewältigt werden müssen, um die Einsatzreife des jeweiligen Typs zu erreichen.