01.05.1999

Entwicklungsperspektiven der Kernenergie

Essay von Friedrich Burtak

Friedrich Burtak und Astrid Gisbertz plädieren für einen rational begründeten, realistischen Energiemix.

Quantität und Qualität der zukünftigen Nutzung der Kernenergie wird durch den steigenden Energiebedarf der wachsenden Weltbevölkerung sowie dem Leitbild der nachhaltigen Entwicklung auf der Basis des Umweltschutzes und der Ressourcenschonung bestimmt. In den letzten drei Jahrzehnten hat sich der Weltenergiebedarf verdoppelt. An der Schwelle zum nächsten Jahrtausend zeichnet sich eine Fortsetzung dieser Tendenz ab. Dabei werden die notwendigen wirtschaftlichen Aufholprozesse der Schwellen- und Entwicklungsländer die Energienachfrage bestimmen: 1995 verfügte ein Viertel der Weltbevölkerung in den reichen Industrieländern über fast zwei Drittel der Primärenergie und über 80% der elektrischen Energie. Zwei Milliarden Menschen haben auch heute noch keinen Zugang zu kommerzieller Energie. Die International Energy Agency prognostiziert bis zum Jahr 2020 eine Steigerung der Nachfrage nach elektrischer Energie um 70%, bezogen auf das Jahr 1995.
Um diesen zukünftig benötigten Strombedarf decken zu können, wurde auf dem letzten Welt-Energie-Kongreß in Houston unterstrichen, daß alle heute bekannten und verfügbaren Energieträger additiv zu nutzten sind, ohne auf einen zu verzichten. Dem kann sich sicherlich auch keine rot-grüne Regierungskoalition verschließen, die gerne in lokalen Szenarien agiert, ohne dabei den Weitblick für globale Anforderungen zu zeigen.
Als ein zentrales Thema der globalen Umweltschutzes gewinnt die CO2-Problematik immer mehr an Bedeutung, da die befürchteten tiefgreifenden Auswirkungen einer Klimakatastrophe, bei der Millionen Menschen betroffen sein werden, es verbieten, hier leichtfertig und verantwortungslos ein Experiment mit dem Weltklima fortzuführen. Insbesondere die deutsche Regierung hat hier eine anspruchsvolle Position bezogen, indem sie zu mehr als zwei Dritteln an der Erfüllung des ”EU-Beitrags” beteiligt ist und im Jahr 2005 den CO2-Ausstoß um ca. 250 Mio. Tonnen CO2 gegenüber 1990 vermindern muß. Die Rückkehr zu allein fossilbefeuerten Kraftwerken ist hier nicht die Lösung. Die regenerativen Energien in Deutschland basieren im wesentlichen auf der Wasserkraft und erreichen einen Anteil von ca. 4,5% an der Stromerzeugung. Wind- und Sonnenenergie tragen nur 0,7% bzw. 0,002% bei. Auch im Hinblick auf Ressourcenschonung bietet sich Uran als Energieträger an, um Kohle, Öl und Gas vermehrt zu anderen Zwecken als zur Verbrennung nutzen zu können.

Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit

Anders als bei Gas- und Kohlekraftwerken ist der Strompreis bei der Kernenergie nur in geringem Maße vom Primärenergieträger abhängig, da dieser nur einen vergleichsweise niedrigen Anteil an den Gesamtkosten hat. Somit wirken sich starke Schwankungen des Uranpreises nur gering auf den Strompreis aus und machen die Kernenergie unabhängig von Preisentwicklungen auf internationalen Brennstoffmärkten, d.h. der Preis wird in Deutschland bestimmt und kann über lange Zeit konstant gehalten werden. Dieser Unabhängigkeit stehen hohe Anfangsinvestitionskosten in die Technik gegenüber, die eine langfristige Planung mit dem entsprechenden Weitblick auch für zukünftige Energiemarktentwicklungen erfordert. Auch eine Importabhängigkeit des Primärenergieträgers entfällt (selbst bei einem Uraneinfuhrstopp steht noch genügend Brennstoff zur Überbrückung von mehreren Jahren zur Verfügung), anders als bei Öl, Gas und Kohle, so daß die Kernenergie somit quasi zu den heimischen Energieträgern zählt.
Der Erhalt der Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit ist allerdings nicht allein eine nur am Kapitalmarkt orientierte Regelgröße. Unter dem Gesichtspunkt des effizienten Einsatzes der begrenzten Ressource ”Kapital” ist auch hier anzustreben, mit den verfügbaren und begrenzten finanziellen Mitteln die größte Wirkung im Hinblick auf die Sicherung des menschenwürdigen Überlebens der Erdbevölkerung in einer möglichst unzerstörten Natur und Umwelt zu erreichen.

Ideologiefreie Bewertung

Die Zukunft der friedlichen Nutzung der Kernenergie wird entscheidend davon geprägt sein, inwieweit künftige Generationen auf diese Art der Stromerzeugung nicht verzichten können. Die gegenwärtigen Perspektiven für die sogenannten Alternativen wie die Photovoltaik, Nutzung der Windenergie oder der Erdwärme erlauben es nicht, von einer hinreichenden Stromversorgung für die wachsende Weltbevölkerung durch diese Energieträger auszugehen. Die ausreichende Deckung der Nachfrage wird in der für uns überschaubaren Zukunft sowohl durch Verbrennung fossiler Brennstoffe als auch durch die Nutzung der Kernenergie sichergestellt werden.
Die Entscheidung über den erstrebenswerten Umfang der Kernenergienutzung muß hierbei auf der Basis dogmatismus- und ideologiefreier Abwägungsprozesse geführt werden. Wichtigste Richtlinie wird in Zukunft sein, wie mit dem Einsatz des verfügbaren Kapitals sowie der vorhandenen Technik und der Rohstoffe der größte Nutzen für die Menschen bei geringster Schädigung (entsprechend einer Nutzen-Kosten-Optimierung) der Umwelt erreicht werden kann.
Ideologisch basierte Diskussionen versperren den Blick auf die tatsächliche Zielsetzung und führen zu Entscheidungen, die nicht am vorrangigen Ziel eines optimierten Verhältnisses zwischen Nutzen und Kosten (= möglich geringe Umweltschädigung) orientiert sind. Als Beispiel sei hier die in Deutschland geführte Diskussion um die dezentrale Energieerzeugung genannt, die für sich genommen keinen anzustrebenden Wert darstellt. Die tatsächliche Zielsetzung hingegen ist eine möglichst umweltverträgliche Stromerzeugung. Der optimale Weg hin zu diesem Ziel kann unter Berücksichtigung der geographischen, klimatischen, technischen oder sozialen Gegebenheiten in einem Fall über eine zentrale Struktur über Großkraftwerk, im anderen Fall über eine dezentrale Struktur gehen.

Risikobewertung

Die künftige Bewertung des Restrisikos muß in stärkerem Maße als bisher den Nutzen der Kernkraft als einzig großtechnisch verfügbare, CO2-freie Stromerzeugung berücksichtigen. Demgegenüber sind die Risiken eines Verzichts abzuwägen. Ein weiterer starker Anstieg des weltweiten CO2-Ausstosses wird mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer globalen Klimaerwärmung führen, die große Herausforderungen an die Menschen des 21. Jahrhunderts stellen wird. Diese globalen Auswirkungen werden in den von Menschen überschaubaren Zeiträumen irreversibel sein. Somit ist zwischen dem fiktiven Restrisiko der Kernenergienutzung und dem weitaus wahrscheinlicheren Risiko eines geänderten Weltklimas abzuwägen.
Das vorhandene Restrisiko der Kernenergie wird durch die Weiterentwicklung der Technik sowie der administrativen Überwachung der Sicherheit weiter reduziert werden. Diese Entwicklung wird durch die vorhandenen Vorteile der Nutzung der Kerntechnik vorangetrieben werden. Deutsche Kerntechniker spielen dabei als Vorreiter in der Sicherheitsphilosophie besonders durch Ost-West-Partnerschaften eine wichtige Rolle.

Entsorgung radioaktiven Abfalls

Die Prinzipien der Entsorgung des radioaktiven Abfalls basieren zum einen auf der Verwirklichung eines geschlossenen Kreislaufes, zum anderen auf der unschädlichen Lagerung der Reststoffe außerhalb der auf die Menschen wirkenden Biosphäre.
In der Kerntechnik dachte man – beispielhaft für eine Großindustrie – als erstes in geschlossenen Stoffkreisläufen (Kernbrennstoffkreislauf), um die anfallenden Abfallstoffe, soweit technisch möglich, wiederzuverwerten. Die Energieträger Uran und Plutonium der abgebrannten Brennelemente werden in der Wiederaufarbeitung von den restlichen Spaltprodukten getrennt und können anschließend weiter zur Stromerzeugung verwendet werden. Diesem Prinzip der weitestgehenden Rezyklierung folgten erst später andere Industrien.
Die derzeit realisierten Entsorgungskonzepte für den verbleibenden Abfall sehen eine Endlagerung in tiefen geologischen Formationen vor, wobei eine künftige Gefährdung der Biosphäre, also unseres Lebensbereiches, für die Zukunft ausgeschlossen sein wird. Ein Endlager wie z.B. der Gorlebener Salzstock, der sich seit Millionen von Jahren nicht verändert hat, bietet den abgebrannten Brennelementen aus 200 Jahren Betrieb aller 19 deutschen Kernkraftwerke Platz.

Aktueller Stand der Technik

Für die Entwicklung neuer Kernkraftwerkstypen ist nicht so sehr der aktuelle Bedarf an Grundlastkraftwerken in Deutschland (Entscheidungen zum Reaktor-Neubau sind sicherlich erst in ca. fünf Jahren notwendig), sondern mehr der Erhalt bzw. die Weiterentwicklung des Fachwissens und des kompetenten Service für die nukleare Sicherheit der heute laufenden Kernkraftwerke von Bedeutung. Die Sicherheit im Bereich Kerntechnik wird nicht durch einmalige Spezifikation, Begutachtung und Betriebsgenehmigung erreicht. Die Betreiber sind vielmehr gehalten, während der gesamten Lebensdauer ihrer Anlagen den jeweiligen Stand von Wissenschaft und Technik sorgfältig zu prüfen und in die bereits genehmigten und laufenden Anlagen geeignet einzubringen. Know-how muß somit nicht nur in künftige Kernkraftwerke, sondern eben auch für die bestehenden Anlagen erhalten und fortentwickelt werden.
Zwei neue Reaktorlinien, der Druckwasserreaktor European Pressurized Water Reactor (EPR) und der Siedewasserreaktor SWR-1000, werden derzeit in Deutschland gemeinsam mit europäischen Partnern entwickelt. Sie erfüllen die Forderungen des im Jahre 1994 novellierten Atomgesetzes, die besagen, daß die Auswirkungen eines Kernschmelzunfalls auf die Anlage so zu begrenzen sind, daß keine schwerwiegenden Katastrophenschutzmaßnahmen mit Bevölkerungsevakuierung in der Anlagenumgebung notwendig werden. Dazu werden, zusätzlich zu den aktiven, bevorzugt passive, d.h. naturgesetzlich wirkende Sicherheitssysteme wie Schwerkraft oder Wärmeübertragung eingesetzt. Diese funktionieren unabhängig von menschlichen Eingriffen und der Versorgung mit Energie. Zusätzlich sind diese Reaktorlinien so ausgelegt, daß sie auch im liberalisierten Strommarkt konkurrieren können.
Der EPR entsteht als evolutionäre Entwicklung in deutsch-französischer Zusammenarbeit aus zwei erfolgreichen nationalen Baulinien und hat Ende 1998 die ”Basic Design” Phase abgeschlossen. Die Sicherheitssysteme sind beim EPR mehrfach redundant ausgelegt. Entsprechend den Vorgaben der unabhängigen Sicherheitskommissionen beider Länder werden Auswirkungen von außen, wie zum Beispiel der Absturz eines schnell fliegenden Militärflugzeuges, beherrscht. Die verfahrenstechnischen, mechanischen Systeme sind räumlich von den elektrotechnischen und leittechnischen Systemen getrennt. Passive Sicherheits- und Kühlsysteme gewährleisten, daß selbst bei einer Kernschmelze die Flutung und Kühlung sichergestellt ist und sich die Schmelze nicht ungehindert ausbreiten kann.
Unter Berücksichtigung ähnlicher Sicherheitssystemanforderungen wie beim EPR entsteht der SWR-1000 als innovatives Reaktorkonzept. Bereits im September 1998 wurde ein Antrag auf Prüfung nach dem deutschen Atomgesetz zu wesentlichen Aspekten des SWR-1000-Sicherheitskonzeptes an das Bundesamt für Strahlenschutz gestellt.
Auch die evolutionäre russische Leichtwasser-Reaktorlinie des WWER-640 zeichnet sich aufgrund einer inzwischen langjährigen Ost-West-Zusammenarbeit durch einen deutlich gehobenem Sicherheitsstandard aus.

Erweiterung der Nutzung

Bei stark steigendem Energiebedarf, wie z.B. in Japan, wird an einer notwendigen Erweiterung der bereits vorhandenen Nutzung herkömmlicher Reaktorkonzepte gearbeitet. So haben die Japaner am 10. November 1998 erstmalig Kritikalität des ersten japanischen Hochtemperaturreaktors erreicht. Besonders für Länder mit geringen Energierohstoffen bietet sich ein Reaktorkonzept mit hohem thermischen Wirkungsgrad (durch die hohe Kühlgastemperatur von bis zu 950*C) und einer guten Brennstoffausnutzung (günstige Eigenschaften der ”coated particles”) an. Möglichkeiten für den Wärmemarkt sowie die Erzeugung von Wasserstoff sind ebenfalls bedeutende Gesichtspunkte.
Der deutsche THTR wurde 1988 nach nur zweijährigem Betrieb und bald nach dem Reaktorunfall in Tschernobyl aufgegeben.

Schonung der Ressourcen

Das Leitbild der nachhaltigen Entwicklung der Energieversorgung gebietet sowohl den effektiven Gebrauch als auch die weitgehende Schonung der natürlichen Ressourcen. Die derzeitigen Kernkraftwerke nutzen in der Spaltreaktion im wesentlichen das Isotop 235U, das nur zu 0,7% im natürlichen Uran enthalten ist und vor Verwendung im Reaktor durch das Verfahren der Urananreicherung im Kernbrennstoff höher konzentriert wird. Ein nicht vernachlässigbarer Beitrag zur Energiegewinnung wird jedoch auch bei der gegenwärtigen Technik aus dem zwangsweise stattfindenden Brutprozeß gewonnen, bei dem das im Reaktor nicht spaltbare 238U durch kernphysikalische Prozesse in Plutonium umgewandelt wird. Dieses in jedem Kernkraftwerk erzeugte Plutonium wird schon während des Betriebs gespalten und trägt seinerseits zur Energiegewinnung bei.
Die verstärkte Einbeziehung des Isotops 238U in die Nutzung der Kernenergie ist zum einen über die Wiederaufarbeitung des verbrauchten Kernbrennstoffes möglich, zum anderen über weiterentwickelte Reaktoren, die in stärkerem Maße als bisher den Brutprozeß nutzen, um aus dem nur unzureichend verwerteten 238U-Spaltstoff zu erbrüten (Schneller Brüter).
Mit der Wiederaufarbeitung können die Spaltstoffe aus den abgebrannten Brennelementen gewonnen und der erneuten Nutzung zur Verfügung gestellt werden. Die natürlichen Vorräte an Uran lassen sich so um mehr als ein Drittel strecken. So läßt sich beispielsweise durch die Wiederaufarbeitung eines einzigen abgebrannten Brennelements eines deutschen Druckwasserreaktors soviel Energie gewinnen wie aus dem Verbrennen von ca. 10.000 t Steinkohle. Ein mit abgebranntem Kernbrennstoff beladener Castor-Behälter enthält damit Rohstoffe, aus denen soviel Strom erzeugt werden kann wie aus 200.000 t Kohle.
Derzeit betreiben in Europa die Länder Großbritannien und Frankreich in großtechnischem Maßstab Wiederaufarbeitungsanlagen. Die Kosten dieses aufwendigen Prozesses konkurrieren hierbei mit dem günstigen Preis für Natururan sowie mit der technisch einfacheren Entsorgung des abgebrannten Brennstoffs über die direkte Endlagerung.
Es wird jedoch nur eine Frage der Zeit sein, daß der Rohstoff- und Energiehunger der wachsenden Erdbevölkerung auf diesen Rohstoff in stärkerem Maße als bisher zurückgreifen wird. Es ist unwahrscheinlich, daß auf der einen Seite die fossilen Energievorräte mit immer höherem technischen Aufwand ausgebeutet werden (z.B. Nutzung von Ölschiefer oder Offshore-Bohrungen in immer tieferen Meeren), auf der anderen Seite aber mit jedem endgelagerten Brennelement das Energieäquivalent von mehreren Güterzügen voller Kohle unter der Erde verschwindet.
Der Einsatz von Reaktoren, die aus dem nicht spaltbaren 238U-Spaltstoff erbrüten, kann die für die Energiegewinnung durch Kerntechnik nutzbaren Rohstoffe um das Hundertfache vergrößern. Weltweit wurden bislang einige dieser sogenannten Brutreaktoren im Demonstrationsmaßstab gebaut, die derzeit mehr oder weniger erfolgreich arbeiten. Auch hier wird der wachsende Strombedarf und die begrenzte Reichweite anderer verfügbarer Rohstoffe dazu führen, daß der Zugriff auf diese Technik forciert wird und die noch existierenden technischen Probleme zügig gelöst werden.
Die Menschheit wird in Zukunft sicherlich alle offenstehenden Möglichkeiten zur Stromerzeugung und Energiegewinnung nutzen. Die Bewertung wird sich hierbei an den praktischen Vorteilen und dem Nutzen, wie z.B. der technischen Verfügbarkeit oder dem Vorhandensein der Rohstoffe, sowie am Leitbild der Nachhaltigkeit orientieren. Die Konsequenz hieraus wird eine verstärkte Nutzung der Kernenergie mit einer größeren Anzahl von Reaktoren sein, die bevorzugt in Ländern mit entsprechender Infrastruktur und der Möglichkeit der Einbindung solcher Großkraftwerke in die nationalen Versorgungsnetze zum Einsatz kommen werden.
Weltweit sind derzeit mehr als 400 Kernkraftwerke in Betrieb, über 40 im Bau und 15 in Planung. Das globale Zukunftsbild der Kernenergie wird durch moderne Reaktoren wie den EPR oder den SWR-1000, die Nutzung des Brutprozesses sowie der Wiederaufarbeitung geprägt sein. Dieser weltweite Trend wird durch eine zu wenig reflektierte Abwehrhaltung, wie sie in der aktuellen Ausstiegsdebatte in Deutschland zum Ausdruck kommt, höchstens kurzfristig und lokal beeinflußt werden.