Flüssiges Salz für neue Reaktorkonzepte

Flüssige Salzschmelzen könnten künftig dazu beitragen, Energie effizienter und klimafreundlicher zu erzeugen. Am FRM II erforscht die Doktorandin Liliana Quintero Zambrano, wie sich das flüssige Salz als Kühl- und Wärmetransportmedium in neuen Reaktorkonzepten einsetzen lässt. Das Projekt wird von TÜV NORD gefördert.

Doktorandin Liliana Quintero Zambrano Doktorandin Liliana Quintero Zambrano vor dem Versuchsstand THOR, der die thermohydraulischen Parameter eines FRM II-Kühlkanals simuliert. © Laura Richter, TUM/FRM II

Doktorandin Liliana Quintero Zambrano vor dem Versuchsstand THOR, der die thermohydraulischen Parameter eines FRM II-Kühlkanals simuliert. © Laura Richter, TUM/FRM II

Weltweit wird an Technologien gearbeitet, um CO₂-Emissionen zu senken. Dazu zählen auch innovative Reaktorkonzepte, z. B. Small Modular Reactors (SMR). Eine Untergruppe sind Molten Salt Reactors, die flüssiges Salz statt Wasser zur Kühlung nutzen. „Salzschmelzen als Wärmeträger bieten großes Potenzial, Energiesysteme effizienter und leistungsfähiger zu gestalten – und das zugleich umweltfreundlich und wirtschaftlich. Durch die Weiterentwicklung dieser Technologien können wir einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung des Energiesektors und damit zum Klimaschutz leisten“, sagt Liliana Quintero Zambrano, die als Doktorandin am TUM Center for Nuclear Safety and Innovation des FRM II an dem von TÜV NORD geförderten Projekt forscht.

Strömungsverhalten der Salze

Ziel des Projekts ist es, verschiedene Salzschmelzen zu charakterisieren und ihre thermo-hydraulischen Eigenschaften über einen breiten Bereich bis zu hohen Wärmeflüssen und Leistungsdichten zu untersuchen. Zudem soll der Wärmeübergang zwischen den Oberflächen und den unterschiedlichen Salzschmelzen analysiert werden. Damit kann die Kühlbarkeit durch Salzschmelzen charakterisiert werden und es können eventuell neue Korrelationen für Sicherheitsanalysen etabliert werden.

TÜV Pressemeldung Kick-off des Forschungsprojekts in Garching: Prof. Dr. Christian Reiter, TUM, Frank Blömeling und Frank Meissner, beide TÜV NORD EnSys, Liliana Quintero Zambrano, am TUM CNSI, und Tilmann Schlitt, wissenschaftlicher Mitarbeiter, TUM (v.l.n.r.). © Laura Richter, TUM/FRM II

Kick-off des Forschungsprojekts in Garching: Prof. Dr. Christian Reiter, TUM, Frank Blömeling und Frank Meissner, beide TÜV NORD EnSys, Liliana Quintero Zambrano, am TUM CNSI, und Tilmann Schlitt, wissenschaftlicher Mitarbeiter, TUM (v.l.n.r.). © Laura Richter, TUM/FRM II

Warum flüssiges Salz?

Flüssiges Salz kann Wärme besonders gut transportieren und bleibt auch bei sehr hohen Temperaturen stabil. „Sowohl für kleine Reaktoren als auch für Solarthermie erweisen sich Salzschmelzen als vielversprechendes Wärmetransportmedium“, erläutert Frank Meissner, Leiter Reaktortechnologien bei TÜV NORD EnSys. „Aufgrund der hohen Schmelztemperaturen und des aggressiven Korrosionsverhaltens bei den eingesetzten Materialien im Temperaturbereich über 550° C ist die Nutzung von Salzschmelzen jedoch sehr anspruchsvoll.“ Ziel des Forschungsvorhabens ist es deshalb, die Eigenschaften der Salzschmelzen und ihr Strömungsverhalten bei den jeweiligen thermischen Bedingungen noch genauer zu untersuchen, damit es für kommerzielle Anwendungen einsetzbar ist.

Messungen mit Simulationen vergleichen

Im Rahmen der Promotion wird ein thermohydraulischer Teststand aufgebaut, an dem die Salzschmelzen unter extremen Bedingungen getestet werden. Die Messdaten werden anschließend mit Computersimulationen verglichen. Ziel ist es, Modelle zu verbessern, die später bei der Auslegung und Sicherheitsbewertung neuer Anlagen helfen. „Damit arbeitet Liliana als Doktorandin in einem Themenfeld von Entwicklung bis hin zum Betrieb und lernt die damit verbundenen Fragestellungen unmittelbar kennen“, sagt Prof. Dr. Christian Reiter vom Lehrstuhl für Angewandte Kerntechnologien der TUM, der die Arbeit betreut.

Enge Kooperation mit TÜV NORD

„Wir freuen uns sehr, mit der finanziellen Unterstützung des Forschungsvorhabens durch die TÜV Nord-Vereine die Anwendung neuartiger Technologien für eine klimaneutrale Energiezukunft voranzutreiben“, sagt Thomas Rappuhn, Vorsitzender des Aufsichtsrats der TÜV NORD AG.

„Mit der gemeinsamen Forschungsarbeit erweitern wir unsere Expertise in einem neuen, vielversprechenden Ansatz für Wärmeübertragungsmaterialien und Reaktoren und den damit verbundenen Systemanforderungen. Das heißt, wir lernen nicht nur die Eigenschaften der sehr heißen Salzschmelzen besser kennen, sondern auch die Parameter, die man zur Prüfung auftretender Phänomene benötigt“, betont Frank Meissner.