Das stille Rückgrat: Wie die additive Fertigung die Stromnetze weltweit mit neuer Energie versorgt

1. April 2026 | Lesezeit: 4 Min.

 

Die globale Energielandschaft stützt sich auf einen Begriff, der als „Kapazitätsfaktor“ bekannt ist. Diese Kennzahl misst die tatsächliche Energieproduktion eines Kraftwerks im Verhältnis zu seinem maximalen theoretischen Potenzial. In den Vereinigten Staaten ist die Kernenergie das unangefochtene Schwergewicht im Stromnetz und weist einen beeindruckenden Kapazitätsfaktor von 93 % auf. Zum Vergleich: Bei Erdgas liegt dieser Wert bei etwa 57 %, während er bei Wind- und Solarenergie zwischen 25 % und 35 % schwankt.

Während die Atomindustrie darum kämpft, die Lücke bei den letzten 1 % der Zuverlässigkeit zu schließen, hat die Öl- und Gasindustrie mit einem anderen Problem zu kämpfen: der Lagersteuer. Unternehmen wie ExxonMobil geben Milliarden von Dollar aus, um weltweit physische Ersatzteile auf Lager zu halten. Oft werden 40 % dieser Teile, wie beispielsweise Pumpenlaufräder, nie in Betrieb genommen. Sie verstauben einfach und verursachen Kosten, bis sie veralten.

Heute bietet die additive Fertigung (AM) Lösungen für beide Herausforderungen und wandelt sich von einer Neuheit im Prototypenbau zu einer entscheidenden Infrastruktur für die globale Energiesicherheit.

 

Das Streben nach dem letzten 1 %

In der Nuklearindustrie gibt es kein „gut genug“. Westinghouse Nuclear nutzt additive Fertigung (AM), um jene winzigen Ausfallzeiten zu minimieren, die den Unterschied zwischen einem leistungsstarken und einem perfekten Kraftwerk ausmachen. Adam Travis, Global AM Program Leader bei Westinghouse, vertritt eine Philosophie, die er „Design for Purpose“ nennt. Er argumentiert, dass Ingenieure sich von der einschränkenden Denkweise des „Design for Additive Manufacturing“ (DfAM) lösen sollten. Stattdessen sollten sie AM nutzen, um das ultimative funktionale Ziel eines Bauteils zu verwirklichen, ohne die Altlasten traditioneller Fertigungsbeschränkungen.

Ein Hauptziel dieser Philosophie ist die Lösung des „Leaker“-Problems. Leaker entstehen, wenn winzige Partikel im Kühlkreislauf einen Brennstoffstab durchscheuern und so die Uranpellets freilegen. Schon ein einziger 5 mm langer Drahtstrang reicht aus, um einen solchen Defekt zu verursachen. Bisher bedeuteten bessere Filter einen höheren „Druckabfall“, was die Gesamteffizienz der Anlage verringerte. Westinghouse entwickelte jedoch den Stronghold-AM-Filter für Siedewasserreaktoren. Durch den Einsatz von AM zur Schaffung komplexer, gewundener innerer Strömungskanäle erreichten sie eine 100-prozentige Filterung von 5-mm-Partikeln bei gleichem Druckabfall wie bei älteren, weniger effektiven Modellen.

 

Den „Design for Purpose“-Ansatz verstehen

Aus diesem „Design for Purpose“-Ansatz ging auch die additiv gefertigte Bodendüse (AMBN) für Druckwasserreaktoren hervor. Diese sicherheitsrelevante Komponente verfügt über ein ausgeklügeltes 3D-Gitter, das Schmutzpartikel 13-mal effizienter auffängt als sein Vorgängermodell.

Diese Innovation steigerte die Effizienz der Partikelfilterung von 65 % auf unglaubliche 96 %. Diese Bauteile sind nicht nur komplex, sie sind auch „sicherheitsrelevant“ – eine Einstufung in der Kerntechnik, die ebenso streng ist wie die Bezeichnung „flugkritisch“ in der Luft- und Raumfahrt.

 

Das digitale Lager

Während sich Westinghouse auf die Strömungsdynamik konzentriert, gestaltet ExxonMobil die Lieferkette durch sein „Digital Supply Network“ neu. Christopher Beeson, Leiter des Bereichs Additive Fertigung für den Standort Baton Rouge bei ExxonMobil, leitet diesen umfassenden strategischen Wandel. Exxon hat die additive Fertigung von den zentralisierten Unternehmenslabors in Houston und New Jersey direkt an die Standorte verlagert. Bei diesem Übergang wird die additive Fertigung als ausgereifte, praxistaugliche Technologie betrachtet und nicht mehr als Forschungsprojekt.

Das Ziel ist es, die Lagerbestandssteuer durch die Schaffung eines „digitalen Lagers“ zu vermeiden. Exxon beteiligt sich an „Field Node“, einer branchenweiten Cloud-Plattform, in der Wettbewerber wie Shell und ConocoPhillips 3D-Modelle ohne geistiges Eigentum austauschen. Wenn an einem Exxon-Standort eine Pumpenvolute ausfällt und Shell dieses Modell bereits gescannt und freigegeben hat, kann Exxon auf die Datei zugreifen und sie sofort ausdrucken. Diese Zusammenarbeit erspart monatelanges Reverse Engineering und umgeht die für herkömmliche Gussteile typischen Vorlaufzeiten von 12 Monaten.

 

Die Wirksamkeit digitaler Pässe

Um dies zu erleichtern, führt die Branche über die International Association of Oil and Gas Producers (IOGP) „digitale Pässe“ ein. Diese Pässe nutzen „Digital Readiness Levels“ (DRL), um sicherzustellen, dass eine Datei alle Informationen enthält, die ein Lieferant benötigt – von der Materialhärte bis hin zu den Spezifikationen der Oberflächenbeschaffenheit.

Beeson merkt an, dass das Ziel darin besteht, die Angebotsanfrage auf einen einzigen Knopfdruck zu reduzieren und so die jahrelangen Verzögerungen in der Lieferkette in eine digitale Abwicklung innerhalb weniger Wochen umzuwandeln.

 

Über das Prototyping hinaus: Meilensteine in der Praxis

Die Rolle der additiven Fertigung (AM) in der Nuklearindustrie erreichte 2023 einen geopolitischen Meilenstein. Die meisten osteuropäischen Reaktoren, sogenannte WWER-Reaktoren, waren ursprünglich auf russische Brennstofflieferungen angewiesen. Nach dem Einmarsch in die Ukraine im Jahr 2022 nutzte Westinghouse die additive Fertigung, um in nur 18 Monaten Brennstoffverteilerplatten aus westlicher Produktion zu entwickeln und zu zertifizieren.

Dieses Projekt hat gezeigt, dass die additive Fertigung (AM) herkömmliche Bearbeitungsverfahren in puncto Kosten und Leistung übertrifft. Westinghouse fasste neun Bauteile zu zwei monolithischen Teilen zusammen, wodurch Schweißnähte entfallen und die strukturelle Festigkeit erhöht wurde. Im Jahr 2024 feierte das Unternehmen die Produktion des 1.000sten sicherheitsrelevanten AM-Bauteils für dieses Projekt. Dies stellt eine echte Serienfertigung in einer der am strengsten regulierten Branchen der Welt dar.

ExxonMobil verzeichnet ähnliche Erfolge auf kleinerer Ebene bei Rohstoffen. Beeson verweist auf ein bestimmtes bearbeitetes Bauteil, das traditionell 540 Dollar kostet, da vier Gewindekomponenten miteinander verschweißt werden müssen. Durch den Einsatz von Additivfertigung (AM) zum Druck des Bauteils als ein einziges Stück in Großserie sanken die Kosten auf 196 Dollar. Ob es nun um die Stabilisierung eines nationalen Stromnetzes geht oder um Einsparungen von 344 Dollar bei einer einzelnen Ventilkomponente – die wirtschaftlichen Vorteile der Additivfertigung sind mittlerweile unbestreitbar.

 

Die nächste Herausforderung

Die Entwicklung der energieeffizienten additiven Fertigung schreitet zügig voran. ExxonMobil stellt derzeit von der 3D-Vermessung älterer Kompressoren aus den 1930er Jahren auf den Einsatz fortschrittlicher Technologien wie das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) für massive Bauteile um. Die Lieferzeiten für diese 1,5 Meter hohen Ersatzteile aus Gusseisen betragen nun nur noch Wochen statt Jahre.

Unterdessen richtet Westinghouse seinen Blick auf die Sterne. Das Unternehmen nutzt seine jahrzehntelange Erfahrung im Bereich der additiven Fertigung für den eVinci-Mikroreaktor und den kleinen modularen Reaktor AP300. Am spannendsten ist vielleicht die Zusammenarbeit mit der NASA bei der Entwicklung von Kernkraftwerken für den Mond. Dieses Projekt verbindet Nukleartechnik mit dem Inbegriff eines Anwendungsfalls für die additive Fertigung: der Gewichtsreduzierung für die Raumfahrt bei gleichzeitiger Gewährleistung einer zuverlässigen Energieversorgung für eine Mondkolonie.

 

Die Zukunft sichern: Additive Fertigung als sicherheitskritisches Instrument für die globale Energieversorgung

Die Zeiten, in denen der 3D-Druck nur zum „Spaß oder für Kleinigkeiten“ genutzt wurde, sind vorbei. Wie Beeson und Travis zeigen, hat sich die additive Fertigung zu einem ausgereiften, sicherheitskritischen Werkzeug entwickelt, das die globale Energiesicherheit gewährleistet. Von den Tiefseeraffinerien in Baton Rouge bis hin zu möglichen Außenposten auf der Mondoberfläche bietet die additive Fertigung eine Geschwindigkeit, Gestaltungsfreiheit und Zuverlässigkeit, mit denen die traditionelle Fertigung einfach nicht mithalten kann.

Es geht längst nicht mehr nur um die Frage, ob der Energiesektor die additive Fertigung (AM) einführen wird; vielmehr geht es nun darum, wie schnell die Branchenführer diese Technologie skalieren können, um den weltweit steigenden Bedarf an stabiler, kohlenstoffarmer Energie zu decken. EOS ist bereit, diesen Wandel zu unterstützen. Unser Team arbeitet mit Betreibern und Erstausrüstern zusammen, um die additive Fertigung für sicherheitskritische Anwendungen in den Bereichen Kernenergie sowie Öl und Gas zu industrialisieren.

Kontaktieren Sie uns, um schlüsselfertige Lösungen für die additive Fertigung zu besprechen, die zertifizierte Qualität, optimierte Logistik und die Zuverlässigkeit bieten, die Ihre Energieinfrastruktur erfordert.

 

Hören Sie sich den „Additive Snack“-Podcast an

Sie können sich mit Adam Travis und Christopher Beeson auf LinkedIn vernetzen. Die vollständigen Folgen ihres „Additive Snack“-Podcasts finden Sie auf Spotify: