Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

eschränkt. Die weltweit 3,2 Mio. t Uranreserven
(Kilopreis unter 130 US-$; UNDP et al., 2000) werden
bei gegenwärtigem Verbrauch knapp 60 Jahre
reichen. Berücksichtigt man auch die vermuteten
Ressourcen, so steigt das weltweite Vorkommen auf
ca. 20 Mio. t, also auf etwa 360 Jahre Reichweite bei
gegenwärtigem Verbrauch. Dies entspräche einer
Stromproduktion von etwa 3.200 EJ. Diese Reichweite
ließe sich erheblich steigern, wenn es gelänge,
das in Meerwasser gelöste Uran zur Energiegewinnung
zu nutzen (Urankonzentration 3 mg pro t, insgesamt
ca. 4,5 Mrd. t). Die großtechnische Anwendbarkeit
entsprechender Extraktionsverfahren wurde
jedoch noch nicht bewiesen. Die Thoriumreserven
und -ressourcen werden unter Auslassung nicht
näher quantifizierter Vorkommen in China und in
der GUS auf rund 4,5 Mio. t geschätzt.
Plutonium kommt in der Natur praktisch nicht
vor, entsteht jedoch im Uran-Kernreaktor. Durch
Wiederaufarbeitung kann es z. B. in Mischoxid
(MOX)-Brennelementen wieder als Reaktorbrennstoff
eingesetzt werden, wodurch sich rund ein Drittel
des verwendeten Natururans ersetzen lässt.
Ebenso kann Plutonium aus Kernwaffen dem zivilen
Brennstoffkreislauf wieder zugeführt werden, so
dass sich auch hier Verlängerungen der Reichweiten
ergeben.
Die oben diskutierten Reichweiten ließen sich bei
Einsatz von Brütertechnologien stark erhöhen.
Diese werden jedoch derzeit nirgendwo beherrscht.
Der zugrundeliegende Prozess ist die Bildung spaltbaren
Plutoniums aus dem stabilen Uran-Isotop U-
238. Auf diese Weise kann 50- bis 100-mal mehr
Energie aus 1 kg Natururan gewonnen werden.
Neben den ungelösten technologischen Problemen
muss in diesem Zusammenhang allerdings auch das
besondere Proliferationsrisiko bei der Erzeugung
solch großer Mengen Plutoniums betont werden
(Kap. 3.2.2.3).
Kernfusion
Bei der Fusion leichter Atomkerne wird Energie frei.
Während der „Fusionsreaktor“ der Sonne normalen
Wasserstoff verwendet, ist für entsprechende technologische
Prozesse auf der Erde die Verschmelzung
der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu
Helium vorgesehen. Für eine hypothetische künftige
Nutzung der Kernfusion zur Deckung eines weltweiten
Strombedarfs in Höhe des derzeitigen Gesamtbedarfs
von 15 PWh pro Jahr würden pro Jahr etwa
600 t Deuterium und 900 t Tritium an Fusionsbrennstoffen
sowie 2.000 t Lithium zum Erbrüten von Tritium
benötigt. Die Deuteriumvorräte im Meerwasser
(33 g pro t) würden bei Deckung des gegenwärtigen
Stromverbrauchs durch Kernfusion einige Milliarden
Jahre reichen, die Lithiumvorräte in der Erd-
Energieträger 3.2
kruste (im Mittel 170 g pro m 3 Gestein) einige tausend
Jahre, aber bei Nutzung des im Meerwasser
gelösten Lithiums einige Millionen Jahre. Die theoretischen
Potenziale der Kernfusion sind daher
nahezu unbegrenzt. Da die Kraftwerke – wenn überhaupt
– frühestens in der zweiten Hälfte unseres
Jahrhunderts zur Verfügung stehen werden und
zudem ein ebenfalls beträchtliches Gefährdungspotenzial
absehbar ist (s. unten), ist es nach Ansicht des
WBGU nicht zu verantworten, zukünftige Energiestrategien
heute auch nur teilweise auf der Kernfusion
basieren zu lassen.
3.2.2.2
Technik/Konversion
Kernspaltung
88% der weltweit installierten Kernkraftwerksleistung
entfallen auf Leichtwasserreaktoren, wobei drei
verschiedene Reaktortypen besonders hervorzuheben
sind: Druckwasserreaktor, Siedewasserreaktor
und der russische graphitmoderierte Siedewasser-
Druckröhrenreaktor (RBMK; Tab. 3.2-3). Diese
Typen erreichen heute elektrische Wirkungsgrade
von 30–35% (Wärme zu Strom). Unter anderem sind
folgende Steigerungen der Wirtschaftlichkeit und
Sicherheit geplant:
• Bei wassergekühlten Reaktoren geht es vor allem
um die Einführung so genannter passiver Sicherheitssysteme.
• Bei gasgekühlten Reaktoren geht es darum, die
Sicherheitseigenschaften keramisch beschichteter
Brennstoffpartikel auszunutzen und bei weit
höheren Betriebstemperaturen höhere Wirkungsgrade
sowie Prozesswärmenutzung zu realisieren.
Die bis vor wenigen Jahren noch von einigen Ländern
verfolgte Weiterentwicklung des Brutreaktors
wurde inzwischen aus Sicherheits- und Kostengründen
weitgehend eingestellt.
Kernfusion
Um die Energie liefernden Verschmelzungsreaktionen
zwischen den beiden Wasserstoff-Isotopen
Deuterium und Tritium auszulösen, müssen Temperatur
und Dichte des Brennstoffs bestimmte Werte
überschreiten (Hamacher und Bradshaw, 2001).
Weltweit werden dabei zwei Konzepte verfolgt: magnetischer
Einschluss des Brennstoffs und Trägheitsfusion.
Im ersteren Fall schließen starke Magnetfelder
den Brennstoff als heißes Plasma ein und halten
ihn von den Wänden fern. Bei der Trägheitsfusion
werden kleine Brennstoffkügelchen durch Beschuss
mit Teilchen oder durch elektromagnetische Wellen
zur Implosion gebracht.
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