SMR von Rolls-Royce benötigt 10,000 Mal weniger Land als Windenergie, beweist „Eisernes Gesetz der Leistungsdichte“

Letzten Monat gab Rolls-Royce bekannt, dass es erwartet, bis 2024 die behördliche Genehmigung der britischen Regierung für seinen kleinen modularen 470-Megawatt-Reaktor zu erhalten und dass es bis 2029 mit der Stromerzeugung im britischen Stromnetz beginnen wird.

Wird das passieren? Wir werden sehen. Viele Nuklearprojekte und Startups haben ihre prognostizierten Inbetriebnahmedaten überschritten. Aber die Ankündigung von Rolls-Royce ist aus zwei Gründen wichtig. Erstens verleiht es der Vorstellung mehr Glaubwürdigkeit, dass tatsächlich eine globale nukleare Renaissance im Gange ist. Zweitens zeigt das neue 470-Megawatt-Reaktordesign von Rolls-Royce, dass die Kernenergie aufgrund ihrer unübertroffenen Leistungsdichte ist Nur so können wir Strom in großem Maßstab produzieren und gleichzeitig die natürliche Umwelt bewahren und Treibhausgasemissionen reduzieren.

Wieso den? Die Leistungsdichte der Kernkraftwerke, die Rolls-Royce zu bauen plant, wird 10,000-mal weniger Land benötigen als ein Windprojekt und etwa 1,000-mal weniger Land als ein Solarprojekt. Aufgrund ihrer erstaunlich hohen Leistungsdichte werden die neuen Kernkraftwerke weitaus weniger Ressourcen wie Land, Stahl, Neodym, Kupfer und Beton benötigen, was beweist, was ich das eiserne Gesetz der Leistungsdichte genannt habe. Mehr dazu gleich.

Wenn Sie Physik in der High School übersprungen haben (ich tat es), verstehen Sie vielleicht nicht, warum Leistungsdichte wichtig ist. Kein Problem. Hier ist eine kurze Einführung. Energie (gemessen in Joule oder Btu) ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Leistung (gemessen in Watt oder PS) ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit erledigt wird. Energie interessiert uns nicht. Was wir wollen, ist Macht. Uns interessiert nicht unbedingt, welche Energieform (Öl, Sonne, Kohle oder Gas) verwendet wird, um unser Auto zu bewegen, unseren Fernseher zu betreiben oder unser Filet Mignon zu kochen, wir kümmern uns nur darum, dass wir die Energie haben, die wir brauchen unsere Arbeit getan. Und die Folge davon gilt auch: Je mehr Leistung wir haben (Rechenleistung, Heizleistung, Antriebsleistung, Kochleistung), desto mehr Arbeit können wir leisten.

Die Leistungsdichte ist das Maß für den Energiefluss, der aus einer bestimmten Fläche, einem bestimmten Volumen oder einer bestimmten Masse gewonnen werden kann. Das heißt, wie viel Watt wir pro Quadratmeter, Liter oder Kilogramm bekommen können. Und das führt zurück zum Eisernen Gesetz der Leistungsdichte. Ich habe mir das Konzept des Eisernen Gesetzes vom Autor und Professor der University of Colorado ausgeliehen Roger Pielke Jr., der das Eiserne Gesetz des Klimas geprägt hat, der besagt, dass sich Politiker und Entscheidungsträger immer für Wirtschaftswachstum entscheiden werden, wenn sie gezwungen sind, sich zwischen Wirtschaftswachstum und Klimaschutz zu entscheiden.

Das Eiserne Gesetz der Machtdichte ist ein Cousin von Pielkes Edikt. Es heißt: Je geringer die Leistungsdichte, desto höher die Ressourcenintensität. Wenn Sie sich auf eine Quelle mit geringer Leistungsdichte wie Mais-Ethanol (0.1 Watt pro Quadratmeter) oder Windenergie (1 Watt pro Quadratmeter) verlassen, müssen Sie diesem dürftigen Energiefluss mit großen Einsätzen anderer Ressourcen entgegenwirken. Für Ethanol bedeutet dies, viel Land, Dünger und Dieselkraftstoff zu verwenden, um genügend Mais anzubauen, um bedeutende Mengen an flüssigem Kraftstoff zu produzieren. Letztes Jahr berichtete Dave Merrill, ein erstklassiger Reporter und Datenanalyst bei Bloomberg, dass „Zwei Drittel des gesamten Energieverbrauchs Amerikas widmet sich … Mais, der für Ethanol angebaut wird. Es erfordert mehr Land als alle anderen Energiequellen zusammen.“ Merrill stellte fest, dass Biokraftstoffe (hauptsächlich Mais-Ethanol) etwa 80,000 Quadratmeilen verbrauchen, eine Fläche, die größer ist als der Bundesstaat Nebraska.

Windenergie hat das gleiche Problem wie Ethanol. Um nennenswerte Mengen an Strom zu erzeugen, benötigen Windprojekte riesige Landstriche und erstaunliche Mengen an Stahl, Beton, Kupfer und seltenen Erden. Diese Landnutzungsanforderungen sind einer der Hauptgründe, warum die Windenergie im ganzen Land auf so heftigen Widerstand stößt. Wie ich in der zeige Renewable Rejection Database haben rund 331 Gemeinden im ganzen Land seit 2013 Windprojekte abgelehnt oder eingeschränkt. Die letzte Ablehnung ereignete sich am 5. Mai in Crawford County, Ohio, wo ein von Apex Clean Energy vorgeschlagenes Windprojekt abgelehnt wurde, eine Firma, die heftigen Widerstand gegen ihre Projekte erlebt hatte, einschließlich der jetzt Toten Lighthouse Wind-Projekt in New York, das etwa 20,000 Acres umfassen sollte.

Wie ich in meinem neuesten Buch erkläre, Eine Frage der Macht: Elektrizität und der Reichtum der Nationen, und in der obigen Grafik bedeutet die geringe Leistungsdichte der Windenergie, dass zur Deckung des bestehenden amerikanischen Strombedarfs mit Windkraftanlagen eine Landfläche doppelt so groß wie Kalifornien erforderlich wäre. Das ist eine absurde Menge an Territorium, zumal es fast unmöglich ist, Windenergie in Kalifornien zu bauen.

Was ist mit Solarenergie? Es hat eine höhere Leistungsdichte als Ethanol oder Wind – etwa 10 Watt pro Quadratmeter – aber auch es erfordert viele Materialeinsätze, einschließlich Polysilizium, Stahl und Kupfer. Es erfordert auch viel Land, weshalb Zahlreiche Gemeinden im ganzen Land lehnen Big Solar ab.

Nun zurück zu Rolls-Royce. Der 470-Megawatt-SMR des Unternehmens wird etwa 2.3 Milliarden US-Dollar kosten und einen Standort von etwa 10 Morgen erfordern. Damit wird das neue Kraftwerk eine Leistungsdichte von über 10,000 Watt pro Quadratmeter haben. Hier ist die Rechnung: 470,000,000 Watt geteilt durch 40,489 Quadratmeter = 11,608 Watt pro Quadratmeter. Wenn wir einen Kapazitätsfaktor von 90 % annehmen (was bedeutet, dass die Anlage 90 % der Zeit mit voller Leistung arbeitet), ergibt das 10,447 Watt pro Quadratmeter. Um es klar zu sagen, das ist eine sehr hohe Zahl. Wie ich in der zweiten Grafik direkt oben zeige, betrug die Leistungsdichte des kürzlich geschlossenen Indian Point Energy Center in Buchanan etwa 2,000 Watt pro Quadratmeter.

Rod Adams, ein führender Kernenergieanalyst und Herausgeber von Atomare Einblicke und Moderator des Atomic Show-Podcasts, ist optimistisch in Bezug auf den Rolls-Royce-Reaktor. Er sagte, das Unternehmen habe das Geld und die staatliche Unterstützung, die es ihm ermöglichen sollten, erfolgreich zu sein und den neuen SMR zu bauen. „Es ist ein technisch anspruchsvolles Unternehmen mit jahrzehntelanger Erfahrung im Bau komplexer Maschinen, darunter Flugzeugtriebwerke und Kernkraftwerke für U-Boote“, sagte er mir am Donnerstag.

Ein weiteres positives Zeichen: der britische Premierminister Boris Johnson umarmt die Kernkraft. Anfang dieses Monats, als er das englische Kernkraftwerk Hartlepool besuchte, sagte er, die Kernkraft sei „absolut entscheidend, um uns von fossilen Brennstoffen, einschließlich russischem Öl und Gas, zu entwöhnen“. Er sagte auch, dass Großbritannien viele Reaktoren bauen werde. „Statt alle zehn Jahre ein neues zu bauen, werden wir jedes Jahr eines bauen, das Häuser mit sauberer, sicherer und zuverlässiger Energie versorgt.“

Sicher, Boris sagt eine Menge Dinge. Und ja, wir haben schon früher von der Erholung im globalen Nuklearsektor gehört. Aber diesmal kann es tatsächlich anders sein. Mehrere Faktoren, darunter steigende globale Preise für Erdgas und Kohle (die Newcastle-Benchmark liegt jetzt bei etwa 400 US-Dollar pro Tonne) und die enorme Unsicherheit aufgrund von Putins Invasion in der Ukraine geben dem Kernenergiesektor einen Schub an Hoffnung und Kapital. Aber denken Sie daran, es ist nicht nur Rolls-Royce. Anfang dieses Monats NuScale Power (Ticker: SMR) ging an die New Yorker Börse. Frankreich hat angekündigt, seine Atomindustrie anzukurbeln.

Diese Entwicklungen sind gute Nachrichten für die natürliche Umwelt, für unsere Vögel, Fledermäuse, Insekten und, ja, für die Menschen. Anstelle der landschaftszerstörenden Energieausbreitung, die mit Wind- und Solarprojekten einhergeht, verspricht das neue Atomzeitalter Reaktoren mit extrem hoher Leistungsdichte, die die Natur schonen und mehr kohlenstofffreien Saft in unsere Stromnetze bringen. Rolls Royce hat nicht nur eine Technologie, die besser ist als Wind oder Sonne. Es hat eine Technologie, die 10,000 Mal besser ist.