Pionier der Hochtemperaturreaktoren Rudolf Schulten: Der Visionär hinter dem Kugelhaufenreaktor

Anbieter zum Thema

dataTec AG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Rudolf Schulten prägte die deutsche Reaktorforschung wie kaum ein anderer. Der deutsche Physiker wollte die Kernenergie sicherer machen – und ihre Wärme nutzen, um fossile Brennstoffe überflüssig zu machen. Wir beleuchten sein Leben.

Inzwischen ist die Frage, ob man auf fossile Energien möglichst komplett verzichten sollte oder nicht, zu einer Art Kulturkampf geworden. Und nicht selten sind die Verfechter der fossilen Energien auch gleichzeitig diejenigen, die sich eine Umkehr vom deutschen Atomenergie-Aus wünschen. Es war ein deutscher Atomenergie-Pionier, der im Gebiet der Hochtemperaturreaktoren als Koryphäe galt. Schon in den 1970er-Jahren propagierte er seine Überzeugung , die Hitze bei der Kernreaktion nicht nur für eine direkte Stromerzeugung zu nutzen, sondern auch, um auf die Verbrennung klassischer fossiler Ressourcen weitestgehend zu verzichten.

Die Rede ist von Rudolf Schulten, auf dessen Leben wir unser Augenmerk lenken. Vor allem eine bestimmte Bauweise bei den Kernreaktoren war für ihn wie eine Art Ziehkind. Ihm war es obendrein ein Anliegen, Atomkraftwerke durch eine sichere Bauweise zu einer Selbstverständlichkeit zu machen. Bis zum Jahr 2011, in dem es einen durch einen Tsunami verursachten schweren Störfall im Atomreaktor nahe der japanischen Stadt Fukushima gab, waren Atomkraftwerke selbst ohne Schultens Ideen ja beinahe selbstverständlich. Doch bevor es um die Ideen von Rudolf Schulten geht, wollen wir uns seiner Person widmen.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 8 Bildern

Leben, Studium und erste Arbeiten

Über die Kindheit von Rudolf Schulten ist wenig bekannt – möglicherweise gingen Informationen in den Wirren des Zweiten Weltkriegs unter. Denn geboren wurde er am 16. August 1923 als Sohn des Textilfabrikanten Franz Schulten in Oeding, direkt an der Grenze zu den Niederlanden, etwa zehn Kilometer nordöstlich von Bocholt. Zu Beginn des Zweiten Weltkriegs, bei dem Rudolf Schulten auch verwundet wurde, war er 16 Jahre alt. Nach Ende des Krieges studierte er Physik und Mathematik an der Universität Bonn und machte 1949 ein Diplom in Mathematik. Promoviert hat er 1952 an der Universität Göttingen, unter anderem mit dem Physiker Richard Becker sowie Werner Heisenberg, Pionier der Quantenmechanik, als Betreuer. Schulten erlangte dabei den Dr. rer. nat.

Die folgenden vier Jahre blieb er als wissenschaftlicher Assistent von Becker und Heisenberg am Max-Planck-Institut für Physik in Göttingen. Nachdem Mitte der 1950er-Jahre auch Deutschland sich offiziell mit Atomreaktor-Technik befassen durfte, baute er in Mannheim bei der Firma BBC (Brown, Boveri & Cie) ab dem Jahr 1956 die Abteilung für Reaktorentwicklung auf. Dabei war er von 1956 bis 1961 der technische Geschäftsführer der Brown Boveri/Krupp Reaktorbau GmbH mit Sitz in Mannheim.

Tätigkeiten an Hochschulen und Beginn der Kernreaktorforschung

Auch was die akademische Lehre anging, war Rudolf Schulten sehr engagiert. Parallel zu seiner Position bei BBC und Krupp arbeitete er ab 1957 als Lehrbeauftragter an der Technischen Hochschule Karlsruhe, wo er ab 1961 zudem eine Honorarprofessur für Reaktorphysik erhielt. Von 1964 bis 1989 war er der Ordinarius an der RWTH (Rheinisch Westfälische Technische Hochschule) Aachen für den Bereich der Reaktortechnik. Ebenfalls an der RWTH Aachen war er 1963 und 1964 Dekan für die Fakultät des Maschinenwesens sowie 1983 bis 1985 Prorektor für Forschung und Technik. Während seiner gesamten 25 Jahre an der RWTH Aachen bekleidete Rudolf Schulten zudem die Position des Direktors an der Kernforschungsanlage in Jülich, wo er insgesamt in acht Jahren auch der Vorsitzende des Technischen Rates war.

Schon vor der Entwicklung erster Kernreaktoren hatte sich Rudolf Schulten mit der Technik beschäftigt und im Jahr 1954 inoffizielle Studienreisen ins Ausland unternommen. Im Mai 1955 wurde das Kernforschungsgebiet durch die Pariser Verträge, die den Besetzungszustand von Deutschland beendeten, offiziell für Deutschland wieder freigegeben. Bei einer Konferenz in Genf im August 1955 zur friedlichen Nutzung der Kernenergie wurde den erstmals eingeladenen deutschen Forschern deutlich, wie weit Deutschland bei dem Thema zurückliegt. Dies war dann auch der Anlass, warum Deutschland und allen voran Rudolf Schulten seine Bemühungen zur Kernenergie stark intensivierten.

Kugelhaufenreaktoren

Ein besonderer Verdienst von Rudolf Schulten in technischer Hinsicht war die Entwicklung des sogenannten Kugelhaufenreaktors in den Jahren 1958 bis 1962. Die Grundidee eines Kugelhaufenreaktors stammte vom US-Physiker Farrington Daniels aus den 1940er-Jahren. Rudolf Schulten entwickelte darauf basierend einen Hochtemperaturreaktor mit einem angegebenen Wirkungsgrad von 40 bis 50 Prozent, bei dem sich die kugelförmigen, mit Graphit ummantelten Brennelemente in einem hitzebeständigen, mit Keramik verkleideten Schacht befanden. Zur Kühlung floss gasförmiges Helium um die Kugeln herum, welches sich auf 950 Grad erhitzte. Bei einer Unterbrechung der Kühlung schaltete sich der Reaktor selbstständig ab, die Keramikbauteile des Reaktors waren zudem eine Absicherung gegen eine Kernschmelze.

Im Jahr 1967 ging in Jülich erstmals ein Versuchsreaktor dieses Typs an das Stromnetz und lieferte 15 Megawatt als Leistung. In Auftrag gegeben wurde der Reaktor von einer durch die Stadtwerke Düsseldorf im Jahr 1959 gegründeten Gesellschaft, bei der 15 weitere regionale Stromversorger beteiligt waren. Der Reaktor mit dem Namen AVR (Arbeitsgemeinschaft Versuchs-Reaktor) wurde Ende 1988 außer Betrieb genommen und bis dahin auch für wissenschaftliche Experimente von Rudolf Schulten genutzt worden.

Gescheiteres Großprojekt und neue Ideen

1962 startete Rudolf Schulten ein weiteres Großprojekt mit einem Kugelhaufenreaktor, und zwar in der Nähe von Hamm. Der Prototypreaktor mit dem Namen THTR-300 war planmäßig in der Lage, 308 Megawatt an Leistung zu erzeugen. Beteiligt waren dabei unter anderem die Stadt- und Elektrizitätswerke aus Aachen, Bremen, Hattingen und Hagen. In Betrieb genommen wurde der THTR-300 aber erst im Jahr 1985, und schon im Jahr 1989 wurde er wieder stillgelegt. Der Kühlturm wurde 1991 gesprengt.

Somit erfuhr der Reaktor ein ähnliches Schicksal wie das Kernkraftwerk SNR-300 bei Kalkar (Niederrhein), auch als „Schneller Brüter“ bekannt, das 1985 zwar baulich fertiggestellt wurde, aber 1991 scheiterte, ohne jemals am Netz gewesen zu sein. Der Schnelle Brüter war allerdings kein Kugelhaufenreaktor und hatte nichts mit Rudolf Schulten zu tun. Der wiederum erforschte weiterhin die Vorteile von Kugelhaufenreaktoren, und propagierte die Idee außerdem mit Ideen zu einer weiteren Nutzung der im Reaktor entstehenden Hitze.

Zusatznutzen durch nukleare Prozesswärme

Durch die hohe Temperatur des Heliums von über 900 Grad, die im Kugelhaufenreaktor entstand, kam Rudolf Schulten die Idee, diese Hitze für die Kohlevergasung zu nutzen. Dies ist eine deutlich effizientere Verwendung als das Verbrennen von Kohle, zudem entstehen dabei deutlich geringere Mengen an schädlichen Gasen. Die vergaste Kohle oder auch vergaste Biomasse lässt sich unter anderem für die Stromerzeugung einsetzen und natürlich zur weiteren Nutzung an andere Orte transportieren.

Aus diesen Eigenschaften des Kugelhaufenreaktors entstand die Vision von Rudolf Schulten, auf die schädliche Verbrennung von fossilen Ressourcen verzichten zu können und stattdessen den Anteil ungenutzter Reaktorhitze zur Vergasung von Kohle oder anderer geeigneter Materialien zu nutzen. Auslöser für Schultens Ideen war die schon genannte Konferenz im Jahr 1955 in Genf, aber verstärkt wurde seine Motivation auf dem Gebiet durch die Studie des Club of Romes aus dem Jahr 1972 über die Grenzen des Wachstums. Dabei ging es unter anderem um Auswirkungen von Ressourcenknappheit, was durch die Ölkrisen 1973 sowie 1979 und 1980 bestätigt wurde.

Rudolf Schulten beschäftigte sich viele Jahre mit den Möglichkeiten, wie man durch die Reaktorhitze unter dem Stichwort nukleare Prozesswärme gewissermaßen nebenbei weitere Produkte herstellen konnte, die der Energieversorgung außerhalb des Kernreaktorgeländes dienen. Die Ideen Schultens zur Nutzung des Kugelhaufenreaktors waren mannigfaltig. Bis zum Jahr 1989 war er an den Projekten zur Nuklearen Vergasung und Nuklearer Fernenergie beteiligt. Nukleare Fernenergie ist ein Konzept, das nicht auf die Bereitstellung von Fernwärme, sondern auf die Umwandlung der im Reaktor erzeugten Wärme in chemisch gebundene Energie zielte, etwa in Form von Gas. Diese sollte anschließend über Pipelines zu den Nutzungsorten transportiert werden.

Weitere Projekte und Lebensende

Im Kontext der nuklearen Prozesswärme gab es Versuchsanlagen – neben solchen zur Kohlevergasung auch eine, die Treibstoff aus Erdgas herstellte. Ein Vorschlag Schultens war, durch die vom Reaktor erzeugte Hitze eine thermochemische Spaltung von Wasser zu forcieren, um Wasserstoff zu gewinnen. Hierzu entwarf er Pläne für einen Kugelhaufenreaktor mit dem Namen PR 500 und einer Leistung von 500 Megawatt, bei dem das Helium eine Temperatur von 1.000 Grad erreichen sollte. Obwohl alle Projekte auch von großen Unternehmen, Energieversorgern und dem Staat unterstützt wurden, gab es nach dem Versuchsreaktor in Jülich sowie dem gescheiterten THTR-300 keinen Bau eines Kugelhaufenreaktors mehr, da die Technik nicht für eine Marktreife ausreichte. Und das, obwohl Rudolf Schulten sich auch im Ausland für seine Technik engagierte und vor allem die Sicherheit seiner Kugelhaufenreaktoren in den Vordergrund stellte.

Er entwarf dabei ein besonders sicheres Heliumturbinen-Kernkraftwerk, bei dem ein Druckbehälter die Technik schützte und als geschlossenes System den anderen Kernkrafttechniken im Hinblick auf die Sicherheit überlegen war. Seine Prämisse „Sicherheit statt Wirtschaftlichkeit“ deckt aber auch das Dilemma auf, dass seine Technik nicht die günstigste Option war – und die Wirtschaftlichkeit der Technologie war am Ende ausschlaggebend, warum sich andere Bauweisen durchsetzten.

Nachdem Rudolf Schulten im Jahr 1989 emeritierte, war er nur noch beratend tätig sowie bis 1995 auch Mitherausgeber des Fachmagazins „atw – atomwirtschaft – atomtechnik“, wobei er diese Position schon seit 1958 bekleidete. Am 27. April 1996 verstarb er im Alter von 72 Jahren in Aachen und hinterließ seine Ehefrau Elisabeth und zwei Söhne. Er wurde noch zu Lebzeiten mehrfach geehrt und als Ehrenmitglied in diverse Wissenschaftsvereinigungen aufgenommen. (sb)

Der Weg zur Zuse Z3

Konrad Zuse: Der Vater des modernen Computers

(ID:50620256)