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Etwa 10 % der weltweiten Elektrizität wird aus Uran in Kernreaktoren erzeugt.…
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Etwa 10 % der weltweiten Elektrizität wird aus Uran in Kernreaktoren erzeugt. Das sind jährlich über 2500 TWh, so…
• Uran ist ein Schwermetall, das seit über 60 Jahren als reichhaltige Quelle konzentrierter Energie verwendet wird. • Uran…
MOX-Brennstoff, kurz für Mischoxidbrennstoff, ist eine Mischung aus Uran- und Plutoniumoxid. Die meisten Reaktoren verwenden Uranbrennstoff. Wenn Uranbrennstoff verbrennt,…
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Was ist MOX-Brennstoff?
MOX-Brennstoff, kurz für Mischoxidbrennstoff, ist eine Mischung aus Uran- und Plutoniumoxid. Die meisten Reaktoren verwenden Uranbrennstoff. Wenn Uranbrennstoff verbrennt, wird ein Teil davon in Plutonium umgewandelt, sodass alle in Betrieb befindlichen Reaktoren Plutonium in ihrem Kern haben.
Die Auswirkungen auf die Sicherheit unterscheiden sich je nach Menge des verwendeten MOX-Brennstoffs. Beispielsweise waren in der japanischen Anlage Fukushima Dai-Ichi etwa 6 Prozent des Brennstoffs in Reaktor Nr. 3 MOX-Brennstoff, der etwa 200 Kilogramm Plutonium enthält. Diese Menge ist so klein, dass sie wahrscheinlich keinen signifikanten Unterschied in der Menge an Plutonium ausmacht, die in die Umwelt entweicht. Die Verwendung von MOX-Brennstoff kann jedoch zu erhöhten Sicherheitsproblemen führen, wenn es sich um einen größeren Anteil des Brennstoffs handelt (z. B. 30 Prozent oder mehr, wie dies in Frankreich der Fall ist). In einem solchen Fall kann der MOX-Brennstoff sowohl die Wahrscheinlichkeit, dass sich bestimmte Arten von Unfällen ereignen, als auch die Folgen für die öffentliche Gesundheit erhöhen, falls ein solcher eintritt.
Erhöhtes Risiko für Nuklearterrorismus
Die Herstellung, der Transport und die Lagerung von MOX-Brennstoff erhöhen das Risiko des Nuklearterrorismus. Tatsächlich ist MOX-Brennstoff ein ebenso großes Terror- und Proliferationsproblem wie Plutonium selbst. MOX-Brennstoff enthält keine hochradioaktiven Komponenten, die abgebrannten Brennstoff gefährlich machen, und das Plutonium kann durch einen einfachen chemischen Prozess vom Uran getrennt werden.
Es gibt zwei Quellen für das in MOX-Brennstoff verwendete Plutonium. Erstens kann abgebrannter Brennstoff „wiederaufbereitet“ werden, um das Plutonium und das verbleibende Uran von den hochradioaktiven Elementen im Brennstoff zu trennen. Zweitens gibt es erhebliche Mengen an Plutonium aus zerlegten Atomwaffen der USA und Russlands. Die Union of Concerned Scientists lehnt die Wiederaufarbeitung ab, weil sie das Risiko des Atomterrorismus erhöht, und empfiehlt, Plutonium aus zerlegten Waffen „immobilisieren“ zu lassen, indem es mit radioaktivem Abfall gemischt wird, um es in einem geologischen Endlager zu entsorgen.
44 Kernreaktoren haben seit 1972 MOX-Brennstoff verwendet, darunter:
– 22 in Frankreich
– 10 in Deutschland
– 5 in Japan
– 3 in der Schweiz
– 2 in Belgien
– 1 in den Niederlanden
– 1 in den Vereinigten Staaten
MOX in Europa
MOX ist in Europa nach wie vor weit verbreitet. Während Deutschland es zusammen mit seiner gesamten Kernkraftproduktion aufgegeben hat, verwendet EDF es weiterhin in mehr als 20 Reaktoren der französischen Flotte. Auch die Niederlande haben sich für MOX als einzigen Reaktor entschieden.
Am Standort Sellafield im Vereinigten Königreich muss die britische Regierung eine Recyclinglösung für 140 Tonnen Plutonium aus gebrauchtem Brennstoff finden. Um diese Anforderung zu erfüllen und gleichzeitig die Kernbrennstoffversorgung sicherzustellen, hat die britische Regierung 2011 festgelegt, dass das Plutonium-Recycling in MOX „die glaubwürdigste und technologisch ausgereifteste Option“ sei. Das Convert-Projekt von ORANO bietet den britischen Behörden eine umfassende Lösung für das Kernbrennstoffmanagement. Es basiert auf dem Bau und Betrieb.
Was ist Uran? Wie funktioniert es?
• Uran ist ein Schwermetall, das seit über 60 Jahren als reichhaltige Quelle konzentrierter Energie verwendet wird.
• Uran kommt in den meisten Gesteinen in Konzentrationen von 2 bis 4 ppm vor und ist in der Erdkruste so häufig wie Zinn, Wolfram und Molybdän. Uran kommt im Meerwasser vor und kann aus den Ozeanen gewonnen werden.
• Uran wurde 1789 von Martin Klaproth, einem deutschen Chemiker, in dem Mineral Pechblende entdeckt. Er wurde nach dem acht Jahre zuvor entdeckten Planeten Uranus benannt.
• Uran ist offenbar vor etwa 6,6 Milliarden Jahren in Supernovae entstanden. Obwohl es im Sonnensystem nicht üblich ist, stellt sein langsamer radioaktiver Zerfall heute die Hauptwärmequelle im Inneren der Erde dar und verursacht Konvektion und Kontinentaldrift.
• Aufgrund der hohen Dichte von Uran findet es auch Verwendung in Kielen von Yachten und als Gegengewicht für Steuerflächen von Flugzeugen sowie zur Strahlenabschirmung.
• Uran hat einen Schmelzpunkt von 1132°C. Das chemische Symbol für Uran ist U.
Das Uranatom
Auf einer Skala, die nach der zunehmenden Masse ihrer Kerne geordnet ist, ist Uran eines der schwersten aller natürlich vorkommenden Elemente (Wasserstoff ist das leichteste). Uran hat die 18,7-fache Dichte von Wasser.
Wie andere Elemente kommt Uran in mehreren leicht unterschiedlichen Formen vor, die als „Isotope“ bekannt sind. Diese Isotope unterscheiden sich voneinander in der Anzahl der ungeladenen Teilchen (Neutronen) im Kern. Natürliches Uran, wie es in der Erdkruste vorkommt, ist eine Mischung aus größtenteils zwei Isotopen: Uran-238 (U-238) mit einem Anteil von 99,3 % und Uran-235 (U-235) mit etwa 0,7 %.
Das Isotop U-235 ist wichtig, weil es unter bestimmten Bedingungen leicht gespalten werden kann und viel Energie liefert. Es wird daher als „spaltbar“ bezeichnet und wir verwenden den Ausdruck „Kernspaltung“.
Dabei zerfallen sie, wie alle radioaktiven Isotope. U-238 zerfällt sehr langsam, seine Halbwertszeit entspricht etwa dem Alter der Erde (4500 Millionen Jahre). Das bedeutet, dass es kaum radioaktiv ist, weniger als viele andere Isotope in Gestein und Sand. Trotzdem erzeugt es 0,1 Watt/Tonne Zerfallswärme und das reicht aus, um den Erdkern zu erwärmen. U-235 zerfällt etwas schneller.
Im Inneren des Reaktors
Kernkraftwerke und fossil befeuerte Kraftwerke ähnlicher Leistung haben viele Gemeinsamkeiten. Beide benötigen Wärme, um Dampf zu erzeugen, der Turbinen und Generatoren antreibt. In einem Kernkraftwerk hingegen ersetzt die Spaltung von Uranatomen die Verbrennung von Kohle oder Gas. In einem Kernreaktor wird der Uranbrennstoff so zusammengesetzt, dass eine kontrollierte Spaltkettenreaktion erreicht werden kann. Die durch die Spaltung der U-235-Atome erzeugte Wärme wird dann verwendet, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine dreht, um einen Generator anzutreiben und Strom zu erzeugen.
Die Kettenreaktion, die im Kern eines Kernreaktors stattfindet, wird durch Stäbe gesteuert, die Neutronen absorbieren und die eingeführt oder herausgezogen werden können, um den Reaktor auf die erforderliche Leistungsstufe einzustellen.
Die Brennelemente sind von einer Substanz umgeben, die als Moderator bezeichnet wird, um die Geschwindigkeit der emittierten Neutronen zu verlangsamen und so die Fortsetzung der Kettenreaktion zu ermöglichen. Als Moderatoren werden in verschiedenen Reaktortypen Wasser, Graphit und schweres Wasser verwendet.
Aufgrund der Art des verwendeten Brennstoffs (d. h. der Konzentration von U-235, siehe unten) kann der Brennstoff bei einer größeren, nicht behobenen Fehlfunktion in einem Reaktor überhitzen und schmelzen, aber er kann nicht wie eine Bombe explodieren.
Ein typischer 1000-Megawatt-Reaktor (MWe) kann genug Strom für eine moderne Stadt mit bis zu einer Million Einwohnern liefern.
Grohnde: das leistungsstärkste Kernkraftwerk der Welt
Das Kernkraftwerk Grohnde in Niedersachsen ist seit seiner Inbetriebnahme Mitte der 1980er Jahre weltweit das leistungsstärkste Kraftwerk seiner Größe.
Nach neun Jahren Bauzeit ging das Kernkraftwerk Grohnde in Niedersachsen 1985 endlich ans Netz und machte sich schnell daran, Rekorde zu brechen. In sechs der nächsten zwölf Jahre produzierte der einzelne Druckwasserreaktor netto mehr Strom als jede andere Atomanlage der Welt.
Grohnde hat kürzlich einen neuen Meilenstein erreicht und während seiner 32-jährigen Betriebsdauer eine Energieleistung von 350 Milliarden kWh erreicht, was es zum produktivsten kommerziellen Kernkraftwerk der Welt macht. Mit nur einem Reaktor auf einer einzigen Quadratmeile Land ist es das produktivste Kraftwerk seiner Größe, Punkt.
Angesichts seiner herausragenden Leistung und der Tatsache, dass es jährlich zehn Milliarden kWh Grundlastkapazität bereitstellt, hat die Entscheidung, Grohnde Jahrzehnte vor seiner Nutzungsdauer abzuschalten – als Teil der schrittweisen Abschaltung der deutschen Kernkraftwerke bis 2022 – viele Analysten und Analysten der Energiebranche verblüfft hat die hitzige Debatte über die wirtschaftliche Tragfähigkeit der Anti-Atom-Politik von Bundeskanzlerin Andrea Merkel neu entfacht.
In einem Bericht der deutschen Bundesnetzagentur und Netzbehörde Bundesnetzagentur (BNetzA) wird die Netzstabilität neben der Erzeugungs- und Übertragungskapazität als Hauptanliegen genannt, da das Land seinen als Energiewende bekannten Übergang zu erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind fortsetzt.
“Deutschland hat ungewöhnlich große Fehler gemacht … Atomkraft so schnell abzuschaffen, ist Wahnsinn.”
„Die historisch einzigartige gleichzeitige Abschaltung von Kraftwerken in Höhe von 5.000 MW Leistung und der dauerhafte Ausfall von rund 8.500 MW Leistung bringen die Übertragungsnetze an den Rand ihrer Belastbarkeit“, stellte die BNetzA nach der Katastrophe von Fukushima 2011 fest. “Folglich gibt es viele Stunden, in denen ein sicherer Netzwerkbetrieb unmöglich ist, was bedeutet, dass es anfällig für einen einzelnen Ausfall ist.”
Ein im November 2015 von The Economist veröffentlichter Sonderbericht wies darauf hin, dass französische Haushalte etwa halb so viel für Strom zahlen wie deutsche, und stellte die Geschwindigkeit der deutschen Revolution für saubere Energie in Frage. „Deutschland hat ungewöhnlich große Fehler gemacht. Es war unklug, Solarparks langfristig mit enormen Subventionen zu unterstützen – so schnell die Atomkraft abzuschaffen, ist Wahnsinn“, heißt es darin.
Ist angesichts dieser Kritik die Entscheidung zur Stilllegung von Grohnde verfrüht und welche Lehren kann die Energiewirtschaft in Deutschland und darüber hinaus aus dem langfristigen Erfolg dieser Atomanlage ziehen?
Ein Druckwasserreaktor
Der einzige Siemens/KWU-Reaktor von Grohnde verwendet sowohl angereichertes Uran als auch MOX-Brennstoff und produziert im Bereich von 1.400 MW elektrische Leistung, etwa 40 % mehr als ein durchschnittliches Kernkraftwerk.
Die Anlage verwendet ein Druckwassersystem, bei dem die durch die Kernspaltung freigesetzte Wärme vom Wasser im Primärkreislauf absorbiert wird, das unter Druck gesetzt wird, um ein Sieden des Wassers zu verhindern. Der Primärkühlkreislauf überträgt die im Hauptreaktor erzeugte Wärme an Dampferzeuger, die an den Wasser-Dampf- oder Sekundärkreislauf angeschlossen sind. Die Dampferzeuger bilden eine Barriere zwischen Primär- und Sekundärkreislauf und verhindern so den Austritt radioaktiver Stoffe aus dem Primärkreislauf.