Atomkraft, ja bitte! Wie bitte? – Seite 1

In einem Gastbeitrag plädiert der Informatiker Rainer Klute für neue Atomkraftwerke in Deutschland. 

Hinterher schimpften Kritiker über "Maßnähmchen", über einen "Schlag ins Gesicht von 1,4 Millionen Demonstranten", über ein Klimapaket "ohne Lenkungswirkung". Knapp zwei Wochen ist es her, dass die Bundesregierung bekannt gab, wie sie bis zum Jahr 2030 die Klimaziele einhalten will – und seit knapp zwei Wochen hagelt es Schelte: Ein bisschen CO₂-Steuer hier, ein wenig Ökostrom-Forderung da, obendrein günstigere Bahntickets – man muss kein "Fridays for Future"-Aktivist sein, um sich über dieses Stückwerk zu wundern. Denn tatsächlich gäbe es eine so viel wirksamere Maßnahme!

Deutschland braucht neue Atomkraftwerke.

© privat

Atomkraft? In Deutschland? Ist dieses Thema nicht spätestens mit dem Ausstiegsbeschluss von 2011 endgültig erledigt? Warum sollte sich das Land wieder Diskussionen über Kernenergie antun? Ganz einfach: Weil wir mit der CO₂-Bepreisung allein das Klima nicht retten werden. Und: Weil Physiker und Ingenieure in den vergangenen Jahren, unbemerkt von einer atomhysterischen Öffentlichkeit, gewaltige Fortschritte gemacht haben.

Inzwischen gibt es moderne Reaktoren, die Energie aus bereits angefallenem "Atommüll" gewinnen können. Allein aus den gebrauchten Brennelementen in den verschiedenen Zwischenlagern könnte Deutschland 250 Jahre lang komplett mit Strom versorgt werden. Die Reaktoren der sogenannten Generation IV würden damit nicht nur die Endlagerfrage lösen, sie würden auch die Menge des nutzbaren Urans um das 50- bis 80-Fache strecken, sodass es für Zehntausende Jahre Stromerzeugung reichen würde – und das alles klimafreundlich und emissionsfrei.

Wie geht das? Um dies anschaulich zu machen, muss man sich die Funktionsweise eines Kernkraftwerks in Erinnerung rufen: Im Reaktorkern werden Uran-Atomkerne gespalten. Dabei entsteht Wärme, mit der wiederum Wasser verdampft wird. Der Wasserdampf wird auf eine Turbine geleitet, die einen Generator antreibt, der Strom erzeugt. So weit, so gut. Oder eben auch nicht.

Denn ein Nachteil der bisherigen Leichtwasserreaktoren besteht darin, dass sie als Brennstoff Uran-235 benötigen, das aber nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Urans ausmacht.

Um eine kontrollierte nukleare Kettenreaktion in Gang zu setzen, werden die Brennstäbe mit Neutronen beschossen. Jede dadurch erzeugte Kernspaltung entlässt weitere Neutronen, die wiederum Kernspaltungen auslösen. Diese Kettenreaktion setzt unglaublich viel Energie frei. Ein einziges Gramm Uran liefert mehr Energie als die Verbrennung von zwei Tonnen Kohle.

Der Haken dabei ist: Die freien Neutronen, die "Antreiber" der Kettenreaktion, werden durch das Kühlwasser im Reaktor stark abgebremst. Das ist einerseits erwünscht, weil langsame Neutronen das Uran-235 leicht spalten. Allerdings bleibt der Großteil des Urans, das nicht spaltbare Uran-238, praktisch ungenutzt.

Aber was, wenn man statt Wasser ein anderes Kühlmittel verwendet – eines, das die Neutronen nicht so stark abbremst? Dann könnten die schnellen Neutronen auch das Uran-238 spalten – ein gewaltiger Vorteil! Nun, ein solches Kühlmittel gibt es: flüssiges Natrium. Reaktoren, die mit nicht abgebremsten Neutronen arbeiten, heißen "schnelle Reaktoren". Sie sind in verschiedenen Varianten seit den 1950er-Jahren in Betrieb, auch als Strom erzeugende Leistungsreaktoren.

Atommüll könnte zur Energiequelle werden

Uran-238 kommt in der Natur reichlich vor, es wird in Minen abgebaut. Auch die "abgebrannten" Brennelemente bestehen zum größten Teil aus Uran-238, und Anreicherungsanlagen lassen große Mengen abgereichertes Uran-238 zurück. Doch nicht nur Uran-238 wird in schnellen Reaktoren zum Brennstoff. Gerade der problematische Atommüll lässt sich verwerten: Die sogenannten Transurane – vor allem Plutonium – sind hochradioaktiv und zugleich so langlebig, dass man sie 300.000 Jahre lang lagern müsste, bis sie auf das niedrige Niveau des ursprünglichen Urans abgeklungen sind.

Beschießt man sie aber mit schnellen Neutronen und spaltet sie, minimiert sich diese Zeit für ihre Spaltprodukte auf ein Tausendstel. Sprich: Nutzen wir diesen Atommüll in modernen Kernkraftwerken als Brennstoff, ist die Radioaktivität der übrig bleibenden Reststoffe nach 300 Jahren nicht bedenklicher als das Uran, von dem sich ein paar Gramm in jedem Vorgarten finden. Bis dahin könnten wir diese Abfälle gut abgeschirmt in Castor-Behältern verwahren.

Das heißt: Der Atommüll, der über die vergangenen Jahrzehnte angefallen ist, könnte zur Energiequelle werden. Das Potenzial ist gewaltig. Allein aus den "abgebrannten" Brennelementen und dem abgereicherten Uran ließe sich die Bundesrepublik nicht nur komplett mit Strom versorgen – emissionsfrei und ohne ein einziges Gramm aus einer Uranmine. Denkbar ist ebenfalls, aus dem nuklearen Abfall Energie für Wärme- und synthetische Kraftstoffgewinnung zu schöpfen.

Natürlich gilt auch für die neuen Reaktoren: keine Technik ohne Risiko. Wer Natrium und seine heftige Reaktion mit Wasser oder Luft aus dem Chemieunterricht kennt, wird den Einsatz als Kühlmittel in Kernreaktoren für keine gute Idee halten.Doch der Eindruck täuscht: Natrium verbrennt mit relativ geringer Energiefreisetzung. Anders als viele glauben, bleiben Brände klein.

Bestes Beispiel dafür ist der russische Reaktor BN-600 im Kernkraftwerk Belojarsk. Nachdem er 1980 in Betrieb ging, kam es nach Angaben russischer Wissenschaftler in den ersten 14 Jahren zu 27 Natriumleckagen, davon sechs größere und 14 mit Bränden. Doch keiner davon führte zu größeren Sach- oder Personenschäden.

Atommüll in Deutschland

Nach dem Abschalten aller Kernkraftwerke gibt es folgende Menge an radioaktiven Abfällen

Quelle: BfE © ZEIT-Grafik

Aber kann man russischen Angaben über Pannen in Kernkraftwerken wirklich trauen? Die Statistik ist immerhin plausibel, denn die Anlage ließ sich jedes Mal reparieren und ist noch immer in Betrieb. Heute sind die Startschwierigkeiten vorbei: Vom Nachfolger BN-800 sind keine Natriumbrände bekannt. Diese Anlage vernichtet als "schneller Brenner" Plutonium aus sowjetischen Atomwaffen.

Weitere radioaktive Abfälle

Quelle: BfE © ZEIT-Grafik

Apropos Plutonium: Ein weiterer Einwand lautet, dass in schnellen Reaktoren waffenfähiges Plutonium entsteht, sofern sie als Brüter arbeiten. Da ist etwas dran. Die strenge Überwachung der Anlagen durch die Internationale Atomenergiebehörde ist daher unverzichtbar – was auch heute schon der Fall ist.

Das Funktionsprinzip ist nicht neu

Natrium als Kühlmittel bietet aber zudem Sicherheitsvorteile: Der Reaktor steht nicht unter dem gewaltigen Druck eines Leichtwasserreaktors, sondern arbeitet bei Normaldruck. Ein Leck ließe flüssiges Natrium nicht wie Wasser explosionsartig herausschießen, verdampfen und unter Umständen eine radioaktive Wolke freisetzen. Natrium liefe lediglich aus dem Leck heraus und würde sich verfestigen. Womöglich käme es zu einem gut beherrschbaren Natriumbrand.

Natriumgekühlte Schnellreaktoren zählen zur vierten Generation von Kernreaktoren, deren Entwicklung ein Zusammenschluss von 14 Staaten koordiniert, darunter Russland, die USA, Frankreich und Kanada. Deutschland gehört nicht dazu. Die Bundesrepublik hat es verpasst, diese Technik weiterzuentwickeln. Dabei stand auch Deutschland mit dem schnellen Brüter in Kalkar in den 1980er-Jahren kurz davor, das Atommüllproblem zu lösen, noch bevor es eines wurde. Doch mit der Atompanik nach dem Tschernobyl-Unglück 1986 kam für den Brüter das politische Aus.

Das Funktionsprinzip natriumgekühlter Schnellreaktoren ist nicht neu; alle Anlagen zusammen kommen auf über 450 Betriebsjahre. Neu ist das Bestreben, die umfangreichen Erfahrungen in marktreife Produkte umzusetzen und diese in relevanten Stückzahlen zu bauen.

Mit Abstand führend ist dabei Russland, auch in China sollen Schnellreaktoren ab Mitte des Jahrhunderts die vorherrschende Reaktortechnik stellen. Der nächste natriumgekühlte Leistungsreaktor dürfte 2020 in Indien in Betrieb gehen. Nach 25 Jahren Stillstand haben zudem die USA Anfang 2019 die Entwicklung schneller Reaktoren wieder aufgenommen. Zunächst will das Energieministerium einen Testreaktor bauen, als ersten Schritt, um den Rückstand zu Russland und China aufzuholen.

Frankreich hatte bis 2019 am Schnellreaktorprojekt "Astrid" gearbeitet, dem sich auch Japan angeschlossen hatte. Ende August erklärte die Forschungsbehörde jedoch, erst einmal keinen Prototyp bauen zu wollen. Sie sieht den Bedarf für Reaktoren der Generation IV erst in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts.

Deutschland hingegen steht mit seinem Atom- und Kohleausstieg international isoliert da. Kein anderer Staat wagt ein derart riskantes und teures Experiment.

Durch den Bau schneller Reaktoren stünde für Jahrtausende CO₂-arme Energie im Überfluss zur Verfügung – nicht nur für Deutschland, sondern auch für den schnell wachsenden Bedarf in Schwellen- und Entwicklungsländern. Worauf warten wir?