Nukleartechnik

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Kernenergie oder Atomenergie ist einerseits die Form von Primärenergie, die bei Kernreaktionen, insbesondere bei der Kernspaltung und Kernfusion, freigesetzt wird. Andererseits wird damit die Technologie und Industrie zur großtechnischen Erzeugung von Sekundärenergie, wie Elektrischem Strom, aus Kernenergie bezeichnet. Während sich Kernfusionsreaktoren erst im Forschungsstadium befinden, wird die Kernspaltung bereits seit den 1950er Jahren in Kernkraftwerken – überwiegend unter Verwendung des Kernbrennstoffs Uran – im großen Maßstab eingesetzt.

Die großtechnische Erzeugung von Sekundärenergie mittels Kernfusion ist derzeit noch nicht realisiert. Nachstehende Aussagen berücksichtigen nicht die spezifisch technischen und physikalischen Verhältnisse der Kernfusion.

Begriffsgeschichte

Ursprünglich prägte der Physiker Hans Geitel 1899 den Begriff Atomenergie für die im Zusammenhang mit radioaktiven Zerfallsprozessen auftretenden Phänomene; später kamen die oft synonym verwendeten Begriffe Atomkernenergie, Atomkraft, Kernkraft und Kernenergie dazu.

Die Verwendung dieser Begriffe hat im Deutschen seit Geitels erster Begriffsprägung eine politisch-ideologisch motivierte Differenzierung erfahren. In den 1950er-Jahren firmierte Franz-Josef Strauß noch als Bundesminister für Atomfragen und das Deutsche Atomforum wurde gegründet. In den folgenden Jahrzehnten distanzierten sich die Befürworter und Lobbyisten der Technik vom Präfix Atom und verwendeten ausschließlich Kern. Als Grund gilt der Sprachgebrauch der Kritiker der Technik, der Atomkraftgegner. Diese sprachen von Atomenergie und Atomkraftwerken (AKWs) und knüpften damit an den Protest gegen die Atombomben-Bewaffnung der Bundeswehr in den 1950er-Jahren an.^[1]

Der Begriff Atomkernenergie wird im atomrechtlichen Umfeld benutzt. Kernkraft wird außerdem in der Kernphysik auch als Bezeichnung für die Starke Wechselwirkung verwendet.

Physikalischer Hintergrund

Schematische Darstellung der Induzierten Kernspaltung

Kernkraftwerke wandeln die Energie aus Induzierter Kernspaltung in elektrische Energie um. Stromerzeugung aus der bei der Kernfusion freiwerdenden Energie ist das Ziel der Fusionsforschung. Andere Kernreaktionen setzen auch Kernenergie frei, haben aber keine technische Bedeutung.

Bei der Induzierten Kernspaltung zerfallen die Atomkerne von schweren Uran-, Thorium-, oder Plutonium-Isotopen in mehrere leichtere Kerne, sobald sie eine geringe Aktivierungsenergie – durch Eindringen eines Neutrons in den Kern – erhalten. Die Differenz zwischen der Masse des Ursprungkerns und der Summe der Massen der Spaltprodukte, auch als Massendefekt bekannt, wird dabei nach der Äquivalenz von Masse und Energie in kinetische Energie umgesetzt. Pro Spaltung sind dies etwa 200 MeV. Zu den Spaltprodukten zählen auch 2–3 prompte Neutronen, die bei jeder Spaltung freigesetzt werden. Diese können weitere Kernspaltungen induzieren und führen so zu einer Kettenreaktion. Die durch radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte entstehenden verzögerten Neutronen ermöglichen eine gesteuerte Kettenreaktion in einem Kernreaktor.

Bei der Kernfusion werden mehrere leichte Atomkerne, wie die Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium, zu einem schwereren Kern, etwa einem Helium-Isotop, verschmolzen. Da Atomkerne positiv geladen sind, muss dafür die Coulomb-Kraft, die eine Abstoßung der Kerne bewirkt, überwunden werden. Dazu ist ein hoher Druck und sehr hohe Temperatur – etwa 100 Millionen Kelvin – erforderlich. Wie bei der Kernspaltung wird durch den Massendefekt ein Teil der Kernbindungsenergie, je nach Reaktion in der Größenordnung von etwa 3–18 MeV pro Fusion, freigesetzt.

Geschichte

Siehe auch: Entdeckung der Kernspaltung

Otto Hahn und Lise Meitner im Labor

Um 1890 wurden erste Experimente zur Radioaktivität durchgeführt. Das Ziel Antoine Henri Becquerels, Marie und Pierre Curies und anderer war die Erforschung von Kernreaktionen. 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Straßmann die induzierte Kernspaltung von Uran, welche 1939 von Lise Meitner und Otto Frisch theoretisch erklärt wurde. Zusammen mit dem insbesondere von Frédéric und Irène Joliot-Curie erbrachten Nachweis, dass eine Kettenreaktion möglich ist, wurden die praktischen Anwendungsmöglichkeiten der Kernspaltung klar.

Trinity-Explosion

Zuerst wurden diese Erkenntnisse für die militärische Forschung während des Zweiten Weltkrieges eingesetzt. Im Rahmen des Manhattan-Projekts gelang Enrico Fermi am 2. Dezember 1942 die erste kontrollierte nukleare Kettenreaktion in einem Kernreaktor in Chicago (Chicago Pile One). Während das Ziel des von Robert Oppenheimer geleiteten Manhattan-Projekts mit der ersten erfolgreich gezündeten Atombombe am 16. Juli 1945 (Trinity-Test) erreicht wurde, gelang es der deutschen Forschungsgruppe unter Werner Heisenberg und Carl Friedrich von Weizsäcker bis zum Kriegsende nicht, einen funktionierenden Kernreaktor zu entwickeln (Uranprojekt).

Die vier Glühlampen im Forschungsreaktor EBR-I am 20. Dezember 1951

Auch nach dem Zweiten Weltkrieg wurde die militärische Forschung fortgesetzt. So wurde am 31. Oktober 1952 die erste Wasserstoffbombe gezündet, bei der die Kernfusion Anwendung fand. Gleichzeitig wurde aber auch an der zivilen Verwendung der Kernenergie geforscht. Ende 1951 erzeugte der Forschungsreaktor EBR-I im US-Bundesstaat Idaho erstmals elektrischen Strom aus Kernenergie und erleuchtete am 20. Dezember vier Glühlampen. 1954 wurde in Obninsk bei Moskau das erste kommerzielle Kernkraftwerk der Welt, das Kernkraftwerk Obninsk, in Betrieb genommen. 1955 folgte das erste kommerziell zur Stromerzeugung eingesetzte Kernkraftwerk Calder Hall in Nord-West England auf dem Gelände des Nuklearkomplexes Sellafield. In Deutschland wurde 1957 mit dem Forschungsreaktor München in Garching der erste Forschungsreaktor in Betrieb genommen. 1961 folgte auf der Gemarkung der Gemeinde Karlstein am Main als erstes deutsches Kernkraftwerk das Kernkraftwerk Kahl mit einer Leistung von 15 MW.

In den 1960er Jahren wurden zahlreiche weitere Kernkraftwerke gebaut, wobei deren Leistung deutlich erhöht wurde. So hatte das Kernkraftwerk Gundremmingen, welches 1966 in Betrieb ging, eine Leistung von 250 MW. 1968 wurde der Erzfrachter „Otto Hahn“ als nuklear betriebenes Forschungsfrachtschiff in Betrieb genommen; nach dem Ende des nuklearen Betriebs 1979 wurde der Frachter wieder auf Dieselantrieb umgerüstet.

In den 1970er Jahren wurde insbesondere nach der ersten Ölkrise 1973 der Bau von Kernkraftwerken forciert. Die Leistung dieser Kraftwerke, wie etwa des Blocks B des Kernkraftwerks Biblis, lag bei 1,3 GW. Mit dem Protest der Anti-Atomkraft-Bewegung gegen den Bau des Kernkraftwerks Wyhl 1975 in Deutschland entstand eine größere Opposition gegen die zivile Nutzung der Kernenergie. In Österreich wurde 1978 in einer Volksabstimmung beschlossen, das bereits fertig gebaute Kernkraftwerk Zwentendorf nicht in Betrieb zu nehmen. Die Kritik an der Atomkraft verstärkte sich noch insbesondere durch das schwere Reaktorunglück im Kernkraftwerk Three Mile Island bei Harrisburg (USA) am 28. März 1979, bei dem es zu einer partiellen Kernschmelze kam.

1983 wurde in Hamm-Uentrop der Thorium-Hochtemperaturreaktor (Kernkraftwerk THTR-300) in Betrieb genommen. Dieser Prototyp wurde nach mehreren technischen Störungen sechs Jahre später stillgelegt. Infolge der politischen Auseinandersetzungen um die Kernenergie konnte keine Einigung über das erforderliche Ausmaß notwendiger Reparaturen erzielt werden, weswegen der THTR u. a. aus wirtschaftlichen Gründen nicht wieder in Betrieb genommen, sondern in den Sicheren Einschluss überführt wurde.

Am 26. April 1986 ereignete sich die Katastrophe von Tschernobyl, bei der große Mengen von Radioaktivität freigesetzt wurden. In der Folge nahm insbesondere in Europa die Kritik an der Nutzung der Kernenergie deutlich zu. Im Jahre 2000 wurde in Deutschland auf Druck der Bundesregierung der Ausstieg aus der kommerziellen Nutzung der Kernenergie bis etwa 2020 beschlossen.^[2] In diesem Rahmen wurden bis 2005 bereits zwei Kernkraftwerke vom Netz genommen, der Ausstiegsbeschluss ist jedoch politisch und gesellschaftlich weiter umstritten.

Kernkraftwerk

Siehe Hauptartikel Kernkraftwerk

Zur Gewinnung von elektrischem Strom durch Kernenergie werden Kernkraftwerke, spezielle Elektrizitätswerke, die gesteuerte Kettenreaktionen von Kernspaltungen in Kernreaktoren durchführen, verwendet. Kernfusionsreaktoren befinden sich zurzeit noch im Forschungsstadium.

Der Anteil der Kernenergie an der weltweiten Energieerzeugung betrug 1998 6,5% (UNDP). Der Kernkraftanteil an der weltweiten Stromerzeugung beträgt etwa 16 %. Mit Stand Januar 2009 sind 210 Kernkraftwerke mit 438 Reaktorblöcken mit einer Gesamtleistung von 372 GW in 31 Ländern in Betrieb. (siehe auch: Kernenergie nach Ländern)

Weiterhin sind im militärischen Bereich einige Flugzeugträger, Atom-U-Boote, und wenige Atomkreuzer mit Kernenergieantrieb ausgestattet; im zivilen Bereich hat sich dieser Antrieb lediglich für Atomeisbrecher durchgesetzt. (siehe auch: Liste ziviler Schiffe mit Nuklearantrieb)

Technik

Die Erzeugung elektrischer Energie geschieht indirekt: Die Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht, wird auf ein Kühlmedium – etwa Wasser – übertragen, wodurch dieses erwärmt wird. Direkt im Reaktor oder indirekt in einem Dampferzeuger entsteht Wasserdampf, der dann eine Dampfturbine antreibt.

In Kernkraftwerken werden unterschiedliche Reaktortypen eingesetzt die sich im Wesentlichen durch die verwendeten Kernbrennstoffe, Kühlkreisläufe und Moderatoren unterscheiden. Die wichtigsten sind:

Schema eines Kernkraftwerks mit Druckwasserreaktor

Schema eines Siedewasserreaktors

• Im Leichtwasserreaktor (LWR) wird „leichtes“ Wasser (H₂O) als Reaktorkühlmittel und Moderator verwendet. Als Brennstoff wird angereichertes Uran mit einem ²³⁵U-Massenanteil zwischen etwa 1,5 und 6 Prozent verwendet. Der Leichtwasserreaktor existiert in den Varianten Druckwasserreaktor (DWR) und Siedewasserreaktor (SWR). Während beim Druckwasserreaktor das Reaktorkühlmittel in einem geschlossenen Primärkreislauf zirkuliert und mit einem Dampferzeuger Wasserdampf in einem Sekundärkreislauf erzeugt, der die Turbinen antreibt, wird beim Siedewasserreaktor das Kühlmittel im Reaktordruckbehälter verdampft und treibt die Turbinen direkt an.

• Da das im Schwerwasserreaktor (HWR) als Reaktorkühlmittel und Moderator verwendete schwere Wasser (D₂O) Neutronen schlechter absorbiert als normales Wasser, kann als Brennstoff Natur-Uran mit einem Massenanteil an ²³⁵U von etwa 0,7 Prozent verwendet werden.

• Der RBMK ist ein Reaktor sowjetischer Bauart, der 1700 t brennbares Graphit als Moderator und Wasser als Kühlmittel verwendet. Als Brennstoff kommt Uran mit der natürlichen Isotopenverteilung zum Einsatz. Ein Beispiel für einen Reaktor dieses Typs war das Kernkraftwerk Tschernobyl. Reaktoren dieser Bauart werden zwar seit über 20 Jahren nicht mehr gebaut, auf dem Gebiet der ehemaligen Sowjetunion sind aber weiterhin einige in Betrieb.

• Der Brutreaktor (Schneller Brüter) erzeugt während des Betriebs spaltbares Plutonium aus Natur-Uran und ermöglicht dadurch eine höhere Brennstoffausnutzung. Als Kühlmittel wird statt Wasser flüssiges Natrium eingesetzt, da für diesen Reaktortyp schnelle Neutronen benötigt werden.

• Der Hochtemperaturreaktor (HTR) ist eine deutsche Erfindung, bei dem der Brennstoff (²³⁵U oder ²³²Th) in tennisballgroßen Graphitkugeln eingeschlossen ist. Das Graphit dient als Moderator. Zur Kühlung wird Helium eingesetzt.

Sicherheit

Siehe Hauptartikel Sicherheit von Kernkraftwerken

Die Konstruktion eines Kernkraftwerks erfordert – neben der eigentlichen Aufgabe, mit Hilfe des Kernreaktors elektrischen Strom zu erzeugen –, die Emission von radioaktiven Stoffen, die durch die Kernspaltung entstehen, in die Umgebung zu verhindern.

Das Ziel, die Freisetzung von Radioaktivität im normalen Betrieb so klein zu halten, dass nach heutigen wissenschaftlichen Erkenntnissen Gesundheitsschäden auszuschließen sind, wird durch geschlossene Kreisläufe und eine ausreichenden Abschirmung des Reaktors erreicht.

Des Weiteren muss aber auch die Emission von Radioaktivität in die Umwelt durch Stör- und Unfälle möglichst verhindert werden. Durch ein „mehrstufiges, fehlerverzeihendes Sicherheitskonzept“ sollen Kausalitäten, die zur Emission von Radioaktivität führen können, durch mehrere von einander unabhängige Maßnahmen verhindert werden, so dass sowohl technische Fehler als auch menschliches Versagen abgefangen werden kann.

In modernen westlichen Leichtwasserreaktoren kommt dazu ein „Mehrbarrieren- und Sicherheitsebenen-Konzept“ zum Einsatz, das den Einschluss der radioaktiven Materialien in mehrfachen, einander umschließenden Barrieren vorsieht, die durch ein System gestaffelter Maßnahmen eine ausreichenden Integrität gewährleisten sollen.

Sowohl die Konstruktion der Brennelemente als auch die des Reaktors dienen als Barrieren. Der Brennstoff befindet sich als Kristallgitter in gasdicht verschweißten Brennstäben, sodass die Spaltprodukte normalerweise die Brennelemente nicht verlassen. Der aus 20–25 cm dickem Stahl bestehende Reaktordruckbehälter bildet zusammen mit den anschließenden Rohrleitungen ein geschlossenes Kühlsystem. Er befindet sich, zusammen mit einem der Abschirmung von Strahlung dienenden thermischen Schild, in dem Containment, einem Sicherheitsbehälter aus etwa 4 cm dickem Stahl. Eine 1,5–2 m dicke Stahlbetonhülle umschließt den gesamten Sicherheitsbehälter und soll Einwirkungen von außen verhindern.

In modernen deutschen Kernkraftwerken gibt es vier Sicherheitsebenen, die vom Normalbetrieb auf der ersten Ebene bis zur vierten Ebene reichen, in der die Auswirkungen eines Störfalls möglichst auf die Anlage selbst beschränkt werden sollen. Bei den einzelnen Ebenen wird systematisch ein Versagen unterstellt, das durch geeignete Maßnahmen auf der nächsten Ebene aufgefangen werden soll.

Um den Ausfall mehrerer Sicherheitssysteme durch eine gemeinsame Ursache zu vermeiden, wird darauf geachtet, dass diese sowohl redundant, d.h. mehrfach vorhanden und dabei räumlich und systemtechnisch strikt getrennt, als auch möglichst diversitär sind, also auf unterschiedlichen physikalischen Grundlagen beruhend.

Außerdem wird darauf geachtet, dass die Sicherheitsmaßnahmen möglichst ohne die Erfordernis menschlichen Eingreifens, im Idealfall sogar ohne steuernde Eingriffe von Geräten automatisch ablaufen, und dass Ausfälle von Einrichtungen (z.B. die Stromversorgung einer Armatur) durch die Auslegung des Geräts einen Effekt in die "sichere Richtung" nach sich ziehen.

Brennstoffver- und -entsorgung

Siehe Hauptartikel Brennstoffkreislauf

Brennstoffkreislauf mit Versorgung, Entsorgung und Wiederaufarbeitung

Für die Arbeitsschritte die zur Versorgung von Kernreaktoren mit Brennelementen dienen und den notwendigen Maßnahmen zur Entsorgung des radioaktiven Abfalls, wird auch der Begriff Brennstoffkreislauf benutzt. Bekannt wurde der Begriff Brennstoffkreislauf in der Diskussion bei einer Wiederaufbereitung.

Versorgung

In den Brennelementen der Kernreaktoren werden derzeit das Isotop ²³⁵U und in Mischoxid-Brennstäben zusätzlich die Isotope ²³⁹Pu und ²⁴¹Pu als Kernbrennstoff verwendet.

Während in Schwerwasserreaktoren und in Brutreaktoren Uran mit der natürlichen Isotopenverteilung von 99,3 % ²³⁸U zu 0,7 % ²³⁵U verwendet werden kann, benötigen die weit verbreiteten Leichtwasserreaktoren angereichertes Uran mit einem Anteil von bis zu etwa 6 % ²³⁵U.

Uranerz wird sowohl im Tagebau als auch im Untertagebau gefördert. Das Erz wird gemahlen und das Uran chemisch – üblicherweise als Triuranoctoxid (U₃O₈) – extrahiert. Anschließend wird das U₃O₈ in Uranhexafluorid (UF₆) umgewandelt. Die Anreicherung von ²³⁵U erfolgt üblicherweise mittels Gasdiffusion oder Ultrazentrifugen. Das Uran wird dann als Urandioxid, eventuell zusammen mit Plutoniumdioxid als Mischoxid, zu Brennstäben verarbeitet. Mehrere Brennstäbe werden dann zu Brennelementen zusammengefasst.

Entsorgung

Da verbrauchte Brennelemente hoch radioaktiv sind, werden für den Abtransport und die Lagerung spezielle Behälter, beispielsweise Castor-Behälter, verwendet.

Abgebrannte, nicht wiederaufgearbeitete Brennelemente und radioaktiver Abfall aus Wiederaufarbeitungsanlagen werden in Lagerungsbehältern in Zwischenlagern so lange gelagert bis die Radioaktivität so weit abgeklungen ist, dass eine Endlagerung möglich ist. Zurzeit gibt es weltweit noch kein Endlager für hoch radioaktiven Abfall. In Gorleben wurde von 1979 bis 2000 ein unterirdischer Salzstock auf seine Eignung als Endlagerstätte für alle Arten von radioaktiven Abfällen, darunter speziell auch für Brennelemente und hochradioaktive Abfälle, untersucht. Die Erkundung des Salzstockes ist seitdem (Stand 2005) unterbrochen. Das auf drei bis zehn Jahre angelegte Moratorium wurde auf der Grundlage der von der Bundesregierung mit den Energieversorgungsunternehmen getroffenen Vereinbarung in Kraft gesetzt und dient der Klärung konzeptioneller und sicherheitsrelevanter Fragen zur Endlagerung.

Wiederaufbereitung

In Wiederaufarbeitungsanlagen – wie etwa die Wiederaufarbeitungsanlage La Hague in Frankreich – können die in abgebrannten Brennelementen enthaltenen 97 % unverbrauchtes Uran und Plutonium von den 3 % Spaltprodukten und höheren Aktiniden getrennt und zu neuen Brennelementen verarbeitet werden. Die Spaltprodukte und höheren Aktinide machen dann den eigentlichen radioaktiven Abfall aus.

In Deutschland war eine Wiederaufarbeitungsanlage in Wackersdorf in Bau, wurde aber aus finanziellen Gründen und aufgrund des starken Widerstands aus der Bevölkerung nicht fertiggestellt.^[3]

Rechtsgrundlage

Flagge der IAEO

Die Internationale Atomenergieorganisation (IAEO) soll die internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der friedlichen Nutzung der Kernenergie und der Anwendung radioaktiver Stoffe fördern und gleichzeitig den Missbrauch dieser Technologie (insbesondere die Proliferation von Kernwaffen) durch Überwachungsmaßnahmen verhindern. Diverse internationale Verträge wie der Atomwaffensperrvertrag und das Atomhaftungsübereinkommen geben entsprechende Richtlinien vor.

In Deutschland ist die Rechtsgrundlage der zivilen Verwendung der Kernenergie das deutsche Atomgesetz (Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren)^[4]. In der Schweiz diente bis 2005 das schweizerische Atomgesetz (Bundesgesetz über die friedliche Verwendung der Atomenergie) als Rechtsgrundlage, seither das Kernenergiegesetz. In Österreich dagegen gibt das Bundesverfassungsgesetz für ein atomfreies Österreich dem Verbot der kommerziellen Nutzung von Kernreaktoren nach einem nationalen Referendum seit 1999 Verfassungsrang.

Weitere Verordnungen, wie die Atomrechtliche Deckungsvorsorge-Verordnung (AtDeckV), setzen die internationalen Richtlinien in Deutschland um. Die Deckungsvorsorge für ein Kernkraftwerk beträgt 2,5 Milliarden Euro, die zu einem Teil als Haftpflichtversicherung und zum anderen Teil als Solidarvereinbarung unter den Kernkraftwerksbetreibern abgesichert ist.

Die Haftungshöchstgrenze bei Schäden, die unmittelbar auf Handlungen eines bewaffneten Konfliktes, von Feindseligkeiten, eines Bürgerkrieges, eines Aufstandes oder auf eine schwere Naturkatastrophe außergewöhnlicher Art zurückzuführen sind, liegt bei eben diesen 2,5 Milliarden Euro. Für Schäden aus anderen Ursachen haften die Betreiber unbegrenzt.

Für den Rückbau von Kernkraftwerken müssen die Betreiber in Deutschland und der Schweiz eine Rückstellung von etwa 500 Millionen Euro je Kraftwerk anlegen. Diese Rückstellungen bleiben in Deutschland über den gesamten Zeitraum steuerfrei und dürfen auch dafür eingesetzt werden Unternehmensbeteiligungen zu erwerben ^[5]. Kritiker sehen in den Rückstellungen, die mittlerweile insgesamt mehrere Zehn-Milliarden Euro betragen, "die Bank der Stromkonzerne"^[6].

Folgen eines großen Unfalls in Deutschland

Die Schäden eines Unfalls mit erheblicher Freisetzung von Radioaktivität bezifferte eine Studie der Prognos AG 1992 mit 5 bis 12 Billionen DM, dem drei- bis vierfachen des damaligem jährlichen deutschen Bruttosozialproduktes. ^[7]

Am 22. April 2002 wurde die Deckungsvorsorge von 500 Mio. DM auf 2,5 Mrd. Euro gesetzlich angehoben. Zudem haftete der Staat mit weiteren 500 Mio. DM, sollte ein Unfall diese Summe übersteigen.^[2]

In der ersten „Deutschen Risikostudie“ aus dem Jahr 1979 erstellt durch die Gesellschaft für Reaktorsicherheit werden mögliche Unfallfolgen von bis zu 14.500 Soforttoten und 104.000 späteren Todesfällen angegeben. Auch könnte laut Gesellschaft für Reaktorsicherheit eine Fläche bis zu 5.600 Quadratkilometern so stark kontaminiert werden, dass 2,9 Millionen Menschen evakuiert werden müssten.

Kohlenstoffdioxid-Emissionen

Kernkraftwerke erzeugen im laufenden Betrieb zwar kein CO₂. Jedoch ist der Energieeinsatz bei der Herstellung der Kraftwerke, bei ihrem Betrieb (bei Kernkraftwerken einschließlich Brennstoffbeschaffung und Abfallentsorgung) und bei ihrem Abriss grundsätzlich mit CO₂-Freisetzungen verbunden. Der Wissenschaftliche Dienst des Deutschen Bundestages^[8] kommt durch Vergleich unterschiedlicher Quellen zum Schluss, dass zwischen 16 und 23 Gramm CO₂ pro erzeugter kWh Atomstrom freigesetzt werden. Das ist außerordentlich wenig im Vergleich zu Kohlekraftwerken: Gegenwärtig beträgt der CO₂-Ausstoß pro kWh Strom bei Steinkohle ca. 950 g/kWh und bei Braunkohle ca. 1150 g/KWh. Ein Kohlekraftwerk erzeugt also etwa 80-mal mehr klimaschädliches Kohlendioxid pro erzeugter Energieeinheit als ein Kernkraftwerk.

Die insgesamt über den gesamten Lebenszyklus freigesetzte CO₂-Menge ist bei Kernkraftwerken deutlich geringer als bei Erzeugung der gleichen Strommenge mittels konventioneller (fossil gefeuerter) Kraftwerke. Annähernd gleich hohe CO₂-Reduktionsfaktoren können mit Windkraft- und Wasserkraftwerken erreicht werden, während andere Erneuerbare Energien, insbesondere die Fotovoltaik, nur kleinere CO₂-Reduktionsfaktoren erreichen.

Die CO₂-Emissionen bei Kernenergie hängt ab vom Urangehalt des Erzes – pro Tonne Uranoxid fallen derzeit zwischen 1000 und 40.000 Tonnen Abraum an – und dem gewählten Verfahren der Urananreicherung. Die Begrenztheit des Urans bedingt, dass zunehmend Erze mit immer geringerem Urangehalt als Brennstoffe aufbereitet werden. Damit steigen bei Verwendung nicht CO₂-neutraler Energiequellen für Uranabbau und -anreicherung die CO₂-Emissionen pro kWh Strom. Zu bedenken ist, dass keine der Studien vollständig die CO₂-Emissionen vor und während der Stromerzeugung sowie danach, bei Entsorgung und Lagerung bilanziert. Weiter ist anzumerken, dass keine der zitierten Studien die Verbesserung der Abbrand-Parameter neu konzipierter Kernkraftwerke, wie z.B. des EPR, berücksichtigt, die zu einer Senkung des Uran-Einsatzes bei gleichbleibender Leistung führt.

Nicht alle Kraftwerke erzeugen im Betrieb CO₂, jedoch entsteht bei der Herstellung, beim Betrieb und bei ihrem Abriss grundsätzlich auch klimaschädliches CO₂. Die insgesamt (über den gesamten Lebenszyklus) freigesetzte Menge ist sehr unterschiedlich, wie die folgende Tabelle zeigt. Die rot unterlegten Felder zeigen, dass in Deutschland die Kohlekraftwerke nur 47 %, also nicht einmal die Hälfte der gesamten elektrischen Energie erzeugen, aber über 80 % des dabei erzeugten Kohlendioxids CO₂ verursachen. Der Anteil, den Kernkraftwerke bei etwa gleicher Gasamtleistung indirekt beitragen, ist mit 0,7 % verschwindend gering. In den beiden rechten Spalten ist die aktuelle Verteilung im Nachbarland Frankreich gegenübergestellt.

Kraftwerksart	CO2-Emissionen pro kWh in Gramm [9]	Anteil der gesamten el. Energie (2007) in Deutschland[10]	Anteil an der CO2 -Erzeugung aller Kraftwerke in Deutschland	Anteil der gesamten el. Energie (2007) in Frankreich	Anteil an der CO2 -Erzeugung aller Kraftwerke in Frankreich
Wasserkraft	4 - 13	4,3 %	0,06 %	8,8 %[11]	1,2 %
Windenergie	8 - 16	6,2 %	0,12 %	0 %
Kernkraftwerk	16 - 23	22 %	0,7 %	86,6 %[12]	27,8 %
Photovoltaik	20 - 100	0,5 %	0,1 %	0 %
Erdgas GuD	410 - 430	11,7 %	8,1 %
Erdöl	890	1,3 %	1,9 %
Steinkohle	790 - 1080	22,8 %	35,3 %	4,6 %[13]	71 %
Braunkohle	980 - 1230	24,5 %	44,9 %
andere (Müll, Biomasse..)	(geschätzt: 800)	6,7 %	8,9 %
Strommix in Deutschland (2007)	604

Quellen: Süddeutsche Zeitung 2007^[14], Bundesministerium BMWI, World Nuclear Association^[15]

Welche Einsparungen durch politische Vorgaben möglich sind, zeigt der Vergleich der Kraftwerkparks der Nachbarländer Frankreich und Deutschland: Obwohl auch in Frankreich CO₂ durch die 15 Kohlekraftwerke freigesetzt wird, ist die Gesamtmenge erheblich geringer, wie die folgenden Tabelle zeigt. Nach Angaben der EDF^[16] werden 95 % der elektrischen Energie in Frankreich CO₂-frei erzeugt. Bei fast gleicher elektrischer Gesamtenergie produziert man in Frankreich nicht einmal 10 % des in Deutschland freigesetzten Klimagases CO₂.

Staat	Gesamterzeugung aller Kraftwerke in TWh	Strommix g pro kWh	Gesamt-CO2 in 109 kg	Anzahl der großen thermischen Kraftwerksblöcke	Anzahl der Kernkraftwerksblöcke
Deutschland	636,5	604	384	≈70	17
Frankreich[17]	610,6[18]	61	37	15	58

Kritik

Transparent des deutschen Umweltministeriums zum Atomausstieg

Die Nutzung der Kernenergie zur Erzeugung von elektrischem Strom wird von der Anti-Atomkraft-Bewegung und darüber hinaus von den Grünen, der Linkspartei, mit Abstrichen der SPD sowie – je nach Umfrageergebnissen und ihrer Interpretation – von etwa der Hälfte der Bevölkerung abgelehnt.^[19][20][21] Die Kritiker sind der Auffassung, dass der Betrieb von Kernkraftwerken sowie deren Ver- und Entsorgung mit Kernbrennstoff unverantwortliche Sicherheitsrisiken bergen.

Bereits bei der Uranförderung werden hochgradig gesundheitsgefährdende radioaktive Stoffe wie Radon in großen Mengen freigesetzt. Die Geschichte des Uranbergbaus auf dem Gebiet der DDR z. B. habe nachweisbare Krebserkrankungen der Anlieger und Arbeiter zur Folge gehabt. Drei Viertel der Uranvorräte liegen unter indigenen Territorien und haben seit den vierziger Jahren auf allen Kontinenten indigene Kulturen zerstört. Strahlende Abraumhalden verseuchen Boden und Grundwasser, Haut- und Lungenkrebs, Leukämie und Missgeburten kennzeichnen die betroffenen Regionen ^[22]. Der mangelnde Schutz der anliegenden Bevölkerung vor diesen Gefahren stellt eine Verletzung von Menschenrechten dar. Diese Tatsachen werden häufig ignoriert, wenn die Atomenergie im Rahmen der Klimaschutzdebatte als „grüne“ und „nachhaltige“ Energie dargestellt wird. Hingegen wird von Kritikern oft vernachlässigt, dass die entstehenden Abfallprodukte, z.B. im Vergleich zum Kohlenstoffdioxidausstoß von Kohlekraftwerken, gut kontrollierbar sind.

Anlagen zur ²³⁵Uran-Anreicherung, wie die deutsche Urananreicherungsanlage Gronau, könnten auch zur Herstellung von Kernwaffen-fähigem Material, mit einem Anteil von 80 % ²³⁵U, verwendet werden. Der Betrieb von Kernkraftwerken sei unsicher, da eine Katastrophe wie im Kernkraftwerk Tschernobyl nicht auszuschließen sei und es auch sehr häufig – wenn auch meist nur kleinere – Störfälle gebe, bei denen teilweise Radioaktivität freigesetzt werde. Insbesondere die Folgen eines Auslegungsüberschreitenden Störfalls (Super-GAU) seien nicht verantwortbar, da ganze Regionen unbewohnbar würden.

Möglicherweise hat auch der Normalbetrieb von Kernkraftwerken Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Eine epidemiologische Studie im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz im Jahr 2007 zeigte eine signifikant erhöhte Leukämie-Rate bei Kindern in der Nähe (fünf Kilometer) von Kernkraftwerken.^{[23][24][25][26][27]} Danach erkrankten von 1980-2003 im 5km-Umkreis um die Kernkraftwerke in Deutschland 37 Kinder neu an Leukämie – im statistischen Mittel wären es 17 Kinder gewesen. Über die Interpretation dieses Befundes herrscht keine Einigkeit. Während die Autoren der Studie der Auffassung sind, dass die von deutschen Kernkraftwerken im Normalbetrieb emittierte ionisierende Strahlung wegen der um ein vielfaches höheren natürlichen Strahlenbelastung nicht als Ursache in Betracht kommt^[24], gelangt das externe Expertengremium des BfS zur KiKK-Studie zur Überzeugung, dass aufgrund des besonders hohen Strahlenrisikos für Kleinkinder sowie der unzureichenden Daten zu Emissionen von Leistungsreaktoren dieser Zusammenhang keinesfalls ausgeschlossen werden kann. ^[28]

Darüber hinaus wird die Entsorgung der hoch radioaktiven Brennelemente als ungesichert angesehen, da diese sehr hohe Halbwertszeiten haben (²³⁹Pu beispielsweise 24 000 Jahre). Der Transport in Castor- und anderen Behältern sei wegen möglicher Unfälle ebenfalls nicht sicher. Bei der Wiederaufarbeitung extrahiertes Plutonium könne zur Herstellung von Kernwaffen verwendet werden. Außerdem gebe es insbesondere aus der Wiederaufarbeitungsanlage Sellafield viele Medienberichte, dass dort unkontrolliert Radioaktivität ausgetreten wäre und die benachbart wohnenden Familien mit einigen Fällen von darauf zurückzuführenden Leukämie-Erkrankungen ihrer Kinder und Senioren konfrontiert seien ^[29].

Aufgrund der hohen Halbwertszeit gehen Atomkraftgegner davon aus, dass der Zeitraum, in dem radioaktiver Abfall in einem Endlager aufbewahrt werden müsste, unüberschaubar sei und es deswegen kein sicheres Endlager geben könne.

Ein Terroranschlag auf ein Kernkraftwerk, z. B. gezielter Flugzeugabsturz – könne katastrophale Folgen haben. ^[30]

Deutsche Kernkraftwerke haben keine Haftpflichtversicherung für einen GAU. Die Folgekosten eines GAUs müsste der Staat, d. h. der Steuerzahler, übernehmen. Der Preis für Atomstrom ist ohne diese Versicherung und weiterer externer Kosten nicht real, weil viel zu niedrig. ^[31][32]

Das Wissen über Nutzung der Kernkraft erhöht auch die Gefahr eines u. a. terroristischen Einsatzes von Nuklearwaffen. Deutlich wird dies an der Problematik der Kernkraftnutzung im Iran und Nordkorea. John Large, ein führender Atomenergie-Experte Großbritanniens meint: Jedes zivile Nuklearprogramm eignet sich per se dazu, ein Waffenprogramm zu verbergen (...) In vielen Bereichen ist die militärische von der zivilen Nutzung kaum zu unterscheiden. Abdul Qadir Khan betrieb einen Schwarzhandel für Atomenergie.^[33]

Der Einsatz von Kernenergie zur Stromerzeugung senkt laut Verbraucherschützer den Strompreis für den Privatverbraucher praktisch nicht, da dadurch der Strompreis nur 50 Cent im Monat billiger wird (berechnet für Deutschland).^[34]

Einzelnachweise

1. ↑ Absatz zu Sprachgebrauch von Befürwortern und Lobbyisten vers. Atomkraftgegner nach Christopher Schrader: Aufschwung der Atome, Süddeutsche Zeitung, 4. Juni 2008, Seite 18
2. ↑ ^{a b} Gesetz zur geordneten Beendigung der Kernenergienutzung zur gewerblichen Erzeugung von Elektrizität beim BMWi
3. ↑ Landkreis Schwandorf: WAA Wackersdorf 1980 - 1989, www.landkreis-schwandorf.de (26. Oktober 2006)
4. ↑ Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren Deutsches Atomgesetz auf der Bundesrechtseite bundesrecht.juris.de
5. ↑ ZEIT: Strahlende Schmarotzer
6. ↑ Magazin für erneuerbare Energien: Atom-Rückstellungen
7. ↑ http://www.zukunftslobby.de/Tacheles/prognstu.html Abschätzung der Schäden durch einen sogenannten „Super-GAU“] Studie der Prognos AG Basel von 1992
8. ↑ Summarische Darstellung der verschiedenen Bilanzen von SZ, WNA und Ökoinstitut nach CO₂-Bilanzen verschiedener Energieträger im Vergleich, Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages, 2007
9. ↑ Summarische Darstellung der verschiedenen Bilanzen von SZ, WNA und Ökoinstitut nach CO₂-Bilanzen verschiedener Energieträger im Vergleich, Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages, 2007
10. ↑ http://bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/energiestatistiken,did=180894.html Energiestatistik
11. ↑ [1]
12. ↑ [2]
13. ↑ [3]
14. ↑ Summarische Darstellung der verschiedenen Bilanzen von SZ, WNA und Ökoinstitut nach CO₂-Bilanzen verschiedener Energieträger im Vergleich, Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages, 2007
15. ↑ Life cycle analysis: external costs and greenhouse gases
16. ↑ [4]
17. ↑ [5]
18. ↑ [6]
19. ↑ Forsa-Umfrage für Bundesumweltministerium, August 2006
20. ↑ Forsa-Umfrage für “Bild am Sonntag”, Januar 2007
21. ↑ TNS Emnid Umfrage für N24, Juli 2008
22. ↑ Claus Biegert, Süddeutsche Zeitung, Nr. 213, 12.09.2008, Seite 16
23. ↑ Deutsches Kinderkrebsregister
24. ↑ ^{a b} Epidemiologische Studie zu Kinderkrebs in der Umgebung von Kernkraftwerken – im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz 2007, PDF, 13 MB
25. ↑ taz.de: Höhere Krebsgefahr im AKW-Umkreis (10.12.2007)
26. ↑ taz.de: Experten uneins über AKW-Gefahr (11.12.2007)
27. ↑ Welt Online: Bundesamt für Strahlenschutz im Zwielicht
28. ↑ bfs.de: Stellungnahme des externen Expertengremiums des BfS zur KiKK-Studie (10.12.2007)
29. ↑ IEER (Artikel auf Englisch): Leukemia Clusters Near La Hague and Sellafield
30. ↑ spiegel.de: Terroranschlag auf Atomkraftwerk Biblis würde Berlin bedrohen
31. ↑ Wolfram Krewitt und Barbara Schlomann (2006): Externe Kosten der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Vergleich zur Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern, Gutachen von DLR, Institut für Technische Thermodynamik und Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung für das Bundesumweltministerium
32. ↑ atomhaftpflicht.de: Sofort volle Haftpflichtversicherung für die deutschen Atomkraftwerke!
33. ↑ spiegel.de: Experten warnen vor neuen Terrorgefahren durch Atom-Comeback
34. ↑ spiegel.de: VERBRAUCHERSCHUTZ: Stromkunden sparen mit Atomkraft nur 50 Cent im Monat

Literatur

• Armin Hermann / Rolf Schumacher (Hrsg.): Das Ende des Atomzeitalters?, Verlag Moos & Partner München, 1987, ISBN 3-89164-029-3 (Eine sachlich-kritische Dokumentation, von 26 Autoren, davon 17 Akademikern aus den Naturwissenschaften und 7 aus den Geisteswissenschaften)

Siehe auch

 Portal: Kernenergie – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Kernenergie

Weblinks

• Atomkraft – ja bitte! Die Zeit vom 17. April 2008

Pro Kernenergie

• Das Bundeswirtschaftsministerium informiert über Kernenergie in Deutschland
• Kernenergie-Portalseite mit Links zu verschiedenen Organisationen
• Kernenergie bei der Technologie-Transfer-Initiative an der Universität Stuttgart

Kontra Kernenergie

• Das Bundesumweltministerium informiert über Kernenergie
• Seite von Greenpeace Deutschland, die Argumente gegen die Nutzung der Kernenergie aufführt
• Artikel gegen die aktuelle und zukünftige Nutzung der Kernenergie vom Umweltinstitut München (November 2004)
• Atomkraft in Deutschland und Europa Fakten und Debatte, vom Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland
• Kritische Betrachtung der Energiebilanz heutiger Kernkraftwerke (englisch)
• PDF der Bundestagsfraktion Bündnis90/DieGrünen, das Argumente gegen einen Ausbau der Kernkraft aufführt