21 Atomrenaissance

Im Lichte von Versorgungskrisen und mit der Notwendigkeit der Erreichung von Klimazielen wittern Kernkraftbefürworter_innen wieder Morgenluft. Kernenergie gilt fälschlich als CO2-neutral, was für den Betrieb gelten mag, auf den Lebens- und insbesondere den Brennstoffzyklus allerdings nicht zutrifft. Die Gefahren der Kernkraft sind fast 25 Jahre nach dem Supergau von Tschernobyl vielleicht nicht mehr gar so im allgemeinen Bewusstsein, damit aber noch lange nicht vom Tisch. Und die Endlagerungsfrage bleibt freilich auch weiterhin unlösbar.

Die Radiosendung

Eine Sendung von Mira Kapfinger und Christina Röll.

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Hintergrundinformation

(Virus-Umweltbureau)

Atomrenaissance

zu Historie und Gegenwart der Nutzung von Kernenergie

Kernenergie - auch als Atomkraft bezeichnet - ist eine Technologie,die auch was ihre Verwendung zur Energiegewinnung betrifft, ursprünglich aus dem militärischen Bereich stammt, und etwa seit den 1950er-Jahren in Gebrauch ist. Die heute weltweit am weitesten verbreiteten Reaktortypen, die „Druckwasserreaktoren“, sind im Prinzip Reaktoren wie sie ursprünglich für atomgetriebene U-Boote entwickelt, aber in ihrer Dimensionierung beträchtlich vergrößerte wurden. Spätere fortschrittliche Designs haben sich bisher nicht durchgesetzt. Die Querverbindungen zum militärischen Bereich zeigen sich nicht nur in technologischen Parallelen bei der Energieerzeugung, sondern auch in der Gefahr der sogenannten „Proliferation“, der Gefahr der Weiterverbreitung von grundsätzlich „waffenfähigem“ Material, das auch bei zivilen Anlagen anfällt bzw. Verwendung findet.

In die Atomenergie wurden große Hoffnungen auf billige Energie gesetzt, unter anderem wurde im Jahr 1957 in den Römischen Verträgen als einer der drei Grundpfeiler der heutigen EU die Europäische Atomgemeinschaft EURATOM gegründet, mit dem Ziel, eine mächtige Kernindustrie zu schaffen (bis heute EU-Primärrecht).

Der große Durchbruch ist der Atomtechnologie entgegen den seinerzeitigen Utopien versagt geblieben. Die Menschheit ist nicht, wie postuliert, ins Atomzeitalter eingetreten, stattdessen muss anstelle der zivilen Atomtechnologie zweifellos die Informationstechnologie als die bedeutendste technologische Innovation der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts angesehen werden.

Im Bereich der Energieversorgung blieb die Kernenergie lange Zeit weitgehend auf die Industriestaaten begrenzt und (mit Ausnahme von Staaten wie Frankreich) von bescheidener Wirkung, die im Bereich der Elektrizität einen weltweiten Anteil von ca 14 % ausmacht und im Bereich der Gesamtenergie noch weniger (nur etwa 6%). Weltweit sind mit Stand 2010 438 Leistungsreaktoren in Betrieb.

Die Erwartungen, die Kerntechnologie würde sich in ähnlicher Weise durchsetzen wie zunächst die energetische Holznutzung durch den Einsatz von Kohle und diese in weiterer Folge durch den Einsatz von Erdöl verdrängt und abgelöst wurde, haben sich nicht bestätigt.

Die Gründe dafür sind unter anderem darin zu suchen, dass Erdöl leicht zu transportieren und zu handhaben ist, wohingegen zur Nutzung der Kernenergie komplexe Technologie, hohes Qualifikationsniveau des Personals und (steigende) Sicherheitsauflagen zu erfüllen sind.

Nicht zuletzt waren es auch Sicherheitsbedenken und verschiedene Zwischenfällen und Unfälle, die zu einer Bremsung der Ausbreitung geführt haben. Allen voran sind hier die Reaktorunfälle von „Three Mile Island“, 1979 in Harrisburg (USA) und 1986 von Tschornobyl in der Ukraine zu nennen, die hier ein Umdenken bewirkt haben, bzw. zu zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen geführt haben. Diese nahmen jeweils wieder Einfluss auf die Kostenstruktur und Konkurrenzfähigkeit der Technologie. Diese Unfälle bedeuteten einen herben Rückschlag für den Ausbau der Kernkraft. In Bau befindliche Reaktoren wurden gestoppt, neue Sicherheitsrichtlinien entworfen, nachgerüstet, in den OECD-Staaten der Zuwachs deutlich gebremst. Staaten wie Italien stiegen aus der Atomtechnologie aus oder erklärten den Ausstieg (mit entsprechend langen Ausstiegsplänen) wie etwa Schweden bzw. Deutschland.

Ausnahme bildete Frankreich, das seinen Marktanteil beim Strom auf das weltweit prozentuell höchste Niveau ausbaute und auch in der Atomindustrie seine Vorherrschaft weiter festigte (Areva, früher Framatome, kaufte mit Westinghouse und Siemens zwei führende Anbieter von Atomtechnologie). Generell ist eine gewisse Stagnation der Technologie die Folge, Neubauten verlagerten sich vermehrt in Schwellenländer bzw. außerhalb Europas und der USA. Im Gegensatz zum Schlagwort „Atoms for Peace“, mit dem die USA in den 1950er-Jahren Technologie zugänglich machte, ist es bei diesen Neubauten nicht selten angebracht, Interesse am Zugang zu Atomtechnologie vor dem Hintergrund militärischer Interessen zu unterstellen.

Überlegungen zur „Atomrenaissance“

Die Grundlagen, die zur Stagnation der Kernenergie führten, sind zwar nicht weggefallen (ebenso wenig wie das Endlagerproblem einer Lösung zugeführt werden konnte), mit der Zeit sind die Schrecken der Unfälle aber nicht mehr so unmittelbar im Bewusstsein. Im Lichte von Versorgungskrisen und mit der Notwendigkeit der Erreichung von Klimazielen und der Bereitstellung von Energie, ohne Treibhausgase zu produzieren (Kernenergie gilt als CO2-neutral - was für den Betrieb gelten mag, über den Lebens- und insbesondere den Brennstoffzyklus nicht zutreffend ist), wittern deshalb Kernkraftbefürworter_innen Morgenluft und hoffen auf Renaissance.

Offen bleibt dabei, wann von einer Renaissance gesprochen werden kann.

  1. Wenn Kernenergie vom „phase out“, dem Versinken in Bedeutungslosigkeit, bewahrt werden kann?

  2. Reicht es bereits, wenn es gelingt, eine Trendwende zu schaffen und die Stagnation zu überwinden?

  3. Sollte die Kernenergie die Probleme lösen, die sie im ersten Anlauf nicht lösen konnte?

  4. Kann signifikant beigetragen werden, die Treibhausgasproblematik in den Griff zu bekommen bzw. Abhängigkeiten zu verringern und damit Versorgungssicherheit zu erhöhen?

Je nachdem wie hoch die Latte gelegt wird, wird die Frage unterschiedlich beantwortet werden müssen. Speziell bei Punkt 3 und 4 wird sich die Kernenergie eher schwer tun. Zu den Gründen zählen unter anderem diverse Engpässe. Derzeit werden pro Jahr im Schnitt etwa 1,5 Reaktoren weltweit fertiggestellt, die Kapazität liegt bei etwa 6/Jahr. Qualifiziertes Personal ist Mangelware, der Altersschnitt hoch. Sowohl Fertigungskapazitäten lassen sich nicht über Nacht ausweiten, wie neues Personal nicht in beliebiger Zahl und in beliebig kurzer Zeit ausbilden. Unter diesen Gesichtspunkten wird die Atomindustrie Mühe haben (bei wachsendem Verbrauch), den derzeitigen Anteil an der Versorgung zu halten, geschweige denn auszuweiten. Da die überwiegende Zahl der Kernkraftwerke älter ist, und sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert, wird (trotz Laufzeitverlängerung) es schwierig werden, die vom Netz gehenden Reaktoren zu ersetzen und den derzeitigen Stand zu halten.

Die Erfahrungen mit neuen Reaktorgenerationen sprechen bisher wenig für rasches Abheben. So gibt es beim Bau des sogenannten EPR (European Pressurized Water Reactor) sowohl im finnischen Okiluoto als auch im französischen Flamanville Probleme mit Baumängeln, aus den Fugen geratenen Zeitplänen und Kostensteigerungen.

Ein weiterer Engpass ist auch die Brennstoffversorgung. Die weltweiten Uranvorräte sind begrenzt, Technologien zur Erweiterung der Brennstoffbasis wie thoriumbasierte Reaktoren oder „Schnelle Brüter“, die sich ihren Brennstoff selbst erbrüten, stehen weder in ausgereifter noch wirtschaftlicher Form zur Verfügung. Gleiches gilt für Konzepte zur Gewinnung von Uran durch Extraktion aus Meerwasser. Eine solche Technologie steht in großtechnischer Form nicht zur Verfügung und ist von Wirtschaftlichkeit weit entfernt. In den letzten Jahren wurde das Defizit in der Uranversorgung durch Lagerbestände ausgeglichen, die aus den abgebauten Atomwaffenarsenalen des kalten Krieges stammen. Hohe Preisschwankungen machen die normalerweise kaum relevanten Brennstoffkosten (die Investitionskosten zur Errichtung der Anlage machen den Löwenanteil der Stromerzeugungskosten aus ) relevant. Eine Erhöhung des Uranpreises um den Faktor 10 innerhalb kurzer Zeit wie im Jahr 2007 beobachtet, bedeutet ca. eine Verdoppelung der Erzeugungskosten. Wenn für die Uranvorräte von einer Reichweite auszugehen ist, die im Bereich von 60 Jahren bei derzeitigem Verbrauch anzusetzen ist, dann bedeutet dies, dass eine (hypothetische) Verdoppelung oder Verdreifachung der derzeitigen installierten Leistung die Brennstoffreichweite auf 30 bzw 20 Jahre senken würde. Neue Reaktoren könnten so nicht einmal mehr für ihre gesamte verbleibende Lebensdauer mit Brennstoff versorgt werden.

„Lebenszyklus-Analysen“ deuten auf einen weiteren einschränkenden Faktor hin. Auch wenn noch Uran verfügbar ist, ist nicht gewährleistet, dass bis zur Erschöpfung der Vorräte noch eine positive Energiebilanz gegeben ist, sprich der Energieoutput den Aufwand für Uranabbau und Brennelementeherstellung übersteigt.

Kernfusion

Neben der Kernspaltung steht mit der Kernfusion theoretisch auch eine weitere Energietechnologie zur Verfügung, die auf der Freisetzung von Energie durch Verschmelzung von leichten Kernen basiert. Damit werden viele Superlative verbunden: unbegrenzte Energie, das „Sonnenfeuer auf die Erde holen“. In diesem Kontext und im Windschatten der etablierten Kernenergie bindet Kernfusion beträchtliche Forschungsmittel. Es entsteht der Eindruck, Kernfusion wird als Rettungsanker und für die Fortführung von Wachstumsszenarien angesichts schwindender Energieressourcen gesehen. „Motto: wir brauchen nichts zu ändern, wir brauchen nur noch etwas durchhalten und die Sicherungen reindrücken bis uns nach einer gewissen Durststrecke die Kernfusion erlöst“. Die potenzielle Durststrecke ist allerdings relativ lang. Auch wenn seit den 1950er-Jahren geforscht wird, gilt seit Jahrzehnten die „Fusionskonstante“: unabhängig vom Zeitpunkt der Mitteilung wird der Einführungszeitpunkt der Kernfusionstechnologie immer etwa 50 Jahre entfernt angegeben und verschiebt sich damit in die Zukunft. Das war schon zu Beginn so und ist es heute immer noch. Nach Jahrzehnten an Forschung ist man diesem Punkt also offensichtlich nicht näher gekommen

Die Problemstellung ist dreigestaltig:

Erstens eine Fusionsreaktion überhaupt zu erzeugen (kein Problem, funktioniert auf Ebene einzelner Atome in Teilchenbeschleunigern)

Zweitens: das sogenannte Lawson-Kriterium einer positiven Energiebilanz zu erreichen [also dass bei der Fusionsreaktion mehr nutzbare Energie rauskommt als zu ihrer Erzeugung reingesteckt werden muss] (bisher unüberwundene Hürde).

Drittens: Wie wird aus den bisherigen Versuchsanordnungen ein funktionierendes Kraftwerk - unter den harten Anforderungen eines kontinuierlichen Praxisbetriebs?

Abgesehen davon, dass trotz der langen und intensiven Forschung die Kernfusion den Machbarkeitsbeweis (im Sinne aller drei angeführten Punkte) schuldig geblieben ist, ist auch diese Technologie mit einer Fülle von möglichen bzw. gesicherten Problemen verbunden (s.u.)

ausführlichere Beschreibungen und Erläuterungen

Reaktortypen werden unter anderem unterschieden nach:

Moderator (Leichtwasser = normales H2O, Schwerwasser oder Graphit

Kühlmittel (Wasser, CO2, Helium, Flüssigmetall wie Natrium bzw. Blei)

Als Brennstoff wird im wesentlichen angereichertes Uran (in dem der Anteil des für die Kernreaktion herangezogenen Uran-235-Isotops im Uran 238 künstlich erhöht wurde) aber auch sogenannte Mischoxidelemente (MOX), die zusätzlich auch wiederaufbereitetes Plutonium 239 (ensteht als Produkt der Kernreaktion aus Uran 238 durch Neutroneneinfang) enthalten.

Konzepte, auch die Thoriumvorräte nutzbar zu machen und so die Brennstoffbasis zu erweitern, sind bisher ohne Erfolg geblieben.

Ein Spezialfall sind sogenannte Brutreaktoren („Schnelle Brüter“ genannt, weil sie mit sogenannten schnellen Neutronen arbeiten), die das Potenzial haben, die Reichweite der Vorräte an spaltbarem Material auszudehnen, indem sie selbst einen Teil des Neutronenflusses dazu benützen, um weiteren Brennstoff zu erbrüten (Pu 239 aus U238). Dies gilt als Einstieg in die Plutoniumwirtschaft (und erhöht damit Proliferationsrelevanz). Aufgrund der Komplexität, die Technik zum Funktionieren zu bringen, wurden alle bisherigen Experimente zum Desaster. Versuche in USA, Japan (Monju), Frankreich (Phenix, SuperPhenix) , Deutschland (Kalkar) führten, wenn sie nicht vor Betriebsbeginn abgebrochen wurden, zu keinem brauchbaren Kraftwerk. Die einzige Ausnahme ist der russische BN600, bei dem es gelungen ist, halbwegs vernünftige Verfügbarkeiten zu erreichen.

Zu den gängigsten Reaktoren zählen (ohne Anspruch auf Vollständigkeit):

- die sogenannten Leichtwasserreaktoren:

a) Druckwasserreaktor, also einerseits „Westinghouse Design” und alle Derivate, und andererseits die russischen WWER Typen

b) Siedewasserreaktor (Zwentendorf-Typ), der einen Kühlkreislauf spart

- Der CANDU (Canadian Deuterium-Uranium Reactor) ist ein Schwerwasserreaktor, der mit Natururan (ohne Anreicherung) betrieben werden kann, und bei dem es als besonders einfach gilt, spaltbares Material zu entfernen. Dieser Typ ist deshalb in Schwellenländern, die im Verdacht stehen Atomwaffenprogramme entwickeln zu wollen, besonders begehrt. Weitere Brisanz ergibt sich dadurch, dass Substanzen, die zur Erhöhung der Sprengkraft von Atombomben benötigt werden, vor Ort sind bzw. mit geeigneten Zusatzanlangen (Tritium-Separation) produziert werden können.

- Gasgekühlte Reaktortypen (GCR und AGCR) v.a. in UK

- Russische graphitmoderierte Druckröhrenreaktoren vom RBMK-Typ (Tschornobyl)

Umwandlungstechnik: Trotz „moderner“ Konzeption machen alle wassergekühlten Kernkraftwerke (und das sind die meisten) nichts anderes, als nach althergebracher Methode mit der Reaktionswärme Dampf zu erzeugen und damit über eine Dampfturbine Strom zu erzeugen. Da Kernkraftwerke nur vergleichsweise ungünstige Dampfzustände erreichen können, ist ihr Wirkungsgrad im Vergleich zu modernen konventionellen Wärmekraftwerken auf Dampfturbinenbasis geringer, die wegzukühlende Abwärme größer.

Zur Kernfusion

Bei der Kernfusion handelt es sich ebenfalls um eine Großtechnologie, die Energiesysteme weiter zentralisiert. Um wirtschaftlich zu sein, muss die Anlagenleistung weiter erhöht werden (schafft Standortprobleme).

Aufgrund des Negativimages von Kernenergie wird versucht, ein Bild zu zeichnen, als ob Kernfusion etwas ganz anderes, friedlich und sauber ist.

Auszugsweise einige (mögliche) Probleme der Kernfusion

  • Auch Kernfusion macht „Atommüll“, zwar keinen abgebrannten Brennstoff, aber ein großes Volumen mittel-aktiven Materials das gelagert werden muss.

  • In einer Kernfusionsanlage befinden sich große Mengen Tritium. Dies ist radioaktiv und hat dieselben chemischen Eigenschaften wie Wasser – stellt also bei Freisetzung eine potenzielle Gefährdung dar.

  • Die Energiebasis ist nicht unbegrenzt. Tritium wird aus Lithium gewonnen, und das ist begrenzt vorhanden (und es gibt zunehmend Konkurrenznutzungen wie Lithium-Batterien in Laptops, Mobiltelefonen, Elektroautos). Deuterium-Deuterium-Fusion ist technisch viel schwieriger zu erreichen. Für Fusion unter Beteiligung von Helium3 gilt dasselbe. Seiner relativ hohen Energieausbeute steht entgegegen, dass es Helium3 zwar in großen Mengen gibt, allerdings nur auf dem Mond!

  • Die derzeitigen zivilen Reserven an Tritium sind so gering, dass Kernfusionstechnologie ernsthafte Startprobleme hätte, bis die ersten Anlagen genügend Tritium selbst erbrütet hätten.

  • Auch wenn die Probleme mit der Brennstoffbasis lösbar sind, gibt es weitere potenzielle Engpässe bei der Verfügbarkeit von Schlüsselressourcen, die für den Bau der Anlagen erforderlich sind.

  • Kernfusion und Kernspaltung sind nicht streng getrennt. Es existieren Konzepte für Hybridreaktoren, die den hohen Neutronenfluss bei der Fusion zum Plutoniumbrüten nützen (damit ist man erst wieder mitten in der Plutoniumwirtschaft. Der Fusionsreaktor muss dann nicht einmal unbedingt mehr Energie erzeugen als sein Betrieb verbraucht, er wird dann zur „Fuel Factory“ die dann Kernspaltungsanlagen mit Brennstoff versorgt, die mit diesem erbrüteten Plutonium betrieben werden.

  • Die (im Vergleich mit „schnellen Brütern“) höheren Brutraten machen die Technologie auch für den raschen Aufbau eines Bestandes von waffenfähigem Plutonium relevant – damit wird militärische Nutzung möglich

  • Auch ohne Plutoniumbrüten würden Kernfusionsanlagen große Mengen waffenrelevanten Materials an ihrem Standort konzentrieren (Tritium im Kilogrammbereich), Deuterium, Lithium, eventuell auch Beryllium. In Kombination sind viele Substanzen vorhanden, die zum Bombenbauen benötigt werden (mit einigen Gramm Tritium lässt sich etwa die Sprengkraft einer Atombombe verzehnfachen)

Literatur und Weblinks

BMLFUW „Kernenergie Klimaschutz und Nachhaltigkeit“

http://hilfe.lebensministerium.at/article/articleview/56678/1/7031 (Stand 26.4.2010

Kugler Philippen 1993 „Energietechnik“, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 2. Auflage

Musiol G., Ranft, Reif, Seeliger, 1988, „Kern und Elementarteilchenphysik“, VCH Verlag Weinheim Deutschland

Fußnote:

Die Fusionsforschung konzentriert sich auf die Reaktion von Deuterium und Tritium (schwerer und überschwerer Wasserstoff mit ein bzw. zwei zusätzlichen Neutronen im Atomkern) zu Helium 4

Interviewpartner_innen

in der Sendung

Richard Kromp
Diplomierter Physiker
in einem Interview der Sendung WUK-Radio vom 9. Juni 2008, gestaltet von Ines Fohler, zum Thema “Was strahlt uns da entgegen?” über die Gammamessstelle des österreichischen Ökologieinstituts http://www.ecology.at/gamma-messstelle.htm
kromp[at]ecology.at

Dr.in Eva Glawischnig-Piesczek
Nationalratsabgeordnete und Bundesvorsitzende der Grünen in einem 2006 geführten Interview mit Manfred Krejcik von der Sendung Netwatcher
http://www.gruene.at/personen/eva_glawischnig/
eva.glawischnig[at]gruene.at

Dr. Peter Weish
Naturwissenschaftler und Umweltaktivist
Mitglied des Forums für Atomfragen (Beratungsgremium des für Nuklearangelegenheiten zuständigen Ministeriums)
http://homepage.univie.ac.at/peter.weish/
peter.weish[at]univie.ac.at