Atomkraft / Kernkraft als Energiequelle

Atomkraft / Kernkraft ist heutzutage eine unerlässliche Energiequelle, mit der weltweit Strom erzeugt wird. Bereits im 19. Jahrhundert entdeckte Becquerel die Radioaktivität und wenig später fand man heraus, dass beim Zerfall von Atomkernen Energie freigesetzt wird. 1938 gelang Otto Hahn die erste Spaltung eines Uranatoms und Mitte des 20. Jahrhunderts wurde dann in den USA das erste Mal durch Kernenergie Strom erzeugt. Seitdem ist die Entwicklung dieser Energiegewinnung nicht mehr aufzuhalten, besonders weil die Ressourcen fossiler Energiequellen immer kleiner werden und die Umweltbelastung immer größer.

 

Die Funktionsweise von Atomkraftwerken

Atomkraftwerke sind komplexe Anlagen, die Energie durch den Prozess der Kernspaltung erzeugen. Die Funktionsweise von Atomkraftwerken kann in mehreren Schritten erklärt werden:

1. Kernbrennstoff: Das Herzstück eines Atomkraftwerks ist der Kernbrennstoff, normalerweise in Form von Uran-235 oder Plutonium-239. Diese Materialien sind besonders geeignet, da sie unter bestimmten Bedingungen instabile Kerne aufweisen, die durch Kernspaltung gespalten werden können.

2. Kernspaltung: Der Prozess der Kernspaltung beginnt, wenn ein Neutron auf einen instabilen Atomkern (z.B. Uran-235) trifft. Dieses Neutron wird von dem Atomkern absorbiert, wodurch der Kern instabil wird und in zwei kleinere Kerne sowie einige Neutronen zerfällt. Dieser Vorgang setzt enorme Energiemengen in Form von kinetischer Energie (Bewegungsenergie) und Wärme frei.

3. Freisetzung von Neutronen: Während der Kernspaltung werden zusätzliche Neutronen freigesetzt. Diese Neutronen können wiederum andere instabile Kerne in der Brennstoffstange spalten, wodurch eine Kettenreaktion ausgelöst wird. Diese Kettenreaktion setzt eine große Menge an Energie frei und erzeugt mehr Neutronen, die weitere Kernspaltungen ermöglichen.

4. Kontrolle der Kettenreaktion: Damit die Kettenreaktion in einem Atomkraftwerk kontrolliert abläuft, werden Steuerstäbe verwendet. Diese Steuerstäbe bestehen normalerweise aus Materialien, die Neutronen absorbieren und somit die Anzahl der Neutronen in der Umgebung des Brennstoffs regulieren können. Indem die Position der Steuerstäbe angepasst wird, kann die Leistung des Reaktors gesteuert und die Reaktionsrate der Kernspaltungen reguliert werden.

5. Wärmeübertragung: Während der Kernspaltung wird eine erhebliche Menge an Wärme erzeugt. Diese Wärme wird dazu verwendet, Wasser in einem geschlossenen Kreislauf zu erhitzen und in Dampf umzuwandeln. Dieser Dampf treibt dann eine Turbine an.

6. Turbine und Generator: Der erzeugte Dampf strömt durch eine Turbine, die sich dadurch in Rotation versetzt. Die Turbine ist mit einem Generator verbunden, der durch die Drehbewegung der Turbine elektrische Energie erzeugt.

7. Stromerzeugung: Der Generator erzeugt elektrischen Strom, der dann in das Stromnetz eingespeist wird und zur Versorgung von Haushalten, Unternehmen und Industrien genutzt wird.

Arten von Atomkraftwerken

Es gibt verschiedene Arten von Atomkraftwerken, die sich hauptsächlich in ihrer Reaktortechnologie und ihrem Betriebsprinzip unterscheiden. Zwei der häufigsten Arten von Atomkraftwerken sind Druckwasserreaktoren (DWR) und Siedewasserreaktoren (SWR). Die Unterschiede zwischen diesen beiden Typen:

AKW mit Druckwasserreaktoren (DWR):

1. Reaktor und Kühlkreislauf: In einem Druckwasserreaktor (DWR) befindet sich der Reaktorkern in einem Druckbehälter, der das Kühlmittel, normalerweise Wasser, unter hohem Druck hält. Das Wasser dient als Kühlmittel und Moderator (verlangsamt Neutronen) gleichzeitig.

2. Kernspaltung und Wärmeabfuhr: Die Kernspaltungen im Reaktorkern erzeugen Wärme, die das Wasser im Kühlkreislauf erhitzt, ohne es in Dampf umzuwandeln. Dieses heiße Wasser wird dann durch Wärmetauscher gepumpt, um einen sekundären Kreislauf zu erzeugen, in dem Wasser verdampft wird, um eine Turbine anzutreiben.

3. Turbine und Generator: Der erzeugte Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator gekoppelt ist, um elektrische Energie zu erzeugen.

4. Sicherheitsmaßnahmen: DWRs verfügen über komplexe Sicherheitssysteme, um den Betrieb sicher zu gewährleisten. Dazu gehören Notkühlsysteme und Steuerstäbe zur Regulierung der Neutronenflussrate.

AKW mit Siedewasserreaktoren (SWR):

1. Reaktor und Kühlkreislauf: Im Gegensatz zu DWRs wird das Wasser im Reaktorkern eines Siedewasserreaktors (SWR) nicht unter hohem Druck gehalten. Es dient sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator. Der Reaktorkern ist mit dem Dampferzeuger direkt verbunden.

2. Kernspaltung und Dampferzeugung: Die Kernspaltungen im Reaktorkern erzeugen Wärme, die das Wasser im Reaktorkern direkt erhitzt. Dieses Wasser wird so heiß, dass es zu Dampf wird.

3. Turbine und Generator: Der erzeugte Dampf aus dem Reaktorkern wird direkt zu einer Turbine geleitet, die an einen Generator angeschlossen ist, um elektrische Energie zu erzeugen.

4. Sicherheitsmaßnahmen: SWRs sind ebenfalls mit Sicherheitssystemen ausgestattet, einschließlich Notkühlsystemen und Steuerstäben zur Reaktorsteuerung. Im Falle eines Störfalls kann das Wasser im Reaktorkern als Moderator fungieren und die Neutronenflussrate verringern, was die Kernspaltung verlangsamt.

Die Hauptunterschiede zwischen DWRs und SWRs liegen in der Art und Weise, wie sie das Kühlmittel behandeln und wie sie den Dampf erzeugen. In DWRs wird das Wasser im Reaktorkern nicht in Dampf umgewandelt, während dies in SWRs der Fall ist. Beide Arten von Reaktoren haben ihre Vor- und Nachteile in Bezug auf Effizienz, Sicherheit und Wartung.

Sicherheitsaspekte von Atomkraftwerken

Sicherheitsaspekte spielen eine zentrale Rolle im Betrieb von Atomkraftwerken, da sie dazu beitragen, Unfälle zu verhindern und die Umwelt zu schützen. Die Kernenergiegesellschaften und die Regierungen haben strenge Sicherheitsmaßnahmen und -protokolle implementiert, um sicherzustellen, dass Atomkraftwerke sicher und zuverlässig arbeiten.

Reaktorsicherheit: Die Sicherheit im Atomkraftwerk beginnt mit dem Reaktor selbst. Die Reaktordesigns sind so konzipiert, dass sie eine kontrollierte und sichere Kettenreaktion der Kernspaltung ermöglichen. Steuerstäbe, die aus neutronenabsorbierendem Material bestehen, werden eingesetzt, um die Reaktorleistung zu regulieren und im Notfall die Abschaltung des Reaktors zu ermöglichen. Dies ist entscheidend, um die Gefahr einer unkontrollierten Reaktionsrate zu minimieren.

Brennelementwechsel: Die Brennelemente im Reaktor müssen regelmäßig gewechselt werden, da sie während ihrer Laufzeit an Wirksamkeit verlieren. Der Austausch der Brennelemente erfolgt sorgfältig und unter strengen Sicherheitsvorkehrungen, um die Gefahr von Leckagen von radioaktiven Materialien zu minimieren.

Strahlenschutz: Atomkraftwerke haben umfassende Strahlenschutzmaßnahmen implementiert, um die Arbeitnehmer und die Öffentlichkeit vor ionisierender Strahlung zu schützen. Dies umfasst die Verwendung von Schutzkleidung, Strahlungsmessgeräten und speziellen Strahlenschutzräumen.

Notfallsituationen: Atomkraftwerke sind mit umfangreichen Notfallplänen ausgestattet, um auf potenzielle Gefahrensituationen vorbereitet zu sein. Diese Pläne beinhalten Evakuierungsprozeduren, die Kommunikation mit der Öffentlichkeit und Maßnahmen zur Eindämmung von Unfällen.

Umweltschutz: Der Schutz der Umwelt ist ein zentrales Anliegen in Atomkraftwerken. Die Kühlung von Reaktoren erfolgt normalerweise mit Fluss- oder Meerwasser. Vor der Rückleitung in die Umgebung wird das Wasser gereinigt, um die Umweltauswirkungen zu minimieren. Darüber hinaus wird die Freisetzung von radioaktiven Materialien in die Atmosphäre streng überwacht und kontrolliert.

Laufzeitverlängerung und Ausstieg: Die Laufzeitverlängerung von Atomkraftwerken wird oft diskutiert, um die Energieerzeugung aus Kernkraft über die ursprünglich geplante Lebensdauer hinaus zu ermöglichen. Bei der Entscheidung über eine solche Verlängerung sind Sicherheitsüberlegungen von größter Bedeutung. Im Gegensatz dazu kann ein geplanter Ausstieg aus der Atomenergie strategische Entscheidungen zur Stilllegung und zum Rückbau von Reaktoren erfordern.

Die Sicherheit in Atomkraftwerken ist eine komplexe Aufgabe, die nicht nur technische Aspekte umfasst, sondern auch die Kommunikation mit der Gesellschaft und die Berücksichtigung von Umweltauswirkungen.

Atomkraft und die Umwelt

Die Nutzung von Atomkraft zur Energieerzeugung hat sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die Umwelt. Hier werden die verschiedenen Umweltaspekte im Zusammenhang mit Atomkraftwerken beleuchtet:

• Niedrige CO2-Emissionen: Ein wesentlicher Vorteil der Atomkraft ist ihre geringe Produktion von Treibhausgasen, insbesondere von Kohlendioxid (CO2). Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen wie Kohle, Gas und Öl erzeugen Atomkraftwerke bei der Stromerzeugung keine CO2-Emissionen. Dies trägt zur Reduzierung des anthropogenen Klimawandels bei und hilft, die Luftqualität zu verbessern.
• Langzeitfolgen der Endlagerung: Eine der Hauptprobleme in Bezug auf Atomkraft ist die Endlagerung radioaktiver Abfälle. Diese hochradioaktiven Materialien müssen über Tausende von Jahren sicher gelagert werden, um jegliche Gefahr für Mensch und Umwelt zu minimieren. Die Suche nach sicheren Endlagerstätten ist eine komplexe und umstrittene Angelegenheit, da sie sowohl technische als auch gesellschaftliche Herausforderungen mit sich bringt.
• Potenzielle Gefahren: Atomkraftwerke sind potenziellen Gefahrenquellen, insbesondere im Falle von Unfällen oder schweren Störungen. Atomunfälle wie der in Tschernobyl (1986) und Fukushima (2011) haben gezeigt, dass solche Vorfälle schwerwiegende Umweltauswirkungen haben können, einschließlich der Freisetzung von radioaktiven Substanzen in die Umwelt und deren Verbreitung über weite Entfernungen. Diese Vorfälle haben erhebliche gesundheitliche und ökologische Folgen gehabt.
• Kühlwasser und thermische Belastung: Atomkraftwerke nutzen oft große Mengen an Wasser für die Kühlung. Das zurückgeleitete Wasser kann eine thermische Belastung für Flüsse und Seen darstellen, was sich negativ auf die aquatische Tier- und Pflanzenwelt auswirken kann. Die Erwärmung des Wassers kann beispielsweise Fische und andere Wasserorganismen beeinträchtigen.
• Lebensraumverlust und Standortanforderungen: Atomkraftwerke erfordern ausgedehnte Standorte, die oft wertvolles Ödland oder Lebensräume für Wildtiere beanspruchen. Dies kann zu Lebensraumverlust für einige Tierarten führen und ökologische Auswirkungen in der Umgebung haben.

Insgesamt ist die Umweltbilanz der Atomkraft komplex und abhängig von verschiedenen Faktoren, einschließlich Sicherheitsmaßnahmen, Standortwahl und Endlagerung. Während Atomkraft zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beitragen kann, sind die potenziellen Risiken und die langfristigen Auswirkungen auf die Umwelt nicht zu vernachlässigen.

Die Zukunft der Atomkraft in Deutschland

Die Zukunft der AKWs in Deutschland ist ein Thema von großer gesellschaftlicher und politischer Bedeutung. Deutschland hat eine lange Geschichte in der Nutzung der Kernenergie, jedoch hat sich die politische Landschaft in den letzten Jahren stark verändert, was den Ausstieg aus der Atomkraft vorangetrieben hat.

Der deutsche Atomausstieg

Deutschland hat nach dem Fukushima-Unfall in Japan im Jahr 2011 eine radikale Kehrtwende in seiner Energiepolitik gemacht. Die damalige Bundesregierung unter Angela Merkel beschloss, den deutschen Atomausstieg zu beschleunigen und den Betrieb älterer Kernkraftwerke sofort zu beenden. Diese Entscheidung führte dazu, dass einige Kernkraftwerke vorzeitig abgeschaltet wurden und der geplante Ausstiegstermin auf 2022 vorverlegt wurde.

Aktuelle Situation

Der deutsche Atomausstieg hat weitreichende Auswirkungen auf das deutsche Energiesystem gehabt. Die abgeschalteten Kernkraftwerke mussten durch erneuerbare Energien und andere Energiequellen ersetzt werden, um die Energieversorgung sicherzustellen. Deutschland hat in erheblichem Maße in erneuerbare Energien investiert und sein Energienetz umgestaltet, um den Ausstieg aus der Atomkraft zu bewältigen. Doch auch im Jahr 2024, ist es nicht möglich die gesamte deutsche Energieversorgung über erneuerbare Energien zu decken. Die Umsetzung dieses Wunschdenkens wird einfach noch Jahre und Jahrzehnte in Anspruch nehmen.

Die Zukunft der Atomkraft in Deutschland

Die Zukunft der Atomkraft in Deutschland ist geprägt von politischen Entscheidungen und öffentlichen Meinungen. Es gibt nach wie vor kontroverse Debatten über die Rolle der Kernenergie in der deutschen Energiepolitik. Einige Befürworter argumentieren, dass Kernkraftwerke eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen spielen könnten, während Gegner auf die potenziellen Risiken und die Endlagerung radioaktiver Abfälle hinweisen.

Es ist unwahrscheinlich, dass Deutschland in naher Zukunft neue Kernkraftwerke baut, da der politische Konsens für den Atomausstieg stark ist. Stattdessen liegt der Schwerpunkt auf erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie sowie auf Energieeffizienzmaßnahmen.

In Europa gibt es Länder, die weiterhin auf Atomkraft als Teil ihres Energiemixes setzen, während andere wie Deutschland einen klaren Kurs in Richtung Atomausstieg eingeschlagen haben. Die Zukunft der Atomkraft wird daher in Deutschland und in ganz Europa von den politischen Entscheidungen und den Fortschritten in erneuerbaren Energien beeinflusst.