Die Kernenergie Frage

Nachdenken über Kernenergie

In Deutschland ist das Thema Kernenergie abgehakt, eine konservative Regierung hat das Aus bis 2022 beschlossen. Warum sollte man dann noch über Kernenergie nachdenken? Weil es auch eine neue Bewegung gibt, die sich die CO2-freie Zukunft auf die Fahnen geschrieben hat und nicht ganz wörtlich "CO2 nein Danke!" sagt. 

Die Lösung für die Menschheit wird langfristig, wenn man in Jahrtausenden denkt, die Solarenergie sein, bis dahin müssen wir aber nochmals Überlegen warum früher "Atomkraft nein Danke!" auf den Fahnen stand. Und es gibt einen Ausweg aus dem Dilemma "teure Energie oder CO2 Problem": Thorium flüssig Salz Reaktor.

Die großen Probleme der Kernenergie

Liest man sich durch die Literatur der Kernenergie, und als ehemaliger Anhänger der Grünen und als Physiker habe ich da einigen Hintergrund, dann findet man drei zentrale Fragen:

• Wie sicher ist ein Reaktor
• Wie leicht werden Atomwaffen verbreitet
• Wie funktioniert Endlagerung

Ich will mit dem zweiten Aspekt beginnen, weil dieser besonders überraschend ist. 

Für mich ist es immer noch ein Wunder, dass über 75 Jahre nach Hiroshima und Nagasaki diese beiden militärisch eingesetzten Atomwaffen die einzigen blieben.

Atombomben

Wir wissen, dass eine einzige Atombombe genügt, hunderttausend Menschen den Tod zu bringen!

Es gibt zwei Akteure, die an diesen Waffen Interesse haben können, das sind Staaten und Terrororganisationen. 

Jeder Staat, der Atomwaffen besitzen will, kann sich diese durch ein technisches Entwicklungsprogramm beschaffen. Er benötigt dazu entweder Zentrifugen, um eine Uranbombe zu bauen oder einen Reaktor um eine Plutoniumbombe zu bauen. Es ist festzuhalten, dass nur sehr wenig Länder diese, sehr teuren, Anstrengungen unternommen haben, neben den fünf ständigen Mitgliedern des UNO-Sicherheitsrats (USA, Russland, China, Frankreich, England) haben vier weitere Atomwaffen:

• Israel, vermutlich nicht selbst entwickelt, sondern von den USA bekommen
• Pakistan, selbst entwickelt, einziges islamisches Land mit Kernwaffen
• Indien
• Nordkorea

Alle anderen Länder haben entweder das Interesse daran verloren, etwa Südafrika oder die Staaten Südamerikas oder haben Waffen sogar zurückgegeben wie die Ukraine nach der Auflösung der UDSSR!

Terroristen können offensichtlich keine Atomwaffen heimlich selbst bauen oder erwerben, sonst hätten wir längst einen entsprechenden Anschlag gesehen. Das ist der Stand auf einer Welt, die seit 60 Jahren die Kernenergie friedlich in ca. 400 Reaktoren nutzt. 

Warum Terrororganisationen keinen Zugriff auf Atomwaffen haben liegt an drei Gründen:

• Atomwaffen werden sehr gut geschützt und offensichtlich sogar bei der etwas chaotischen Auflösung der UDSSR gingen keine verloren
• Die Herstellung erfordert sehr hohes technisches und physikalisches Wissen sowie umfangreiche Arbeiten, die schwerlich geheim zu halten ist. Außer bei den Anschlägen vom 11. September 2001 waren nie mehr als 20 hoch motivierte und zum Tode bereite Personen bei einem Anschlag beteiligt
• Die Bearbeitung von radioaktivem Material aus Kernreaktoren erfordert umfangreiche Labore  die nicht heimlich aufgebaut werden können.

Damit halte ich die Verminderung des Risikos der Proliferation durch den Verzicht auf Kernkraftwerke als schwaches Argument für den Verzicht auf Kernenergie.

Radioaktivität und Reaktorsicherheit

Die Radioaktivität kann biologische Schäden verursachen, bei sehr hohen Strahlendosen kann es auch zum Tod oder Spätfolgen, etwa Krebs, kommen. Es ist daher sinnvoll, den Kontakt mit Radioaktivität zu vermeiden. Allerdings sind Menschen aufgrund der Höhenstrahlung und des Kaliumgehalts in ihren Knochen, die das natürlichen Isotops K40 enthalten, selbst immer einer gewissen radioaktiven Strahlung ausgesetzt. Dass wir trotzdem gesund bleiben können, liegt an unseren Zellen, die mit dieser Strahlung und vielen anderen Substanzen gut umgehen können.  

Eine der schwierigsten Fragen in der Biologie ist, ob es eine Schwelle gibt ab der Radioaktivität unproblematisch ist. Es gibt Forschungsergebnisse, die zeigen, dass Menschen die keinerlei Strahlung ausgesetzt sind sogar ein schwächeres Immunsystem haben und daher gesundheitlich gefährdet sind. Interessanterweise wurde früher Radioaktivität sogar in der Medizin eingesetzt, ich will nicht behaupten, dass das wirklich sinnvoll war. 

Radioaktive Verseuchung

Das Atomzeitalter hat uns einen Begriff gebracht, der die radioaktive Kontamination beschreibt: 

radioaktiv verseucht

Der Begriff wurde von Militärs geprägt, um Menschen davor zu warnen, nicht in Gebiete zu gehen, in denen eine Atombombe abgeworfen wurde. Und damit sind wir mitten im Kalten Krieg.

Biologische Seuchen sind für Menschen mit das Schlimmst, was es gibt, eine Seuche wird von Krankheitserregern verursacht und kann sich rasend über eine Bevölkerung ausbreiten. Pest und Cholera waren die Schrecken bis ins 20. Jahrhundert schlechthin. Eine Seuche basiert aber auf einen Keim, der von Mensch zu Mensch weitergegeben wird, sich vermehrt, und dann sein unheilvolles Werk anrichtet. Wie Corona uns aktuell plagt, ist bekannt.

Radioaktivität ist keine Seuche!

Das liegt daran, dass die Radioaktivität sich nicht vermehrt wie ein Keim, sondern "nur" vor sich hin strahlt. 

Man kann der Strahlung ausweichen, indem man Abstand hält und indem man vermeidet radioaktive Partikel aufzunehmen. 

Im Kalten Krieg war es aber erwünscht, dass die Menschen maximale Angst vor Radioaktivität haben, denn umso stärker ist die Abschreckung von Atomwaffen! Umso höher die Chance, dass diese nicht zum Einsatz kommen. Atomwaffen töten hauptsächlich durch die Explosion und die Hitze, nur wenige Prozent der Opfer wurden durch die Radioaktivität dahingerafft. 

Das zeigt sich auch daran, dass heute die Städte Hiroshima und Nagasaki lebendige japanische Städte sind. Zudem sei erwähnt, dass im Kalten Krieg mehrere tausend Atomwaffentests, zu einem großen Teil auch oberirdisch, durchgeführt wurden. Der Pazifische Ozean wurde dadurch etwas radioaktiv kontaminiert, was die kuriose Folge hat, dass man den zusätzlichen Eintrag an Radioaktivität durch den Reaktorunfall Fukushima praktisch nicht messen kann, da er die Radioaktivität des Meerwassers nur um 1% erhöht hat. 

Reaktorunfälle

Bisher gab es drei wesentliche Unfälle in Kernkraftwerken, die in der breiten Öffentlichkeit wahrgenommen wurden und die zu politischen Entscheidungen zur friedlichen Nutzung geführt haben.

• Harrisburg Three Mile Island (Keine Todesopfer)
• Tschernobyl, ungewöhnlicher Graphitreaktor  (4000 Todesopfer)
• Fukushima, drei zerstörte Reaktoren (Keine Todesopfer)

Betrachtet man die Bilanz, dann stellt man mit großem Erstaunen fest, dass im Lauf von 50 Jahren weltweit weniger Todesopfer durch Kernkraftwerk-Unfälle aufgetreten sind als durch den Autoverkehr an einem Tag!

Faktisch sind selbst die schlimmsten Unfälle in Kernkraftwerken von ihrer Auswirkung moderat. Das wusste man vor 50 Jahren nicht, als die Anti Atom Bewegung startete. Die Erfahrung aus dem Betrieb ist der beste Nachweis für Sicherheit.

Radioaktive Abfälle

Bei der Kernspaltung entstehen zwei Arten von Atomkernen, einmal die Spaltprodukte und Transurane wie Plutonium. 

Die Spaltprodukte sind leichte Kerne, da sie wie der Name schon sagt, durch die Spaltung eines Urankerns entstehen. Da diese Kerne noch etwas zu viel Neutronen haben, zerfallen sie durch ß-Strahlung relativ schnell. Nach wenigen (5-10) Jahren ist die Aktivität so weit abgeklungen, dass man die Brennstäbe weiterbearbeiten kann, nach hundert Jahren ist von der Aktivität der Spaltprodukte fast nichts mehr vorhanden. Dieser Teil ist also nicht für die Endlagerproblematik verantwortlich.

Problematisch sind die Transurane, insbesondere Plutonium (P239), das eine Halbwertszeit von 24000 Jahren hat. Hält man ein metallisches Plutonium-Stück in der Hand, so fühlt es sich warm an und ist nicht direkt gefährlich, da die Alfa-Strahlung nicht durch die Haut dringen kann. Allerdings hat man damit ein Material in Händen, aus dem man eine Atombombe bauen könnte. Nicht zuletzt aus diesem Grund erzeugen viele Reaktoren dieses Element in nennenswerten Mengen, da es der Rohstoff für zehntausende von Atombomben war. 

Die weltweit jemals erzeugte Menge an Plutonium ist aber erstaunlich gering, in der UDSSR wurden 180 Tonnen und in den USA 80 Tonnen erzeugt. Der gesamte hochaktive Atommüll würde in einen einzigen kleinen Öltanker passen. 

Entsorgung der Abfälle

Aktuell werden die meisten Abfälle zwischengelagert, das finde ich eine gute Lösung, da es damit möglich ist, die "Abfälle" in Zukunft weiter als Brennstoff zu verwenden. Zudem hat ein Zwischenlager den Vorteil, dass Substanzen, die aktuell zwar nicht verwertet werden können aber durch neue Technologien in Zukunft eine Rolle spielen, leicht entnommen werden können.

Ein Endlager sollte erst dann geplant werden, wenn man sich sehr sicher ist, dass man die Substanzen wirklich nicht mehr benötigt. Wie bereits hingewiesen, sind die absoluten Mengen sehr klein und erfordern daher wenig Lagerplatz.  

Verwendung der "Abfälle"

Aktuell gibt es mindestens zwölf neuartige Reaktortypen, die die vorhandenen Reste aus den bestehenden Kernkraftwerken weiter nutzen können. Zudem können Reaktoren gebaut werden, die zukünftig keine langlebigen Abfälle mehr erzeugen, und damit das Problem der Endlagerung vermeiden.

Integration der Kernenergie

Aktuell werden in Deutschland bereits 46% des elektrischen Stroms aus erneuerbaren Quellen erzeugt. Der größte Teil der Energie wird aber immer noch aus Stein- und Braunkohle erzeugt. Diese Brennstoffe erzeugen bei der Verbrennung CO2, das eindeutig die Erde erwärmt. Auf Dauer muss daher die Verbrennung von Kohle beendet werden. 

Es wäre schön, wenn man jetzt einfach die "restlichen" 54%, noch nicht aus erneuerbaren Quellen erzeugte Energie, durch Wind und Sonne ersetzen würde. Das geht aber nicht, ohne, massiv Energiespeicher einzusetzen. Das bedeutet, entweder wir akzeptieren einen gewissen Anteil von fossilen Brennstoffen oder wir nehmen enorme Kosten für (Langzeit-) Speicher in Kauf. 

Die Alternative ist allerdings, wir ersetzen einen Teil der Produktion durch Kernenergie, die völlig CO2-neutral produziert. Damit kann die Kernenergie den Speicherbedarf deutlich reduzieren und es bleibt eine sichere Energiequelle, die auch nachts oder im Winter, verfügbar ist.

Neue Reaktoren

Werfen wir jetzt einen Blick auf die verfügbaren Kernreaktoren. Die Allermeisten sind Siedewasserreaktoren, in die ein Bündel aus Brennstäben hängt, das nach relativ kurzer Zeit, ca. 2 Jahre, ausgetauscht werden muss, da die 3% aktives Uran 235 soweit verbraucht sind (1% Rest), dass sie nicht mehr weiter abbrennen. Das bedeutet, 98% des Urans wird in einem Kernreaktor überhaupt nicht genutzt!

Wie kann man das besser machen? Indem man einen Reaktor entwickelt, der zum einen praktisch den gesamten Brennstoff nutzt und der zudem keine gefährlichen Transurane, insbesondere Plutonium erzeugt. Das geht tatsächlich, wenn man als Brennstoff nicht Uran, sondern Thorium verwendet. Thorium gibt es in sehr großen Mengen und fällt, nebenbei bemerkt, als Abfallprodukt bei der Produktion von seltenen Erden an. 

Aus Thorium kann man keine Atombombe bauen, da es nicht spaltbar ist, ein sehr großer Vorteil!

Der Reaktor arbeitet mit einem "Trick", das Thorium kann Neutronen einfangen und wird zu Uran 233, ein Atomkern der spaltbar ist und im Schnitt 2,4 Neutronen erzeugt. Ein Neutron verwandelt ein weiteres Thorium Atom in Uran 233 um (genaugenommen über Pa233 mit Beta Zerfall), das andere Neutron dient zum Spalten eines weiteren U233.

Durch geschicktes Design brennt so ein Reaktor fast 50 mal so lange, bis er den Brennstoff aufgezehrt hat, als ein normaler Atomreaktor. 

Es wurde interessanterweise so ein sicherer Reaktor bereits 1954 gebaut, um Langstreckenbomber anzutreiben. Mit der Entwicklung der Atomreaktoren verlor das Militär daran jedes Interesse, weil der Reaktor eben kein Plutonium produziert. 

Thorium Reaktoren sind die Lösung!

Thorium Reaktoren sind die Lösung für unser Energieproblem, da sie folgende Vorteile bieten:

• Die Reaktoren sind Kompakt, etwa Containergröße
• Der Thorium Bedarf pro Person bis zum Lebensende kostet nur 100 Euro 
• In den Reaktoren herrscht kein hoher Druck, da sie mit flüssigem Salz arbeiten wie viele Solarkraftwerke
• Die vorhandenen Plutonium-Abfälle können in diesen Reaktoren verbrannt werden
• Es entstehen keine Stoffe, die zum Bau von Kernwaffen geeignet wären
• Die Reaktoren können in Serie gefertigt werden, vergleichbar Pkw Produktion, und sind daher sehr preiswert
• Ein Reaktor enthält weniger Bauteile als ein moderner Dieselmotor
• Da nur kurzlebige Nuklide entstehen, fällt das Endlagerproblem weg
• Ein Reaktorunfall ist nicht möglich, da er inhärent physikalisch sicher ist
• Die Reaktoren liefern 24h durchgängig Strom
• Die Container mit je 100 MW thermischer Leistung, etwa 50 MW elektrische Leistung, können dezentral genutzt werden
• Die Thorium Vorräte reichen viele Jahrtausende

Nachteil: Die meisten Menschen verstehen zu wenig von Physik, um das zu verstehen und werden damit diese perfekte Lösung für unser Energieproblem ablehnen, weil sie von der Anti-Atombewegung verblendet sind.

Doch, wo Gefahr ist, wächst das Rettende!

Weitere Informationen zu dieser Reaktortechnik findet sich etwa bei https://www.copenhagenatomics.com/ ein sehr gutes Forscherteam, das die konkrete Reaktorentwicklung vorantreibt.
Und ein Blick auf die Kernfusion mit ITER