Kernenergie: Sollten wir sie nutzen?

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Aktualisiert am: 14 Dec 2020

Warum Kernkraft?

Kernenergie verursacht im Vergleich zu fossilen Brennstoffen, wie Kohle und Gas, fast keine CO₂-Emissionen .

Image of Emissionen in CO₂-Äq. von 100% Kernkraft vs. heutiger Energiemix

Emissionen in CO₂-Äq. von 100% Kernkraft vs. heutiger Energiemix

Darüber hinaus stellt die Kernkraft zuverlässig elektrische Energie bereit, wenn sie benötigt wird .

Aufgrund seltener, aber sehr sichtbarer, Unfälle gibt es Widerstände gegen die Kernkraft. Angesichts einer so komplexen Herausforderung wie dem Klimawandel lohnt es sich, unsere Optionen sorgfältig abzuwägen. Wir wollen nicht vorschnell entscheiden und eine mögliche Lösung ausschließen! Um dies zu tun, müssen wir zuerst verstehen, wie die Kernkraft funktioniert.

Wie bekommen wir Energie aus der Spaltung von Atomen?

Hast du von Einsteins „E = mc2“ gehört? Diese Gleichung besagt, dass wir Masse in Energie umwandeln können (und umgekehrt)! Genau dort kommt die Energie aus einem Kernkraftwerk her.

Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen . Protonen und Neutronen befinden sich im Zentrum des Atoms (dem sogenannten „Kern“). Protonen haben eine positive Ladung, Elektronen eine negative Ladung und Neutronen überhaupt keine Ladung .

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Helium

Wenn du das Periodensystem kennst, weißt du, dass dort jedes Element durch die Anzahl der Protonen definiert ist. Allerdings können Atome des gleichen Elements mit der gleichen Anzahl an Protonen eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen besitzen – diese Atome werden Isotope des Elements genannt.

Die Kernkraft basiert heute auf der Kernspaltung, d. h. einige Isotope bestimmter Elemente spalten sich, wenn sie mit einem Neutron beschossen werden.

In Kernreaktoren verwenden wir derzeit Uran-235 (U-235), ein Isotop von Uran, das 92 Protonen und 143 Neutronen hat . Das Isotop wird Uran-235 genannt, da die Summe der Protonen und Neutronen 235 beträgt.

Wenn man auf U-235 ein Neutron feuert und der Kern sich spaltet, erhält man :

  • Zwei kleinere Atome
  • Ein paar Neutronen (bis zu 5, aber im Durchschnitt 2,5; die Anzahl ist bei jeder Spaltung zufällig )
  • Etwas Energie in Form von Wärme. Hier erhalten wir unsere Energie!
Image of Uran spalten

Uran spalten

Was ist der Unterschied zwischen einer Atombombe und einem Kernkraftwerk?

Ein Neutron bewirkt, dass sich ein U-235 Atom spaltet und Energie sowie weitere Neutronen freigesetzt werden. Diese neuen Neutronen können dazu führen, dass mehr U-235 gespalten wird und der Prozess wiederholt sich. Wenn du also viele U-235 Atome an einem Ort bündelst, bekommst du

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eine nukleare Kettenreaktion

Wenn jede Spaltung zwei oder mehr Spaltungen verursacht, wird die gesamte Energie sehr schnell freigesetzt, was im Grunde bei einer Atombombe der Fall ist. Bei Kernreaktoren wollen wir, dass jede Spaltung im Durchschnitt genau eine weitere Spaltung verursacht. Dadurch bleibt die Reaktion stabil und konstant .

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Stabile nukleare Kettenreaktion

Ein schnelles Neutron mit viel Energie wird mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem U-235 Kern abprallen, ohne es zu spalten. Wenn das Neutron jedoch zu langsam ist, treten die Reaktionen exponentiell auf. Daher müssen wir aufpassen, wie sehr wir die Neutronen verlangsamen.

Image of Explosionen vermeiden

Explosionen vermeiden

Um Neutronen zu verlangsamen, fügen wir einen Moderator hinzu. Die meisten der heutigen Kernreaktoren verwenden Wasser als Moderator , aber es gibt auch andere Lösungen (mehr dazu im nächsten Kapitel).

Wie erhalten wir dadurch elektrische Energie?

Nochmal zur Erinnerung: Bei jeder Spaltung eines U-235 Atoms wird Wärmeenergie freigesetzt. Und in heutigen Atomkraftwerken wird Wasser als Moderator eingesetzt.

Druckwasserreaktoren (DWR) bestehen aus zwei Wasserkreisläufen. Der erste, sogenannte Primärkreislauf, nimmt die Wärmeenergie aus der Spaltung auf.

Image of Druckwasserreaktor - Schritt 1

Druckwasserreaktor - Schritt 1

Das heiße Wasser fließt anschließend durch ein Rohr, welches zu einem weiteren Wasserkreislauf führt .

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Druckwasserreaktor - Schritt 2

Das Wasser des zweiten Kreislaufes verdampft. Der Dampf treibt dann eine Turbine an. Dieser letzte Teil des Prozesses ist genau wie in einem Kohlekraftwerk.

Image of Druckwasserreaktor - Schritt 3

Druckwasserreaktor - Schritt 3

Ist die Kernkraft sicher?

Alles, was wir oben beschrieben haben, sind Probleme. Lass uns jetzt, soweit wie möglich, die Zahlen betrachten.

Image of Sicherheit der Kernkraft gegenüber Kohle

Sicherheit der Kernkraft gegenüber Kohle

Schreckliche Unfälle ereigneten sich 2011 in Fukushima und 1986 in Tschernobyl . Entgegen der landläufigen Meinung sind nukleare Unfälle jedoch äußerst unwahrscheinlich und verursachen insgesamt weit weniger Todesfälle als fossile Brennstoffe (vor allem, weil die Verbrennung fossiler Brennstoffe für gefährliche Luftverschmutzung verantwortlich ist) .

Image of Todesrate für unterschiedliche Energiequellen

Todesrate für unterschiedliche Energiequellen

Man kann jedoch mit Fug und Recht sagen, dass das Fachwissen im Bau von Kernreaktoren den Ländern hilft, auch beim Bau von Bomben besser zu werden .

Die andere Kehrseite der Kernspaltung ist der radioaktive Müll. Atommüll gibt es im Wesentlichen in zwei Formen:

  1. Abgereichertes Uran-238: Natürliches Uran besteht zu etwa 99,3% aus U-238 und 0,7% aus U-235 . Aber die Uranstäbe in den Reaktoren müssen 4-5% U-235 enthalten. Bei der Herstellung dieses angereicherten Brennstoffs lassen wir eine große Menge U-238 zurück. Glücklicherweise stellt dieser Abfall kein Risiko dar .
  2. Abgebrannter Brennstoff und andere radioaktive Abfälle: Nachdem eine bestimmte Menge des anfänglich 4-5%igen U-235 im angereicherten Kernbrennstoff verbraucht wurde, ist das verbleibende Material nicht mehr radioaktiv genug, um effizient genutzt zu werden . Es ist jedoch immer noch radioaktiv genug, um für Tausende bis Millionen von Jahren nach seiner Verwendung für Mensch und Natur gefährlich zu sein .
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Wichtigste Abfallarten aus der Kernkraft

Zurzeit gibt es in den USA 90.000 Tonnen abgebrannte Brennelemente (ein 20 Meter tiefes Fußballfeld) . Wir wissen zwar, wie diese Abfälle zwischengelagert werden können, aber wir haben noch keine langfristige Lösung gefunden . Im nächsten Kapitel werden wir mögliche Wege diskutieren, wie wir dieses Problem angehen und mehr Energie daraus gewinnen können!

Kernenergie ist teuer

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Kernenergie ist teuer

Abgesehen von der öffentlichen Wahrnehmung rund um die Sicherheitsaspekte der Kernkraft ist ein unbestreitbares Problem, dass der Bau neuer Kernkraftwerke teuer ist . Tatsächlich wird der Bau neuer Reaktoren in westlichen Ländern heute nicht mehr als rentabel angesehen .

Fazit

Kernkraft ist eine nahezu kohlenstofffreie und zuverlässige Energiequelle. Während es in den westlichen Nationen zu teuer ist, neue Kraftwerke zu bauen, setzen Länder wie China und Indien auf diese Technologie - und das ist gut für das Klima !

Die heutige Kernkraft hat ein Abfallproblem . Explosionen sind jedoch selten und verursachen vergleichsweise wenig Todesfälle, so dass die Kernenergie tatsächlich eine der sichersten verfügbaren Energieformen ist ! Während der Bau neuer Atomkraftwerke in der westlichen Welt unwirtschaftlich geworden ist , wird durch das Abschalten von Reaktoren, die wir bereits gebaut haben, lediglich eine sichere und nahezu kohlenstofffreie Alternative zur Kohle beseitigt .

Im nächsten Kapitel werden wir uns mit neuen Ideen in der Kernenergie befassen, die zur Lösung der Probleme beitragen könnten.

Nächstes Kapitel