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Fossile Energiesysteme, auch Atomenergie, haben ihre Blütezeit hinter sich; sie sind längst überholt. Erneuerbare Energiequellen dagegen sind unerschöpflich. Die Technologie, die es braucht, um erneuerbare Energiequellen zu nutzen, ist erprobt und wartet nur darauf, im grossen Stil angewendet zu werden. Wir brauchen keine Atomenergie. Im Augenblick gibt es nicht eine Energiekrise, sondern eine Paradigmen-Krise.
Eine umfassende Energie-Analyse des Nuklear-Systems zeigt, dass die Atomenergie weder das Problem der globalen Erwärmung noch das Problem zukünftiger Energieengpässe zu lösen vermag.
Das Nuklear-System
Ein Atomkraftwerk kommt nie allein: Ein grosser Komplex von in der Regel üblichen industriellen Prozessen ist nötig, um die Atomenergie aus dem Uran in der Erdkruste zu befreien und sie in eine nutzbare Form, in der Regel elektrische Energie, umzuwandeln. Dieser Komplex heisst Nuklear-System oder nukleare Prozess-Kette und kann in drei Teile zerlegt werden:
- Umwandlung des aus der Erdkruste gewonnenen Uranerzes in Brennelemente für den Atomreaktor.
- Bau des eigentlichen Atomkraftwerks; Unterhalt und Betrieb des AKW während seiner Betriebszeit.
- Handhabung des radioaktiven Abfalls, Ausserbetriebnahme und Rückbau des (radioaktiven) Atomreaktors und «Endlagerung» des Atommülls.
Jeder dieser drei Teile umfasst diverse industrielle Prozesse. Jeder Prozess benötigt elektrische Energie, fossile Treibstoffe, Materialien und Chemikalien und emittiert Kohlendioxid (CO2). Der Atomreaktor selber ist in Tat und Wahrheit das einzige Glied in der Prozesskette, das kein Kohlendioxid freisetzt.
Emission von Treibhausgasen durch das Nuklear-System
In unserer Studie haben wir die CO2-Emissionen des Nuklear- Systems untersucht. Über die Emission von anderen Treibhausgasen, insbesondere FCKW (Fluor-Chlor- Kohlenwasserstoffe), die ganz bestimmt und erst noch in beträchtlichem Umfang auch vorkommt, sind keine Angaben verfügbar. Die Atomindustrie sollte es sich zur dringenden Aufgabe machen, diese Treibhausgas-Emissionen zu untersuchen und zu publizieren, statt unbesehen zu behaupten, die Atomenergie sei frei von solchen Emissionen. Wenn keine Daten existieren, so heisst das nicht, dass es keine Emissionen gibt.
Auf Grund unserer Untersuchung verursacht ein heutiges Nuklear-System etwa 90–140 g CO2-Emissionen pro Kilowattstunde. Die offiziellen Nuklear-Institute zitieren viel tiefere Emissionswerte: 3–40 g CO2-Äquivalent pro Kilowattstunde, inklusive andere Treibhausgase. Diese Angaben beruhen auf unveröffentlichten und darum nicht überprüfbaren Daten. Offensichtlich stützen sich die offiziellen Werte auf oberflächliche und unvollständige Analysen. Nur schon der Bau eines Atomkraftwerks trägt mit mindestens 14 g CO2/kWh zur über die gesamte Lebensdauer gemittelten Emissionsrate bei.
Wir weisen darauf hin, dass die offiziellen Institute, von denen die Behörden und die politischen Verantwortungsträger beraten werden, wie zum Beispiel die Internationale Atomenergie-Agentur (IAEA), die Nuklear- Energie-Agentur (NEA), die weltweite Nuklear-Vereinigung (World Nuclear Association, WNA) oder das Nuklear-Energie-Institut (NEI), ausdrücklich «Interessenvertretungen » und nicht zwangsläufig unabhängige Forschungsinstitute sind.
Anteil der Atomenergie am weltweiten Energiebedarf
Im Jahre 2005 produzierten alle Atomkraftwerke weltweit insgesamt etwa 10 Exajoule (2,8 Millionen GWh) elektrische Energie. Das sind etwa 15% der weltweiten Erzeugung (100%= 66 EJ, 1 Exajoule = 1018 Joule) an elektrischer Energie im 2005. Gesamthaft wurden der Erdbevölkerung etwa 455 EJ Energie zur Verfügung gestellt, inklusive «traditionelle Biomasse» (Holz, Mist, Stroh). Der Atomenergie-Anteil macht also gerade mal 2,2% des weltweiten Energiebedarfs aus.
Gewinnung von Uran
Uran findet man in der Natur in Form von vielen chemischen Verbindungen (Mineralien), die in unterschiedlichste Felsarten eingebettet sind. Um das Potenzial der Atomenergie in Bezug auf Energieversorgung und Klimabeeinflussung beurteilen zu können, muss man die physikalisch-chemischen Eigenschaften der uranhaltigen Vorkommen genauer betrachten.
Der Urangehalt der Gesteine variiert sehr stark. Die reichsten Erze enthalten etwa 20% Uran, das heisst 200 g Uran pro Kilogramm Gestein (200 g U/kg). Im Moment ist der weltweite Mittelwert etwa 1 g U/kg. Die schwächsten noch ausgebeuteten Erze enthalten bloss 0,1 g U/kg. Gewöhnlicher Granit enthält etwa 0,004 g U/kg. Je höher der Gehalt eines Vorkommens, umso seltener bzw. weniger mächtig ist das Vorkommen; das ist ein bekanntes Phänomen bei Mineralien in der Erdkruste. Die Verteilung von Uran in den bekannten Vorkommen der Erdkruste ist in Abbildung 1 dargestellt.
Die Gewinnung von Uran aus der Erdkruste erfordert eine ganze Abfolge von physikalischen und chemischen Prozessen. Jeder dieser Prozesse erfordert Energie- und Materialzufuhr und braucht technische Vorrichtungen: Je geringer der Urangehalt des Erzes, umso grösser sind diese Aufwendungen. Um 1 kg Uran aus einem Erz mit einem Gehalt von 1% zu gewinnen, müssen 100 kg Gestein verarbeitet werden. Wenn der Gehalt zehnmal kleiner ist, müssen für 1 kg Uran bereits 1000 kg Erz verarbeitet werden. Damit wird auch der Energieaufwand pro Kilogramm Uran zehnmal grösser.
Die Extraktion von Uran aus dem Wirtsgestein ist ein komplizierter chemischer Prozess. Der Aufwand an Energie und Chemikalien hängt in erster Linie von der Anreicherung des Erzes, in zweiter Linie aber auch von den geochemischen Eigenschaften des Felsmaterials ab. Zudem wird die Extraktion umso schwieriger, je geringer der Urangehalt des Erzes ist. Schwieriger bedeutet wiederum mehr Energie und mehr Chemikalien pro Kilogramm Uran.
Die Energieklippe
Die Menge an Energie, die aus 1 kg Natururan mit der natürlich vorhandenen Isotopen-Zusammensetzung gewonnen werden kann, hat im Wesentlichen einen festen Wert. Die Energie, die gebraucht wird, um das Uran aus dem Gestein zu isolieren, wächst mit sinkendem Urangehalt des Wirtsgesteins. Ab einem bestimmten Minimalgehalt ist der Energieaufwand gleich gross wie der Energiegewinn. Sinkt der durchschnittliche Gehalt unter 0,2 g Uranium pro Kilo Uranerz, dann liefert das Nuklearsystem netto keine Energie. Dieser Zusammenhang zwischen Netto-Energieproduktion und Gehalt des Uranerzes ergibt die «Energieklippe» und ist in Abbildung 1 dargestellt.
Uranvorräte
Die potenzielle Grösse und Lebensdauer des weltweiten Parks an Atomkraftwerken ist begrenzt durch die Verfügbarkeit von Uranvorräten mit «Netto-Energiegehalt». Jetzt kommen wir an den entscheidenden Punkt.
Wie Abbildung 1 zeigt, sind die grössten Uranvorräte in Gesteinen enthalten mit besonders geringen Urankonzentrationen; das ist ein bekanntes Phänomen bei Metallerzen.
Wir unterscheiden zwischen «weichen» und «harten» Uranerzen; letztere heissen so, weil sie schwerer abzubauen und zu mahlen sind. Dabei konsumieren sie mehr Energie und mehr Material als «weiche» Erze. Erze mit geringem Urangehalt sind tendenziell «hart». In Abbildung 1 wurde das Diagramm mit der «Energieklippe» auf eine Grafik projiziert, welche die globalen Vorräte an ausbeutbarem Uran darstellt. Dabei zeigt sich, dass die grössten bekannten Vorkommen am nächsten zur «Energieklippe» liegen. Nicht die Menge an Uran in der Erdkruste bestimmt das globale Potenzial an spaltbarem Material, sondern die Qualität der Vorkommen, aus denen das Uran gewonnen wird.
Erschöpfung der Uranvorräte
Um einen Anhaltspunkt zur Beurteilung des zukünftigen Potenzials der Atomenergie zu bekommen, wurden zwei einfache Szenarien verwendet:
Szenario 1: Die weltweite Kapazität der Atomkraftwerke bleibt konstant auf dem gegenwärtigen Niveau von 370 GW(e=elektrisch). Dabei sinkt der Beitrag des Atomstroms zum weltweiten Energiebedarf bis zum Jahr 2050 unter 1%, während die globale Energienachfrage jährlich um 2 bis 3% steigt.
Szenario 2: Der Anteil des Atomstroms am globalen Energiebedarf bleibt konstant beim heutigen Wert von 2,2%. Die Kapazität der Atomkraftwerke muss weltweit um 2 bis 3% – also um 7,5 bis 10 GW(e) – pro Jahr steigen, um mit dem wachsenden Energiebedarf Schritt zu halten. Dieses Szenario entspricht dem Szenario «hoch» der IAEA im Jahr 2005.
In beiden Szenarien gehen wir davon aus, dass die Uranerze mit der besten Qualität als erste abgebaut werden, weil das für die Bergbaugesellschaften den grössten Gewinn abwirft. Das dürfte eine allgemein akzeptierte Annahme sein. Als Folge davon sinkt der durchschnittliche Urangehalt der verbleibenden Uranerz-Vorräte im Lauf der Zeit. Diese Feststellung hat schwer wiegende Konsequenzen im Hinblick auf die Emissionsrate von CO2 und die Netto-Energieproduktion der Atomkraft in der Zukunft.
Kohlendioxid-Ausstoss im Lauf der Zeit
Erze mit geringerem Urangehalt erfordern bei der Ausbeutung mehr Energieeinsatz. Deshalb wird pro Kilogramm Uran mehr CO2 freigesetzt. Während der mittlere Urangehalt der Erze im Lauf der Zeit sinkt, steigt die CO2-Produktion pro Kilogramm Uran. In etwa 70 Jahren (Szenario 1) bzw. 45 Jahren (Szenario 2) ist der CO2-Ausstoss der Atomkraftwerke grösser als jener der gasbefeuerten Kraftwerke (Abbildung 2).
Netto-Energie im Lauf der Zeit
Aus den oben erwähnten Gründen wird sich die Netto- Energie, die sich aus Uranerzen gewinnen lässt, im Lauf der Zeit reduzieren. Die Abnahme des mittleren Urangehaltes auf unter 0,1% innerhalb von drei Jahrzehnten hat einen markanten Abfall der Netto-Energie aus Uran zur Folge. Das Nuklear-System wird – je nach dem verwendeten Szenario – zwischen 2050 oder 2070 die «Energieklippe» überschreiten (Abbildung 3).
Ausblick
Beide Szenarien in dieser Arbeit basierenauf den gegenwärtig bekannten abbaubaren Vorräten an Uranerz. Gibt es Aussichten, dass noch weitere, bis jetzt unbekannte Vorräte entdeckt werden?
Es ist ziemlich sicher, dass weitere Uranvorkommen gefunden werden. Höhere Uranpreise machen zusätzliche Explorationsanstrengungen lohnend; weitere Exploration wird auch zu weiteren Vorkommen führen. Das ist der ökonomische Teil der Geschichte.
Die Uranvorkommen mit der besten Qualität, also die am einfachsten auffindbaren und am leichtesten zugänglichen (chemisch und physikalisch) und am besten abbaubaren Vorkommen, sind allesamt schon bekannt. Aus geologischer Sicht sind die Chancen, neue, grosse, qualitativ hochstehende Vorkommen zu finden, gering. Bis jetzt wurden keinerlei Hinweise publiziert, dass solche Vorkommen existieren. Sogar wenn ein reiches Vorkommen wie in Kanada (beispielsweise «Cigar Lake») entdeckt würde, könnte dieses bei der gegenwärtigen Nachfrage nur etwa 6 bis 7 Jahre lang hochqualitatives Uran liefern. Am wahrscheinlichsten ist, dass Erzvorkommen, die zukünftig entdeckt werden, eine noch geringere Energiequalität als die gegenwärtig bekannten Uranvorkommen haben. Deshalb ist also anzunehmen, dass neu entdeckte Uranvorräte noch näher an der Energieklippe liegen.
Die Reaktoren der Generation IV, ein bewegliches Ziel
Die Atomindustrie behauptet fest, neue Atomreaktortypen, genannt «Generation IV», seien einsatzbereit und würden alle Uran-Nachschubprobleme auf einen Schlag zum Verschwinden bringen. Die «Generation IV» ist eine neue Typenreihe mit geschlossenem Kreislauf, die früher «Brutreaktor» genannt wurde. Die «Brüter» wären imstande, etwa 60% der im natürlichen Uran enthaltenen Atome zu spalten, also hundertmal mehr als die aktuelle Reaktorgeneration.
Ein halbes Jahrhundert intensiver Forschung in sieben Ländern rund um den ganzen Globus und Investitionen von mindestens 100 Milliarden Dollar haben bisher nur bewiesen, dass das Brütersystem technisch nicht machbar ist. Sogar wenn die technischen Probleme sofort lösbar wären, so wäre der erste kommerzielle Brüter erst etwa 30 Jahre später am Netz. Also definitiv zu spät, um die Energieprobleme zu lösen.
Terroristen-Risiko
Die Verbreitung der Reaktoren der Generation IV würde eine grosse und unkontrollierbare Plutonium-Wirtschaft etablieren. Für jede Terroristengruppe wäre es ein Leichtes, genügend Plutonium abzuzweigen, um einen nuklearen Sprengsatz zu bauen. Sicherheitsgarantien und Verträge auf Papier können den (illegalen) Handel mit und den Diebstahl von Plutonium nicht verhindern.
Schlussbemerkungen
Demokratische Aspekte
Atomenergie ist nicht nur ein technisches Thema, sondern beinhaltet grundsätzliche demokratische Aspekte. Die Atomindustrie hat sich mit Geheimhaltung umgeben, aber Atomenergie betrifft die gesamte Gesellschaft. In einer Demokratie hat das Volk das grundlegende Recht, seine Entscheide in Kenntnis der echten Fakten und nicht auf der Grundlage von unvollständiger Information zu fällen.
Hinauszögern einer nachhaltigen Entwicklung
Die Finanzstruktur der Atomindustrie und damit der Atomenergie ist sehr undurchsichtig. Nur ein Teil der wahren Kosten wird wirklich veröffentlicht. Nur wenige Leute kennen die tatsächlichen Kosten der Atomenergie: also die Kosten, die die Gemeinschaft insgesamt zu bezahlen hat. Die «Langzeitlagerung» des Atommülls, die Ausserbetriebnahme und der Rückbau der Reaktoren (um nur einige Beispiele zu nennen) werden bei den publizierten Kosten des Atomstroms nicht oder ungenügend in die Rechnung einbezogen.
Lässt man sich auf ein neues Atomprogramm ein, so bezahlt man dies mit Investitionen in der Grössenordnung von einigen zehn Milliarden Euro und hat mindestens während der nächsten hundert Jahre hohe finanzielle Verpflichtungen. Ist ein neues Atomprogramm einmal gestartet, so ist es sehr schwer wieder zu stoppen. Die Atomenergie absorbiert einen unverhältnismässig grossen Anteil der verfügbaren Forschungs- und Fördergelder. Damit zögert sie die Entwicklung von nachhaltigen Energieoptionen noch weiter hinaus. Eine solche Verzögerung können wir uns schlicht nicht leisten.
Von Jan Willem Storm van Leeuwen, Ceedata Consulting, Holland, publiziert in „Energie & Umwelt“ 4/2006, S. 4-7 der Schweizerischen Energiestiftung SES.
Jan Willem Storm van Leeuwen (Magister der (Natur-)Wissenschaften, Physikalische Chemie, Technische Universität Eindhoven) ist beratender Wissenschaftler bei der Consulting-Firma Ceedata. Zudem arbeitet er für die Offene Universität Heerlen, für die er Ausbildungslehrgänge für Chemie-Lehrpersonen entwickelt. Storm van Leeuwen ist Sekretär der holländischen Vereinigung des Club of Rome. Die Hauptgebiete seiner Arbeit als Experte sind Risiko-Analyse und Lebens-Zyklus- Analysen von Energiesystemen, wobei er sich auf Aspekte der Nachhaltigkeit konzentriert. Typisch für seine Beratungsarbeit ist, dass er komplexe Systeme durchschaubar und wesentliche Daten für Entscheidungsträger und Politiker zugänglich macht. Seit den Achtzigerjahren befasst er sich mit Nukleartechnik.