Kelvin Kemm
[Hinweis: Alle Hervorhebungen in diesem Beitrag vom Übersetzer mit Ausnahme der Überschriften]
Die ersten beiden Jahrzehnte des 21. Jahrhunderts werden in die Geschichtsbücher eingehen als eine Zeit erstaunlicher weltweiter Verwirrung über die Energieversorgung, insbesondere die Stromversorgung.
All dies ist darauf zurückzuführen, dass die Planung der Stromversorgung zu sehr auf politischer Ebene und nicht von Ingenieuren und Wissenschaftlern vorgenommen wurde. Dies wiederum hing mit einer übermäßigen Angst vor einem angeblich vom Menschen verursachten Klimawandel in Verbindung mit fossilen Brennstoffen zusammen, die vor allem von extremen grünen Aktivistengruppen geschürt wurde. Leider wurde viel wissenschaftliche Logik unter den Füßen der Straßendemonstranten zertrampelt, die nach der natürlichen Energie von Mutter Natur riefen: Wind und Sonne.
Das Ergebnis sind steigende Strompreise in vielen Ländern und Stromengpässe, die zu Stromausfällen führen sowie große wirtschaftliche und soziale Verwerfungen nach sich ziehen.
Die europäischen Länder haben sich auch stark in die Angelegenheiten afrikanischer und anderer Länder auf der ganzen Welt eingemischt und darauf bestanden, dass die Entwicklungsländer ihre Energienutzung an die europäische Politik anpassen. Doch als die Strompreise in die Höhe schnellten, forderten die Wähler politische Antworten.
Nüchternes Nachdenken war die Folge, und die Kernenergie gewann rasch an Bedeutung. Die Kernenergie hatte unter einer starken Anti-Atomkraft-Stimmung gelitten, die größtenteils von denselben Gruppen getragen wurde, die für die romantischen Mutter-Natur-Lösungen eintraten.
Diese hatten jedoch eindeutig den großen Nachteil, mit den Zyklen von Mutter Natur verbunden zu sein: Tag- und Nachtzyklen, Windschwankungen, Regen, Schnee und Wolken.
Als in Europa länderübergreifende politische Probleme auftraten, kam eine neue Angst auf: die Energiesicherheit.
Ein europaweites Stromnetz hatte sich so weit entwickelt, dass die Länder elektrisch so miteinander verbunden waren, dass im Grunde kein Land seine eigene Stromversorgung kontrollierte. Jetzt wird den Ländern bewusst, wie gefährlich es ist, keine Kontrolle über ihre eigene Stromversorgung zu haben.
Die Kernenergie hat schnell viel Aufmerksamkeit erregt, nicht nur wegen der Energiesicherheit, sondern auch, weil sie zweifellos umweltfreundlich ist.
Kernkraft ist die Zukunft
Denkende Menschen erkennen allmählich, wie sehr die Öffentlichkeit seit Jahrzehnten über die Kernenergie getäuscht wird. Die Kernenergie liefert zweifellos die sauberste, sicherste, umweltfreundlichste und zuverlässigste verfügbare Elektrizität. Sie ist auch sehr kostengünstig, wenn die Berechnungen richtig durchgeführt werden. Bei der Durchführung finanzieller Berechnungen müssen wir unbedingt echte Lebenszyklen und echte Stromsysteme betrachten. Leider wurde dies häufig nicht getan, oft absichtlich.
Wesentliche Vorteile der Kernenergie: Sie ist sehr kompakt, benötigt erstaunlich wenig Brennstoff und ihre Leistung ist sehr stabil und zuverlässig.
Im Normalbetrieb gibt die Kernenergie keinerlei Abfälle an die Umwelt ab – auch nicht Kohlendioxid (CO2), das manche Menschen mehr fürchten als die Pest.
In unserer modernen Welt gibt es Platz für große und kleine Kernkraftwerke. „Groß“ bedeutet 2000-MW- bis 6000-MW-Kraftwerke, die sich aus Reaktoren im Bereich von 1000 MW bis 1500 MW zusammensetzen. Im Gegensatz dazu werden „kleine“ Reaktoren von der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO) als Reaktoren im Bereich von 100 MW bis 300 MW definiert.
Große Kernkraftwerke müssen sorgfältig platziert werden, um an ein nationales Stromnetz angeschlossen werden zu können. Außerdem müssen sie zur Kühlung in der Nähe eines großen Gewässers, z. B. des Ozeans oder eines großen Sees, stehen.
Im Gegensatz dazu kann ein kleiner Reaktor an ein einzelnes Unternehmen oder ein Industriegebiet angeschlossen werden und muss überhaupt nicht an ein großes Netz angeschlossen werden. Ein kleiner Reaktor kann sich sogar im Privatbesitz eines Unternehmens oder einer Industriegruppe befinden.
Entwicklung von SMRs in Südafrika
Aufgrund von Überlegungen zur Entwicklung einer größeren Stromerzeugung begann Südafrika vor über 25 Jahren als erstes Land der Welt mit der Entwicklung eines kommerziellen kleinen modularen Reaktors (SMR).
Südafrika entschied sich für die Entwicklung eines fortschrittlichen gasgekühlten Reaktors der Generation IV. Ein wichtiger Grund für diese Entscheidung ist, dass Südafrika nicht über viel Binnengewässer verfügt und der Reaktor für die Versorgung der Bergbauindustrie und der Industriezentren konzipiert wurde, die sich häufig in sehr trockenen Gebieten befinden.
Was ist ein SMR? „Klein“ bedeutet weniger als 300 MW, und „modular“ impliziert ein gewisses Maß an Massenproduktion, um Kosten und Bauzeit drastisch zu senken. Viele der wichtigsten Unterkonstruktionen können in einer Fabrikumgebung hergestellt werden, in der hochpräzise Fertigungsmaschinen eingesetzt werden können. Die fertigen Baugruppen können dann an jeden beliebigen Standort transportiert und müssen dort lediglich montiert werden.
Ein weiteres wichtiges Konstruktionsmerkmal eines SMR-Kraftwerks ist die Möglichkeit, einen Kontrollraum zu entwerfen, an den z. B. 10 Reaktoren angeschlossen werden können. Der Eigentümer kann aber auch mit nur einem Reaktor beginnen und dann im Laufe der Zeit weitere Reaktoren hinzufügen, wenn der Bedarf steigt. Die neuen Reaktoren werden dann einfach an den bestehenden Kontrollraum angeschlossen. Dies ermöglicht eine große Flexibilität sowohl bei der Energieplanung als auch bei der Finanzierung.
Südafrika begann mit der Entwicklung eines gasgekühlten Heliumreaktors mit festem Brennstoff in Form von Brennstoffkugeln in der Größe von Cricket- oder Lacrosse-Bällen, die winzige Uran-Körner enthalten. Diese Brennstoffstruktur erfordert eine komplexe Herstellung. Es wurde eine kleine Anlage zur Herstellung von Brennstoff gebaut. Der Brennstoff wurde international ausgiebig getestet und entspricht den höchsten Anforderungen.
Ein Brennstoffteam entwickelt derzeit eine andere Konfiguration von SMR-Brennstoff für ein US-Unternehmen.
Diese Art von Brennstoff ist als TRISO (TRi-structural ISOtropic particle) oder umgangssprachlich als „Pebble Fuel“ bekannt [pebbles = Murmeln].
SMR-Typen
Weltweit wird jedoch auch eine Reihe anderer Typen von SMR entwickelt.
Die grundlegenden Konstruktionsfragen lauten: Wie gelangt das Uran in den Reaktor, und wie wird die nukleare Wärme abgeleitet? Weltweit wird eine Reihe von ausgeklügelten Optionen untersucht.
Ein Konzept, das vor vielen Jahren entwickelt wurde und jetzt wieder an Bedeutung gewinnt, ist der Schmelzsalzreaktor. Bei diesem Reaktor wird das Uran chemisch in einem Salz gebunden. Es gibt keine festen Brennstofftabletten.
Wenn das Salz erhitzt wird, schmilzt es und kann dann wie Wasser fließen. Dieses flüssige Salz wird dann durch den Reaktor geleitet, so dass das Uran in die Zone fließt, in der die Kernreaktion stattfindet. Dort wird die Kernwärme erzeugt.
Bestimmte andere Konzepte, die als SMR bezeichnet werden, sind eigentlich nur verkleinerte Versionen der Druckwassertechnologie der Generation III, bei denen herkömmliche Metallbrennelemente bei jedem Brennelementwechsel geladen werden. Diese Reaktoren müssen in der Nähe von großen Gewässern aufgestellt werden.
Wie wird die Wärme abgeleitet?
Nachdem das angereicherte Uran dorthin gebracht worden war, wo die Kernreaktion stattfindet, wird Wärme erzeugt. Diese Wärme transportiert die Energie, die an Turbinen weitergeleitet werden muss, um Strom erzeugende Generatoren anzutreiben. Die Wärme muss also aus dem Reaktor abgeführt werden.
Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten, die alle ihre eigenen Vorteile haben. Bei einem Reaktor vom Typ Pebble strömt Heliumgas durch den Reaktor, um die Wärme abzuführen. Andere Reaktorkonzepte verwenden das seit langem bewährte Kühlmittel Wasser.
Ein interessanter Ansatz, der schon vor Jahrzehnten entwickelt wurde, verwendet geschmolzenes Salz als Wärmeabfuhrmittel. In den Anfängen litt dieser Ansatz stark unter Korrosionsproblemen, aber moderne Materialien und Technologien haben zu einer erheblichen Verbesserung dieser Technologie beigetragen.
Andere Methoden zur Wärmeabfuhr verwenden ein geschmolzenes Metall wie Natrium oder Blei. Metall ist natürlich ein hervorragender Wärmeleiter. Eine frühe Anwendung für die Wärmeabfuhr mit geschmolzenem Metall war daher der Einsatz in Atom-U-Booten, wo der Platz knapp ist und sehr kompakte Reaktoren benötigt werden. Geschmolzenes Metall hat große Vorteile bei der Wärmeleitung, aber Natrium und Wasser sind ein explosives Gemisch.
Über 50 Varianten des SMR-Konzepts werden derzeit in verschiedenen Ländern geprüft. Zweifellos werden im Laufe der Zeit mehrere dieser Varianten spezielle Anwendungen finden. Natürlich ist es für jeden potenziellen SMR-Eigentümer oder -Betreiber sehr wichtig, genau zu entscheiden, welche Aufgabe ein SMR erfüllen soll und wo er platziert werden soll. Diese Überlegungen sind besonders wichtig, wenn es um die Wahl des Reaktors geht.
Wie bereits erwähnt, wurde der Flüssig-Natrium-Reaktor für die beengten Platzverhältnisse in Atom-U-Booten entwickelt. Bei einem konventionellen Kühlmittel wie Wasser oder Gas ist es besonders wichtig, die Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen.
Anpassung eines SMR an die nationalen Gegebenheiten
Im Falle Südafrikas sind sich die Menschen – vor allem die Europäer – häufig nicht bewusst, wie groß das Land ist. Südafrika ist so groß wie ganz Westeuropa zusammengenommen. Es gibt eine Reihe von Bergbau- und Industriegebieten, die 600 bis 800 km vom Meer entfernt sind, und es gibt keine größeren Seen. Daher war es sehr wichtig, einen gasgekühlten SMR zu entwickeln, der nicht auf Wasser angewiesen ist.
Große Teile Afrikas befinden sich in einer ähnlichen Lage.
Ursprünglich hatte Südafrika den Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) entwickelt, der so weit fortgeschritten war, dass der Druckbehälter hergestellt und geliefert werden konnte, bevor einige internationale und nationale Ereignisse dazu führten, dass das Projekt langfristig auf Eis gelegt wurde.
Ein Ergebnis war, dass sich eine private Gruppe ehemaliger PBMR-Technologieexperten zusammentat und mit privatem Geld die Entwicklung eines vereinfachten PBMR, des HTMR-100, begann. Das HTMR-100 ist nun baureif. Er wurde für die typischen afrikanischen Bedingungen mit wenig Wasser und großen Landflächen konzipiert, ist aber auch für andere Bedingungen geeignet.
Internationale Investoren zeigen Interesse, und jetzt braucht es Geldgeber, die in die Zukunft blicken können.
Interessant ist, dass etwa ein Dutzend afrikanischer Länder der IAEO bereits offiziell mitgeteilt haben, dass sie eine nukleare Zukunft anstreben. Eine Reihe afrikanischer Länder hat bereits nationale Nukleargremien eingerichtet.
Sicherheit
Es ist immer wieder so, dass im Zusammenhang mit der Kernenergie das Thema Sicherheit angesprochen wird – obwohl die Kernenergie sehr sicher ist. Während des berühmt-berüchtigten Fukushima-Unfalls in Japan ist kein einziger Mensch durch radioaktive Strahlung gestorben oder verletzt worden. Diese Tatsache wurde der Öffentlichkeit jedoch vorenthalten.
Was den HTMR-100 betrifft, so ist er „sicher zu Fuß“. Der Reaktor wurde entschärft, wobei die „passive Sicherheit“ in die Konstruktion eingebaut wurde. Das bedeutet, dass sich der Reaktor, wenn etwas schief geht, nach den natürlichen Gesetzen der Physik von selbst abschalten wird.
Ein HTMR-100 kann nicht schmelzen. Wenn das schlimmstmögliche Ereignis eintritt, schaltet sich der Reaktor einfach ab. Wenn die Kühlung ausfällt, wird sich der Reaktor 24 Stunden lang etwas aufheizen und dann in den nächsten 4 bis 5 Tagen ohne Zwischenfälle abkühlen. Das ist „walk away safe“.
Das Schreckgespenst Abfall
Die Gegner der Kernenergie führen auch gerne das Abfallproblem an. Genauso wie Schlaftabletten oder Benzin einen umbringen können, wenn man etwas Dummes damit anstellt, kann dies auch bei hochradioaktiven Abfällen der Fall sein. Alle drei sind jedoch sicher, wenn sie richtig behandelt werden.
Nuklearexperten gehen bei allen nuklearen Prozessen mit äußerster Sorgfalt und unter Anwendung strenger Verfahren vor. Der HTMR-100-Komplex ist so konzipiert, dass die abgebrannten Brennelemente und die hochaktiven Abfälle für 40 Jahre sicher in unterirdischen Bunkern auf dem Gelände gelagert werden können.
Die Regierungen der einzelnen Länder müssen über ihre Entsorgungspolitik entscheiden.
Die Kernenergie ist die Zukunft der Menschheit. Die weltweite Stromversorgungsunsicherheit seit 2020 hat den Weg in die Zukunft sehr deutlich aufgezeigt.
Autor: Dr. Kelvin Kemm is a nuclear physicist and CEO of Nuclear Africa (Pty) Ltd, a project management company based in Pretoria, South Africa. He is the recipient of the prestigious Lifetime Achievers Award of the National Science and Technology Forum of South Africa. He does international consultancy work in strategic development.
Link: https://www.cfact.org/2022/05/12/small-modular-reactors-advance-in-the-nuclear-world/
Übersetzt von Christian Freuer für das EIKE
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In U.S. Georgia, Vogtle #3 & #4 28,5 Milliarden USD, in Frankreichs Flamanville #3 bis jetzt 14,4 Milliarden USD. Beide überschritten die Plankosten um das drei- bis vierfache. Hinckley Point (GB) hat ähnliche Kostenüberschreitungen. Finnlands Olkiluoto III ist zwar fertig, hat das dreifache gekostet.
https://www.deutschlandfunk.de/finnlands-atom-baustelle-olkiluoto-symbol-fuer-den-100.html
Da es russische (?) Kernbrennstäbe braucht, wird es vielleicht nie in Betrieb gehen.
Thorium- Reaktoren gibt es nicht einmal als Prototyp. In China wurde zwar einer gebaut, er sollte im August 2021 in Betrieb gehen, aber seit einem Jahr gibt hüllt er sich in Funkstille.
Falls es noch keiner mitbekommen hat, die weltweiten Lieferketten sind gebrochen. Reaktoren, die jetzt neu angefangen werden, werden wahrscheinlich nie mehr fertig, da die Komponenten irgendwo auf dem Seeweg stecken bleiben.
Kernenergie ist eine Sackgasse.
Durch kreative zusätzliche „Sicherheitsanforderungen“ lassen sich beliebig hohe Herstellungskosten erreichen.
Sie zitieren richtig:
Finnlands Atom-Baustelle OlkiluotoSymbol für den Niedergang von Europas Nuklearindustrie
Das gilt in gleicher Weise auch für die USA. Die Musik spielt inzwischen – ausgehend von Russland – in Asien mit dem Schwerpunkt in China. Die Erklärung ist einfach: Wenn ein Industrieland in den Markt von Entwicklung, Konstruktion, Errichtung, Inbetriebnahme, Betrieb und insbesondere Versorgung mit Brennstoff einsteigen will, so erfordert das u. a. ein permanent verfügbaresTeam von einigend tausend gut bezahlten Spezialisten sowie die erforderliche Infrastruktur im Lande, z. B. Behörde und TÜV. So kosten allein 5000 Beschäftigte für eine Projektlaufzeit von 10 Jahren etwa 5 Milliarden EURO, Nur wenn sich mindestens 1KKW pro Jahr verkaufen lässt, wird der Einstieg sinnvoll. Das Fehlen eines solchen Marktes hat in Europa und Amerika zum Ausstieg gezwungen.
Frankreich wird die geplanten 10 KKW realisieren, für Deutschland ist an einen Neustart nicht zu denken
Leider wird hier der von Berliner Physikern (Dr. Götz Ruprecht u. a.) entwickelte, patentierte und inhärent sichere „Flüssigsalzreaktor“ nicht genannt, der aus den „Atomabfällen“ für Jahrhunderte Energie liefern und das Endlagerproblem auf ca. 300 Jahre entschärfen könnte. Ein Prototyp wird nun demnächst offensichtlich außerhalb Deutschlands errichtet.
Als ich einem bekannten Grünen im Gespräch mitteilte, dass es in unseren Kernkraftwerken (KKW) bisher kein Strahlenopfer gab, wollte dieser das kaum glauben. Mein Büro befand sich zwei Jahrzehnte über dem 1978 in Betrieb genommenen Ausbildungskernreaktor der TU Dresden, später wohnte ich zehn Jahre in meinem Bungalow in Freital (Sa.) direkt über den Stollen, in denen Uran für die russischen Atombomben abgebaut wurde. In einem Nachbargrundstück endete ein gusseisernes Entlüftungsrohr, wo 1982 ein eingeworfener Stein ca. 6 s zu hören war. Nach 1990 wurde öffentlich, dass in dieser Gegend in den Kellern erhöhte Radonbelastung gemessen wurde. Also was soll diese bei uns geschürte Atomphobie?
Natürlich war es nicht gut, dass wir in den 1980er Jahren mit der „Interflug“ direkt über das bulgarische KKW Kosledui flogen, bei dem wir vorher direkt in den Reaktorraum schauen durften.
Hier nur ein Vorgeschmack
https://www.deutschlandfunkkultur.de/uran-erzgebirge-kosten-100.html
Bei ihnen liegt ein Mangel an Information vor. Der leitende Chefgeologe in Schlema geht bald in Rente. Vielleicht könnten Sie ja die 1000 Euro pro Tag aufbringen für die Unterhaltung einer einzigen Filteranlage pro Tag. Die sog. Eike- Experten könnten mit ihren selbsternannten technischen Sachverstand mal zeigen was innovative Problemlösung ist. Die kommentieren lieber von der Seitenlinien, was andere Leute tun oder lassen sollten.
Die Nutzung der Kernenergie zur Stromerzeugung hatte sich in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhundert etabliert. Technischer Sieger war zweifellos das KKW mit Leichtwasserkühlung und einer Leistungsgröße um 1GW. Diese Technik hat inzwischen ihre volle technische, wirtschaftliche nahezu risikofrei für Jedermann sichtbar nachgewiesen. Damit ist die Nutzung von 0,5% des Urans verfügbar. – Aus meiner Sicht gibt es kein Indiz dafür, dass kleine Leistungsgrößen Vorteile bringen könnten wenn man von Markt Nischen absieht.
Damit wurde in Deutschland bis zum Ende des Jahrhunderts mit je 30% Braunkohle, Steinkohle (im Übergang von deutscher auf Importkohle)und Kernenergie (Rest Sonstige) ein Mix installiert, der den Strompreis unter 15 Cent/kWh hielt. Weitere KKW sollten sowohl wachsenden Bedarf auffangen als auch die Überkapazität in der Steinkohle abbauen. (Frankreich hatte Wasserkraft statt Kohle, man realisierte 70%Kernenergie und 30% Wasser, der Strom war noch etwas billiger, so dass man dort immer noch elektrisch heizt.)
Langfristig sollte bekanntlich der Brüter die restlichen 99% des Urans erschließen und die erforderliche Lagerzeit der konditionierten Spaltprodukt auf 200 bis 300 Jahre begrenzen. Diese Entwicklung wurde leider nicht nur in Frankreich und Deutschland abgebrochen, doch zum Glück war man in Rußland offenbar intelligenter:
„Die Qualifikation der Brüter Technik mit Natrium oder sogar Bleikühlung wird dort in Rußland mit Großkraftwerken für jedermann sichtbar demonstriert.“
Fazit: Inzwischen wachsen die LWR fast schon wieder wie die Pilze! Übrigens, seit meiner Geburt hatte sich die Weltbevölkerung vervierfacht. Ob dieser Tren den Bedarf wohl auch beeinfluss??
Als Laie auf dem Gebiet der Reaktortechnik tut man sich schwer, einen Überblick oder eine strukturelle Einordnung der verschiedenen Technologien vorzunehmen oder gar, Vor- und Nachteile zu vergleichen.
Ich habe bisher noch keine Möglichkeit gefunden, die verschiedenen Varianten, die in den letzten Jahren angesprochen wurden, irgendwie einzuordnen. Neben den existierenden Systemen ist häufig die Rede von Thorium als Brennstoff, von Flüssigsalz, von Kernreaktionen, die im Störungsfall von selbst beendet werden, von Varianten, die alte Brennstoffe weiternutzen können und sie zu Kurzzeitstrahlern umbauen, usw.
All das wird gefühlsmäßig im Konjunktiv beschrieben, fertige oder in Enderprobung befindliche Konzepte scheint es noch nicht zu geben. Obwohl manche Meldung aus China oder Rußland oder die oben auch das gleich wieder zu relativieren scheint.
Hängt vermutlich auch damit zusammen, daß die verschiedenen Entwickler neuer Varianten ihre Konzepte als Betriebsgeheimnisse hüten, um sich über entsprechende Patente abzusichern.
Ich bin jedenfalls sehr gespannt, ob und wann eine Meldung über einen neuen Reaktortyp kommt, der funktioniert und das Zeug hat, die bisherigen Technologien in großem Stil zu ergänzen oder abzulösen.
@ Stefan Strasser,
eine gewisse Skepsis ist sicherlich angebracht. Andererseits gibt es bereits praxiserprobte SMR-Systeme, z.B. die Reaktoren in allen nuklear betriebenen Schiffen und U-Booten. Die Russen haben auch bereits einen zivilen Doppelreaktor auf der „Akademik Lomonossov“ im Einsatz, der im Nordosten Sibiriens eine Küstenstadt mit Strom und Heizwärme versorgt:
https://en.wikipedia.org/wiki/Akademik_Lomonosov
Wie bei der Kernfusion: der Durchbruch steht immer in 20 Jahren an, und das seit mehr als 50 Jahren…
„Wie bei der Kernfusion: der Durchbruch steht immer in 20 Jahren an, und das seit mehr als 50 Jahren…“
Mit dieser Bemerkung gibt sich immer ein „Experte“, vulgo Dummkopf, zu erkennen.
Der Satz stimmt zwar für Dummdeutschland, in China (2049) und Südkorea schaut das anders aus.
Wenn man die pB11 Reaktion und Plasmafokus auch noch in die Betrachtung einschließt, kann sich die Zeit vielleicht sogar auf 10 Jahre verkürzen.
„kein einziger Mensch durch radioaktive Strahlung gestorben oder verletzt worden. Diese Tatsache wurde der Öffentlichkeit jedoch vorenthalten.“
Das ist leider so. Nur wer es wollte konnte bei GRS Berichte einsehen. Leider wurden diese immer wieder überarbeitet, so dass sie am Ende ins politische Muster passte. Warum wurden die Auflagen immer wieder überarbeit. Bis zur 5. Habe ich alle gelesen und da wurde die Absicht sehr deutlich. Die 5. von 1916 habe ich mir kopiert. Kein einziger Hinweis darauf, dass wohl keiner der 6 Blöcke in Deutschland eine Betriebserlaubnis erhalten hätte.