Deep Fission: Ein Kernreaktor fast zwei Kilometer tief unter Kansas

Tief unter der Prärie des Mittleren Westens treiben Bohranlagen einen schmalen Schacht in uraltes Gestein – einen Ort, an dem bald eine winzige Sonne arbeiten könnte.

In einer abgelegenen Gegend von Kansas setzt ein kalifornisches Start-up darauf, dass ein Kernreaktor nicht hinter dicken Betonwänden am sichersten ist, sondern fast zwei Kilometer tief im Untergrund: eingeschlossen in Gestein, das sich seit Millionen Jahren kaum verändert hat.

Ein Kernkraftwerk, das im Untergrund verschwindet

Deep Fission, ein junges Unternehmen aus Kalifornien, hat mit Testbohrungen für den nach eigenen Angaben ersten kommerziellen, tief vergrabenen Kernreaktor begonnen. Das Vorhaben liegt nahe der Stadt Parsons im Südosten von Kansas. Ausschlaggebend für den Standort waren die ruhige Geologie und die gut kartierten Schichten im Untergrund.

Am 11. März starteten die Teams die erste von drei Erkundungsbohrungen. Jede Bohrung soll rund 6.000 Fuß beziehungsweise etwa 1.830 Meter tief reichen und lediglich 20 Zentimeter Durchmesser haben. Zum Einsatz kommen herkömmliche Öl- und Gasbohranlagen, wie sie auch in den US-Schiefergasgebieten verwendet werden.

„Das Ziel: Einen thermischen 15-Megawatt-Reaktor in einen engen Schacht ablassen und das umgebende Gestein als natürlichen Schutzschild nutzen.“

Diese ersten Bohrungen dienen nicht der Stromerzeugung, sondern einer geologischen Eignungsprüfung. Die Ingenieure werden sämtliche Gesteinsschichten erfassen, deren Dichte und Undurchlässigkeit messen und prüfen, wie sich die Bohrausrüstung in dieser Tiefe verhält. Mit diesen Daten soll geklärt werden, ob der Standort das Reaktormodul sicher aufnehmen kann.

Entsprechen die Ergebnisse den Berechnungsmodellen des Unternehmens, folgt eine vierte Bohrung, die speziell für den Reaktor bestimmt ist. Anschließend wird die Nukleareinheit senkrecht in einen wassergefüllten Hohlraum am Schachtgrund abgesenkt und an einem Kabel aufgehängt.

Funktionsweise eines tiefen Bohrlochreaktors

Das Konzept von Deep Fission lehnt sich an klassische Druckwasserreaktoren an, wurde jedoch für den Einbau in ein Bohrloch neu gestaltet. Der Reaktorkern fällt deutlich kleiner aus und ist als versiegeltes Modul konstruiert, das mit spezieller Hebetechnik eingebracht und wieder herausgenommen werden kann.

In 1.800 Metern Tiefe erzeugt die Wassersäule über dem Reaktor einen Druck von ungefähr 160 Atmosphären. Bei einem Kraftwerk an der Oberfläche müssten dickwandige Stahlbehälter und massive Verstärkungen vergleichbaren Belastungen standhalten. Im Bohrloch entstehen diese Druckverhältnisse allein durch Tiefe und Schwerkraft.

„Die Wassersäule übernimmt zugleich die Funktion von Kühlmittel, Druckbehälter und einem Teil des Sicherheitssystems, wodurch massive Stahlkonstruktionen an der Oberfläche weniger erforderlich sind.“

Die Wärme aus dem Reaktorkern wird an Wasser übertragen, das durch Wärmetauscher im Bohrloch nach oben zirkuliert. An der Oberfläche wird diese thermische Energie in Strom umgewandelt. Die erste geplante Einheit soll rund 15 Megawatt Wärme erzeugen, was ungefähr 5 Megawatt elektrische Leistung ergibt – ausreichend für einen kleinen Industriebetrieb, mehrere schnell wachsende Rechenzentren oder eine abgelegene Gemeinde.

Die Erde als Einschlussbarriere nutzen

Herkömmliche Kernkraftwerke setzen auf riesige Betonkuppeln, um radioaktive Stoffe selbst bei einem schwerwiegenden Unfall zurückzuhalten. Deep Fission möchte diese Aufgabe weitgehend dem umgebenden Festgestein übertragen.

Der Standort in Kansas liegt über dichten, gering durchlässigen Gesteinsschichten. Gerade diese Formationen wurden gewählt, weil Flüssigkeiten sich darin nur sehr langsam bewegen und kaum tektonische Aktivität aufweisen. Bei einer schweren Störung würden radioaktive Produkte fast zwei Kilometer unter der Erdoberfläche eingeschlossen bleiben, abgeschirmt durch mächtige geologische Barrieren.

„Das Gestein wird zum biologischen Schutzschild und ersetzt die mehrere Meter dicken Betonhüllen, die das Erscheinungsbild traditioneller Nuklearanlagen prägen.“

Die unterirdische Bauweise verringert zudem den Flächenbedarf über Tage. An der Oberfläche würde die Anlage eher einem Bohrplatz der Ölindustrie als einem Kernkraftwerk ähneln: eine überschaubare Ansammlung von Ausrüstung, Anlagen zur Stromumwandlung und Kontrollräumen – ohne dominierende Kühltürme oder Kuppelbauten.

Kosten, Zeitplan und das Versprechen eines schnellen Ausbaus

Deep Fission argumentiert, dass dieser Ansatz sowohl die Bauzeit als auch die Investitionskosten deutlich senken könne. Konventionelle Nuklearprojekte in den USA und Europa überschreiten oft Budget und Terminplan, unter anderem wegen aufwendiger Bauarbeiten und individueller Ingenieursleistungen.

Nach Darstellung des Unternehmens ermöglichen standardisierte Bohranlagen, modulare Reaktoreinheiten und wenige oberirdische Bauwerke die Installation eines einzelnen Reaktors in etwa sechs Monaten – nach Genehmigung und Standortvorbereitung. Die Kosten je installiertem Megawatt könnten gegenüber bestehenden Großreaktoren um ungefähr den Faktor fünf sinken.

• Keine riesigen Reaktorgebäude oder Kühltürme
• Standardisierte Bohrausrüstung aus der Öl- und Gasbranche
• Kleine, wiederholbar herstellbare Reaktormodule für die Serienproduktion
• Geringerer Flächenverbrauch und weniger visuelle Beeinträchtigung für umliegende Gemeinden

Das Interesse von Investoren scheint vorhanden zu sein. Deep Fission hat bereits knapp 80 Millionen US-Dollar eingeworben, um die Technologie vom Konzept bis zum Pilotprojekt in Kansas voranzubringen. Außerdem schloss das Unternehmen mit Urenco USA eine Vereinbarung zur Brennstoffversorgung mit niedrig angereichertem Uran. Dabei handelt es sich um denselben Brennstofftyp, der in vielen bestehenden Reaktoren eingesetzt wird, jedoch an den kleineren Kern angepasst ist.

Sicherheitsprinzip: passive Kühlung und Widerstandsfähigkeit bei Erdbeben

Die Anordnung im tiefen Bohrloch verändert mehrere Aspekte der nuklearen Sicherheit. Eine zentrale Behauptung lautet, dass das System weniger stark auf aktive Komponenten und Notstromversorgung angewiesen ist.

In einem konventionellen Kraftwerk fördern Pumpen das Kühlmittel fortlaufend durch den Reaktorkern. Fällt die Stromversorgung aus, müssen Notstromaggregate und Batterien übernehmen, um eine Überhitzung zu verhindern. Beim Reaktor von Deep Fission soll die Wassersäule über dem Kern eine passive Zirkulation durch natürliche Konvektion ermöglichen: Erwärmtes Wasser steigt auf, kühleres sinkt ab und bildet so einen Kreislauf, der Wärme ohne mechanische Pumpen abführt.

„Bei einer Notabschaltung ist das System so ausgelegt, dass Schwerkraft und Auftrieb die Aufgabe übernehmen, die normalerweise Dieselgeneratoren erfüllen.“

Auch bei Erdbeben könnte sich das senkrechte, zylindrische Bohrloch anders verhalten als breite Gebäude an der Oberfläche. Das Reaktormodul liegt eingebettet in stabilem Gestein in einem schmalen, symmetrischen Hohlraum und ist horizontalen Erschütterungen damit weniger ausgesetzt als ausgedehnte Betonkonstruktionen über Tage.

Wer könnte einen unterirdischen 5-Megawatt-Reaktor nutzen?

Die ersten kommerziellen Zielgruppen liegen abseits der üblichen Kunden großer Kraftwerke. Deep Fission konzentriert sich auf dezentral gelegene und energieintensive Einrichtungen, die rund um die Uhr Strom benötigen, aber keinen einfachen Zugang zu verlässlichen Stromnetzen haben.

Dazu zählen:

• Rechenzentren für KI-Training, Cloud-Dienste und Streaming-Plattformen
• Abgelegene Bergwerke und Industriestandorte, die eine stabile netzunabhängige Stromversorgung benötigen
• Militärische oder staatliche Einrichtungen mit Bedarf an einer sicheren, unabhängigen Versorgung
• Isolierte Gemeinden, für die lange Übertragungsleitungen teuer oder störanfällig sind

Da der Reaktor und der Großteil seines Risikos unterirdisch liegen, geht das Unternehmen davon aus, dass der öffentliche Widerstand wegen optischer Auswirkungen und Flächenverbrauchs geringer ausfallen könnte als bei Kernkraftwerken an der Oberfläche. Ein Standort mit mehreren Bohrlochreaktoren könnte eher wie ein kleiner Industriehof als wie ein klassisches Kraftwerk wirken.

Wichtige Konzepte im Detail

Was „15 Megawatt thermisch“ tatsächlich bedeutet

Nuklearingenieure geben die Größe eines Reaktors üblicherweise in thermischen Megawatt (MWt) an; diese Einheit beschreibt die erzeugte Rohwärme. Nur ein Teil dieser Wärme wird zu elektrischem Strom. In diesem Entwurf werden aus 15 MWt nach Umwandlungsverlusten ungefähr 5 Megawatt elektrisch (MWe).

Zum Vergleich: Ein großes modernes Kernkraftwerk kann 3.000 MWt erzeugen und daraus etwa 1.000 MWe gewinnen – also zweihundertmal mehr Leistung als die erste Einheit von Deep Fission. Der kleine Maßstab macht das Bohrlochkonzept als Pilotprojekt besser handhabbar, bedeutet jedoch auch, dass viele Einheiten nötig wären, um die Leistung eines einzigen Großkraftwerks zu erreichen.

Was geschieht am Ende der Betriebsdauer?

Eine der sensibleren Fragen bei diesem Projekttyp betrifft den Rückbau und abgebrannte Brennelemente. Deep Fission beschreibt den Reaktor als versiegeltes Modul. Nach Ende der Betriebszeit soll die komplette Nukleareinheit durch denselben Schacht wieder an die Oberfläche gehoben und, sofern der Standort weiter genutzt wird, durch ein neues Modul ersetzt werden.

Der verbrauchte Kern würde anschließend – ähnlich wie Brennstoff aus konventionellen Kraftwerken – in Langzeitlager oder Wiederaufarbeitungsanlagen gebracht. Das Bohrloch selbst könnte mit technisch entwickelten Verschlüssen und Zement abgedichtet werden und damit praktisch eine zusätzliche Barriere bilden. Bevor Lizenzen für einen langfristigen Einsatz erteilt werden, dürften die Aufsichtsbehörden diese Schritte genau prüfen.

Risiken, regulatorische Hürden und weiterreichende Folgen

Trotz der weitreichenden Versprechen wird das Projekt umfassend geprüft werden. Die US-Nuklearaufsicht muss bewerten, wie ein Entwurf genehmigt werden kann, der nicht eindeutig in bestehende Vorschriften für große Reaktoren an der Erdoberfläche passt. Möglicherweise müssen Notfallplanungszonen, Inspektionsabläufe und Haftungsregelungen angepasst werden.

Auch Umweltorganisationen könnten hinterfragen, ob eine tiefe Einlagerung Kontaminationsrisiken tatsächlich ausschließt – besonders über sehr lange Zeiträume oder in Regionen mit komplexen Grundwassersystemen. Kritiker könnten auf die Schwierigkeiten bei tiefengeologischen Endlagern für Nuklearabfälle verweisen, um daran zu erinnern, dass Gestein keine absolute Barriere ist.

„Die Bohrungen in Kansas werden unter realen Bedingungen prüfen, ob Bohrtechnik, Nukleartechnik und Geologie tatsächlich im großen Maßstab zusammenwirken können.“

Erreicht Deep Fission sein Ziel, bis Juli 2026 die „Kritikalität“ zu erreichen – also den Zustand, in dem sich die nukleare Kettenreaktion selbst erhält –, könnte das Projekt ein neues Kapitel für kleine Nuklearsysteme aufschlagen. Eine erfolgreiche Demonstration könnte Öl- und Gasunternehmen dazu bewegen, ihre Bohrkompetenz für eine Energieerzeugung zu nutzen, die während des Betriebs kein Kohlendioxid ausstößt.

Umgekehrt könnten Verzögerungen, Kostenüberschreitungen oder technische Schwierigkeiten die Skepsis gegenüber Nuklearkonzepten der nächsten Generation verstärken. Ein großer Teil der Debatte über klimafreundliche Energie dreht sich darum, ob die Kernenergie ihren Ruf als langsam und teuer zu errichten ablegen kann. Ein funktionierender Reaktor in 1.800 Metern Tiefe in Kansas wäre ein markanter Datenpunkt in dieser Diskussion – aufmerksam verfolgt nicht nur in den USA, sondern auch von politischen Entscheidungsträgern und Investoren weit darüber hinaus.