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Kernenergie

Definition: Energie, die mit Hilfe nuklearer Reaktionen gewonnen wird

Englisch: nuclear energy, nuclear power

Kategorien: Grundbegriffe, Kernenergie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 01.05.2011; letzte Änderung: 03.11.2018

Als Kernenergie (auch Atomenergie oder nukleare Energie) bezeichnet man Energie, die bei nuklearen Reaktionen freigesetzt wird. In der Regel ist hiermit die zivile Nutzung gemeint. Allerdings eignet sich Kernenergie auch zur militärischen Nutzung in Kernwaffen (Atomwaffen).

Die wichtigste Art der Kernenergienutzung ist die Erzeugung elektrischer Energie in Kernkraftwerken. Diese enthalten einen Kernreaktor, in dem die Kernspaltung eines geeigneten Kernbrennstoffs durchgeführt wird. Dabei entsteht eine große Menge von Wärme, die mit Hilfe einer Dampfturbine teilweise in mechanische Energie und in einem Generator schließlich in elektrische Energie umgewandelt wird. Kleinere Kernreaktoren sind geeignet zum Antrieb von Schiffen und U-Booten, ebenso zur Erzeugung von Prozesswärme für die Industrie. Gelegentlich wird Kernenergie zur Energieversorgung von Satelliten genutzt, und zwar insbesondere für Spionagesatelliten und für solche Satelliten, die weit von der Sonne entfernte Planeten erkunden (wo die Nutzung von Photovoltaik schwierig ist). Der Rest dieses Artikels bezieht sich im Wesentlichen auf die großtechnische Kernenergienutzung, vor allem zur Stromerzeugung.

Es ist denkbar, dass zukünftige Generationen eine andere Form der Kernenergie nutzen werden, nämlich die Kernfusion. Entsprechende Forschungsarbeiten werden seit Jahrzehnten mit großem Aufwand betrieben, jedoch scheitert die Nutzung dieser Art von Kernenergie zumindest für die nächsten Jahrzehnte an der fehlenden technischen Machbarkeit. Deswegen bezieht sich dieser Artikel im Weiteren allein auf die Kernenergie aus Kernspaltung.

In sehr kleinem Rahmen lässt sich Kernenergie auch ohne Kernspaltung und Kernfusion nutzen, indem man lediglich die Wärme nutzt, die bei spontanen radioaktiven Zerfällen entsteht. Dies geschieht insbesondere in Radionuklidbatterien. Die dafür nötigen kurzlebigen Strahler müssen meist sehr aufwendig in Kernreaktoren hergestellt werden und sind deswegen extrem teuer.

Charakteristika der Kernenergie

Im Vergleich zu anderen Energiequellen, etwa basierend auf fossilen Energieträgern, bietet die Kernenergie einige gewichtige Vorteile:

  • Die Energiedichte von Kernbrennstoffen ist extrem groß, so dass ein Kernreaktor sehr große Energiemengen mit Hilfe von recht geringen Mengen von Brennstoff liefern kann. Dies bedeutet, dass relativ geringe Mengen von Brennstoffen gewonnen, verarbeitet und transportiert werden müssen. Dies wird ein Stück weit dadurch relativiert, dass Uranerze meist nur sehr geringe Konzentrationen von Uran enthalten, wodurch die zu fördernden Erzmengen wie auch die Mengen von problematischem (radioaktivem) Abraum weitaus höher sind als die gewonnene Menge von Kernbrennstoff. Außerdem wird meist hauptsächlich der geringe Anteil von Uran 235 genutzt (nur ca. 0,7 % des Natururans). Trotzdem haben die Bergbauaktivitäten, die für z. B. für den einjährigen Betrieb eines Kernkraftwerks notwendig sind, einen sehr kleinen Umfang im Vergleich zu denen für ein Kohlekraftwerk.
  • Deswegen sind Kernbrennstoffe bezogen auf die enthaltene Energiemenge auch sehr preisgünstig im Vergleich zu fossilen Brennstoffen; in der Tat spielen die Brennstoffkosten bei den Gesamtkosten nur eine untergeordnete Rolle.
  • Eine weitere positive Folge der hohen Energiedichte ist, dass große Energiemengen auf kleinem Raum gespeichert und leicht transportiert werden können. Dies erlaubt es, die Abhängigkeit von Brennstofflieferungen zu vermindern.
  • Die Energiegewinnung aus Kernspaltung setzt keine klimaschädlichen Abgase frei – jedenfalls nicht direkt, und auf indirekte Weise (→ graue Energie) nur in relativ geringen Mengen. Auch sonst dürfte die Umweltbelastung durch den Betrieb eines Kernkraftwerks, solange kein schwerer Störfall eintritt, ziemlich gering sein.

Auf der anderen Seiten hat die Kernenergienutzung auch schwere Nachteile:

  • Der Betrieb von Kernreaktoren bringt große Gefahren mit sich. Schwere Reaktorunfälle können große Gebiete derart radioaktiv kontaminieren, dass sie auf lange Zeit unbewohnbar werden. Der Artikel über Reaktorsicherheit behandelt diese Thematik.
  • Bei der Gewinnung von Kernbrennstoffen, insbesondere beim Uranbergbau, treten häufig erhebliche Schäden in der Umgebung auf. Radioaktiver Abraum wird oft unter freiem Himmel gelagert, wird vom Wind verbreitet und führt zu erhöhter Strahlenbelastung in einem weiten Umkreis. Allerdings dürften diese Schäden immerhin gering sein beispielsweise im Vergleich zu denen durch die Förderung von Erdöl, und sie könnten mit entsprechendem Mehraufwand deutlich reduziert werden.
  • Abgebrannter Kernbrennstoff ist hochradioaktiv und extrem gefährlich. Da ein Teil dieses radioaktiven Abfalls extrem langlebig ist, bleibt diese Gefährlichkeit für hunderttausende von Jahren bestehen. Deswegen ist es notwendig, den Atommüll für sehr viele Generationen sicher am Eindringen in die Biosphäre zu hindern. Die extrem langen Zeiträume machen diese Langzeitlagerung sehr problematisch und umstritten; es handelt sich um eine Art von Ewigkeitskosten.
  • Wenn abgebrannter Kernbrennstoff wiederaufgearbeitet wird, entstehen dabei zusätzliche radioaktive Emissionen und Gefahren der Handhabung. Andererseits wird dann weniger Natururan benötigt, so dass die mit dem Uranbergbau und der Urananreicherung verbundenen Gefahren und Umweltbelastungen reduziert werden.
  • Die zivile Atomenergienutzung lässt sich schwer zuverlässig von der militärischen Nutzung trennen. Ein ziviles Atomprogramm eines Staates ist die praktisch unabdingbare Voraussetzung für den heimlichen Beginn eines Atomwaffenprogramms, da sie ein Alibi für die Beschaffung diverser Materialien und Apparate bietet und Anlagen verschafft, mit denen beispielsweise Uran hoch angereichert oder Plutonium erbrütet werden kann. Nur der weltweite Ausstieg aus der Kernenergienutzung könnte also eine hohe Sicherheit geben, dass keine Atomwaffenprogramme unentdeckt vorangetrieben werden können. Dagegen würde eine langfristige weltweite Nutzung der Kernenergie voraussichtlich den Einstieg in eine Plutoniumwirtschaft mit vielen Brutreaktoren bedingen, was das Proliferationsrisiko noch wesentlich steigern dürfte.
  • Kernkraftwerke und andere Einrichtungen zur Kernenergienutzung sind zusätzlich gefährlich durch die Möglichkeit terroristischer Anschläge. Denkbar ist nicht nur das Auslösen eines schweren Atomunfalls in einem Kraftwerk, sondern auch die Entwendung von hochradioaktivem Material zwecks Bau einer “schmutzigen Bombe”.
  • Die Gefahren der Atomenergienutzung bzw. die dagegen notwendigen Maßnahmen haben zum Teil demokratiepolitisch bedenkliche Wirkungen.

Betreffend die Kosten der Kernenergienutzung ergibt sich ein gemischtes Bild. Dies wird im nächsten Abschnitt behandelt.

Kosten der Kernenergienutzung

Der Einstieg in die Kernenergienutzung vor einigen Jahrzehnten erfolgte mit der Erwartung, man würde extrem billige Energie im Überfluss erhalten (“too cheap to meter” – Stromzähler werden überflüssig). Diese Erwartung ist längst widerlegt. Es hat sich gezeigt, dass die Investitionskosten vor allem für Kernkraftwerke über viele Jahre nicht etwa mit zunehmender Erfahrung gesunken, sondern sogar ständig weiter gestiegen sind – zum guten Teil durch erhöhte Sicherheitsanforderungen, die sich aus den gemachten Erfahrungen ergaben. Die Gesamtkosten werden durch diese Investitionskosten und die damit verbundenen Kapitalkosten dominiert, während Brennstoffkosten und andere Betriebskosten keine große Rolle spielen.

Neue Kernkraftwerke können heute in den wenigsten Ländern finanziert werden, da einerseits die Kosten enorm gestiegen sind und andererseits sehr langfristige Investitionen in einem zunehmend durch Privatisierung und Wettbewerb geprägten Umfeld schwieriger geworden sind. Hinzu kommt zunehmend die Konkurrenz der zum Teil rapide billiger werdenden erneuerbaren Energien. Aus diesen Gründen haben neue Bauprojekte weltweit nur dort eine Chance, wo die Politik den Großteil der finanziellen Risiken den Betreibern abnimmt und der Allgemeinheit aufbürdet. Die Verteuerung, die der Emissionshandel bei fossilen Energieträgern mancherorts verursacht, reicht bei Weitem nicht aus, um Kernkraftwerke konkurrenzfähig zu machen.

Von den gebauten Kernkraftwerken wurde bisher erst ein kleiner Teil außer Betrieb genommen und rückgebaut. Von daher gibt es für die Kosten des Rückbaus der Kraftwerke erst relativ wenig Erfahrung. Die hierfür in der Betriebszeit gemachten Rücklagen sind in verschiedenen Ländern sehr unterschiedlich, und es besteht die Sorge, dass sie in vielen Fällen nicht ausreichen werden und die Allgemeinheit dann für die Kosten aufkommen muss.

Die Kosten der Langzeitlagerung der radioaktiven Abfälle sind nicht bekannt und stark umstritten. Naturgemäß können diese Kosten nicht bestimmt werden, bevor ein definitives Endlagerungskonzept vorliegt, und ein solches existiert noch fast nirgends. Ein gewichtiger Aspekt für die Kosten dürfte sein, ob die Rückholbarkeit der Abfälle gewährleistet werden soll.

Ebenfalls sind diverse externe Kosten schwer quantifizierbar, beispielsweise die Kosten durch schwere Nuklearunfälle und die weltweit übliche indirekte Subventionierung durch die kostenlose Übernahme eines großen Teils des Unfallrisikos durch die Allgemeinheit. (Der Artikel über Reaktorsicherheit diskutiert diesen Aspekt.) Andererseits sind die externen Kosten fossiler Energie ebenfalls sehr schwer ermittelbar und wegen der Klimagefahren womöglich sehr hoch, und die Nutzung erneuerbarer Energien ist ebenfalls oft kostspielig.

Ist eine nachhaltige Kernenergienutzung möglich?

Theoretisch wäre das Ziel der Nachhaltigkeit mit einer modernen Form der Kernenergienutzung erreichbar. Hierfür müssten Kernreaktoren eingesetzt werden, die einerseits die nuklearen Brennstoffe weitaus effizienter nutzen können und andererseits weniger langlebige radioaktive Abfälle erzeugen. Dies ist im Prinzip mit schnellen Brutreaktoren möglich, nicht jedoch mit den heute fast ausschließlich genutzten Leichtwasserreaktoren. Allerdings würden Brutreaktoren zwar zentrale Probleme der Kernenergie wesentlich vermindern, dafür aber andere erhöhen, insbesondere die Gefahr schwerer Reaktorunfälle und die der Weiterverbreitung von Atomwaffen. Hierfür wirksame Lösungen zu finden, erscheint sehr schwierig. Ein Gesamtkonzept, welches eines wirklich nachhaltige Kernenergienutzung erlauben würde, ist aufgrund solcher Schwierigkeiten anscheinend noch nicht gefunden worden.

Weltweite Nutzung der Kernenergie; Zukunftsaussichten

Rund 30 Länder weltweit nutzen die Kernenergie zur Stromerzeugung. In einigen Ländern wird ein relativ großer Teil der elektrischen Energie so gewonnen; mit Abstand führt hier Frankreich, das rund 80 % seiner elektrischen Energie so erzeugt. Im weltweiten Durchschnitt dagegen liegt dieser Anteil bei 16 %.

Verglichen mit dem gesamten Energieumsatz (nicht nur für elektrische Energie, sondern auch Wärme etc.) ist der globale Anteil der Kernenergie recht gering: Weltweit deckt die Kernenergie zur Zeit 2,5 % des Endenergiebedarfs ab, oder rund 6 % der Primärenergie. Von daher würde beispielsweise ein relevanter Beitrag der Kernenergie zum Klimaschutz voraussetzen, dass die entsprechenden Kapazitäten massiv ausgeweitet werden. Hiermit ist aber bis auf weiteres nicht zu rechnen. Zwar werden zur Zeit in einigen Ländern neue Kernkraftwerke gebaut, jedoch wird diese Zahl nicht annähernd ausreichen, um auch nur die Außerbetriebnahme alter Kraftwerke zu kompensieren. Die weltweite Stromerzeugung durch Kernenergie dürfte also vorerst abnehmen (selbst wenn nur wenige Länder einen konsequenten Atomausstieg praktizieren), während der gesamte Energieumsatz immer noch deutlich zunimmt. Eine Umkehr dieser Tendenz erscheint unwahrscheinlich, da nicht nur die Akzeptanz der Kernenergienutzung vor allem durch die Katastrophen von Tschernobyl und Fukushima gelitten hat, sondern auch die massiv gestiegenen Kosten für den Neubau von Kraftwerken die Wirtschaftlichkeit in Frage stellen.

Eine Prognos-Studie [4] kam bereits in 2009 zu dem Resultat, dass eine Renaissance der Kernenergie zumindest bis 2030 nicht zu erwarten ist. Vielmehr wurde erwartet, dass die Zahl der weltweit betriebenen Kernkraftwerke bis 2030 um ca. 29 % zurückgehen wird und dass ein Großteil der bis 2030 angekündigten Neubauprojekte nicht realisiert werden wird. Das Fukushima-Unglück dürfte diese Entwicklung noch erheblich beschleunigen; bereits in mehreren Ländern wurden Neubauprojekte auf Eis gelegt oder definitiv aufgegeben. Der World Nuclear Industry Status Report 2017 [5] berichtet detailliert über die Aufgabe von Kernenergie-Projekten in vielen Ländern, massive Probleme mit vielen aktuellen Bauprojekten weltweit und über dramatische Kursverluste der Aktien von Firmen, die Kernkraftwerke bauen oder betreiben. Die wenigen in Europa zur Zeit vorangetriebenen Projekte leiden allesamt unter enormen Problemen [2].

Literatur

[1]Extra-Artikel: Was lernen wir aus dem Atom-Desaster von Fukushima?
[2]Blog-Artikel: Atomprojekt Hinkley Point C: der Grundstein für zwei milliardenschwere Debakel ist gelegt
[3]Irrtümer und Propaganda zum Thema Kernenergie
[4]Studie "Renaissance der Kernenergie?", Prognos, 09/2009
[5]M. Schneider and A. Froggatt, "World Nuclear Industry Status Report 2017"

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Kernkraftwerk, Kernreaktor, Kernspaltung, Kernbrennstoff, Kernbrennstoffsteuer, Wiederaufarbeitung, Radioaktivität, Radionuklidbatterie, Kernfusion, Atomenergie oder Kernenergie, Atomausstieg
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, Kernenergie

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