TÜV NORD fördert Forschung zum Einsatz von flüssigem Salz in Kernreaktoren
Forschungsarbeit an der Technischen Universität München (TUM) zur Untersuchung von neuartigen Salzschmelzen für Anwendungen mit hohen Wärmeflüssen
Forschungsarbeit an der Technischen Universität München (TUM) zur Untersuchung von neuartigen Salzschmelzen für Anwendungen mit hohen Wärmeflüssen
Weltweit sollen CO2-Emissionen reduziert werden – dazu werden auch neuartige Kerntechnologien einen Beitrag leisten, wie etwa Small Modular Reactors (SMR), deren Einsatz bereits in vielen Ländern weltweit geplant ist. Eine besonders interessante Untergruppe der SMR sind Molten Salt Reactors, die als Kühlmittel flüssiges Salz verwenden. Um das Strömungsverhalten dieser Salzschmelzen genauer zu untersuchen, fördert TÜV NORD nun ein Forschungsvorhaben an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der TUM.
„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 (CNSI) des FRM II an dem von TÜV NORD geförderten Projekt forscht.
Das neu aufgesetzte Forschungsprojekt „Untersuchung von neuartigen Salzschmelzen für Anwendungen mit hohen Wärmeflüssen“ wird durch die TÜV Nord-Vereine und die RWTÜV-Stiftung finanziert, die Anteilseigner der TÜV NORD GROUP sind. Die fachliche Begleitung leistet TÜV NORD EnSys als kerntechnische Gutachterorganisation.
„Wir freuen uns sehr, mit der finanziellen Unterstützung des Forschungsvorhabens durch die TÜV Nord-Vereine und die RWTÜV-Stiftung die Anwendung neuartiger Technologien für eine klimaneutrale Energiezukunft voranzutreiben“, sagt Thomas Rappuhn, Vorsitzender des Aufsichtsrats der TÜV NORD AG.
„Sowohl für kleine Reaktoren als auch für Solarthermie erweisen sich Salzschmelzen als vielversprechendes Wärmetransportmedium. In einigen Reaktorentwicklungen kommen sie sogar als kernbrennstofftragendes Medium zum Einsatz“, 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.“ In einigen nuklearen Versuchsanlagen und Solarthermie-Kraftwerken werden sie heute bereits eingesetzt. „Für künftige kommerzielle Anwendungen in Molten Salt Reactors sowie für die weitere Forschung müssen wir die Eigenschaften der Salzschmelzen und ihr Strömungsverhalten bei den jeweiligen thermischen Bedingungen noch genauer kennen“, ergänzt der Experte.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, unterschiedliche Salzschmelzen zu charakterisieren und ihre thermo-hydraulischen Eigenschaften über einen breiten Bereich bis zu hohen Wärmeflüssen (> 400 W/cm²) und Leistungsdichten (> 5 MW/l) zu untersuchen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch der Wärmeübergang zwischen den Oberflächen und den unterschiedlichen Salzschmelzen, der näher studiert werden soll. Damit kann die Kühlbarkeit durch Salzschmelzen charakterisiert werden und es können eventuell neue Korrelationen für Sicherheitsanalysen etabliert werden.
Für die Untersuchungen wird im Rahmen der Promotion ein thermohydraulischer Teststand für die Verwendung von Salzschmelzen aufgebaut und das Particle Image Velocimetry (PIV) System für die Analyse genutzt werden. Die gewonnenen experimentellen Daten sollen mit den Berechnungsergebnissen von Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes, wie OpenFOAM, ANSYS CFX oder ANSYS Fluent, simuliert werden, um die Validierung von CFD-Programmen für deren Anwendung bei hohen Wärmeflüssen voranzubringen.
Die TUM und TÜV NORD planen einen engen Austausch unter den Projektpartnern:
„In der Zusammenarbeit gewinnen wir einen tiefen Einblick in das Know-how einer technischen Überwachungsorganisation bei der Validierung und Verifizierung von Materialien und Computercodes für neue Anwendungen. Damit arbeitet Liliana Quintero Zambrano 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, welcher die Arbeit betreut.
„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.
Die Laufzeit der Promotionsförderung durch die TÜV NORD-Vereine und die RWTÜV-Stiftung beträgt drei Jahre; das Projekt startete im Oktober 2025.
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