Wie funktioniert überhaupt ein Atomkraftwerk?

Der Anfang der Atomkraft

Die ersten physikalischen Versuche zur Atomenergie (auch Kernenergie genannt) wurden 1890 durchgeführt. Nach immer neuen Entdeckungen und Weiterentwicklungen wurde ab 1938 erforscht, wie die Atomenergie militärisch, als Waffe im Krieg, genutzt werden könnte. Es wurde herumprobiert und experimentiert und schließlich war es soweit: Im Juli 1945 wurde bei einem Test in den USA die erste Atombombe gezündet.

Atombombe über Nagasaki, by Charles Levy – U.S. National Archives and Records Administration from Wikimedia Commons

Die Explosion der Bombe hinterließ einen drei Meter tiefen und 330 Meter breiten Krater in der Wüste. Bei der Explosion entstand eine Druckwelle, die in einer Entfernung von 160 Kilometern immer noch zu spüren war. Der Sand in der Umgebung des Tests schmolz wegen der großen Hitze zu grünlichem Glas, woran die extreme Kraft und Energie einer Atombombe schon zu erahnen ist.

Am 6. und 9. August 1945 wurden die ersten und bisher letzten Atombomben im Krieg eingesetzt. Die US-Amerikaner ließen die Atombomben im Zweiten Weltkrieg über zwei japanischen Großstädten – Hiroshima und Nagasaki – abwerfen und richteten damit Schaden in einem unvorstellbaren Ausmaß an: Hundertausende Menschen starben. Langzeitfolgen wie Krebserkrankungen und psychische Krankheiten sind bis heute zu bemerken.

Nach dem 2. Weltkrieg war es Deutschland zehn Jahre lang verboten, Atomforschung zu betreiben. In den 50er Jahren ging die Forschung weiter. Vor allem wurde an der Energieerzeugung für die Herstellung von Strom gearbeitet.
In dieser Zeit hielten die meisten Menschen die Stromerzeugung mit Atomenergie für eine geniale Erfindung. Die Energiequelle galt als sauber und vor allem als unerschöpflich. Warum das gedacht wurde und ob das wahr ist? Dazu ist es wichtig zu wissen, wie ein Atomkraftwerk überhaupt funktioniert:

Aufbau eines AKWs

Ein Atomkraftwerk ist eine große Anlage, deren Mittelpunkt der Reaktor mit seiner Sicherheitskuppel aus Beton ist. Im Reaktor findet der Prozess statt, bei dem die Energie für die Herstellung von Strom gewonnen wird. Denn darum geht es: Strom zu erzeugen – auf eine sehr effektive Art und Weise. Das funktioniert mit der Kernspaltung, die in den Brennstäben stattfindet. Die Brennstäbe sind dünne Metallrohre, in die Platten aus dem Metall Uran eingepresst sind. Mehrere solcher Rohre zusammen nennen sich Brennelement.

So funktioniert´s

#1 Kernreaktor #2 Dampferzeuger #3 Turbine/Generator #4 Wärmetauscher #5 Kühlturm

Die Energieherstellung findet in den Brennstäben statt. Ein Neutron (ein winziges, neutral geladenes Teilchen) dringt in den Urankern ein, der sich daraufhin in kleinere Kerne spaltet. Dabei wird Energie frei und es werden zwei bis drei neue Neutronen aus dem Urankern freigesetzt. So entsteht eine Kettenreaktion: Je mehr Urankerne gespalten werden, desto mehr neue Neutronen werden frei und können wieder andere Urankerne spalten. Bei jeder einzelnen Spaltung wird ziemlich viel Energie frei, also kommt es insgesamt zu einer riesigen Menge an Energie, die weiter genutzt werden kann.

Die Neutronen sind von Natur aus so schnell, dass sie im Normalfall die Urankerne nicht spalten können, sondern an ihnen abprallen. Um die Urankerne zu spalten, müssen die Neutronen also verlangsamt werden. Deswegen sind die Brennstäbe von Wasser umgeben, so werden die schnellen Neutronen langsamer. So sind sie in der Lage, in die Urankerne einzudringen und sie zu spalten. Das Wasser ist übrigens radioaktiv, da es in direkter Verbindung zu den radioaktiven Brennelementen steht.

Bei der Kernspaltung werden wie erwähnt Neutronen frei, dabei ist es sehr wichtig, dass die Anzahl an Neutronen im Reaktor immer gleich bleibt, sonst würde man die Kontrolle über die Kernspaltung verlieren. Dazu muss die Kernspaltung im Reaktor steuerbar sein. Die Bedienmannschaft bedient dafür Steuerstäbe, die sich in den Reaktor ein und ausfahren lassen und Kadmium enthalten. Dieser Stoff kann die freien Neutronen aufnehmen. Deshalb werden es nicht zu viele von ihnen.

Im Betrieb werden die Brennelemente mehrere hundert Grad Celsius heiß. Das Wasser wärmt sich dementsprechend extrem auf. Damit dieses Wasser flüssig bleibt und nicht verdampft (bei 100 Grad Celsius verdampft Wasser), steht der ganze Behälter unter Druck.
Das heiße, radioaktive Wasser in dem Reaktor wird in Richtung des sogenannten Dampferzeugers geleitet, der die Wärme des Wassers in Dampf umwandelt und an einen zweiten Kreislauf überträgt, der nicht radioaktiv ist. Über lange Rohrleitungen wird der heiße Wasserdampf zur Turbine geführt. Die Turbine ist eine Maschine, die von dem Dampf angetrieben wird und anfängt, sich zu drehen. Ein Generator, der an die Turbine angeschlossen ist, erzeugt schließlich den Strom. Ein Kühlturm überträgt mithilfe eines Wärmeübertragers die überschüssige oder technisch nicht mehr nutzbare Wärme aus dem Kraftwerk.

Vor – und Nachteile der Atomkraft

Nach wie vor gibt es viele Befürworter*innen der Atomkraft. Frankreich erzeugt 72 Prozent des Stroms aus der Atomenergie und auch Länder wie Weißrussland, Russland, Indien, die USA oder andere planen neue AKWs. In China zum Beispiel sollen in den nächsten Jahrzehnten 40 neue Atomkraftwerke entstehen.

Zum Vergrößern klicken. (Karte: Stand 2009), by Herbertweidner 19:09, 6. Feb. 2009 (CET) from Wikimedia Commons

Was sind die Argumente für die Atomkraft?

Zuerst einmal: Ein Atomkraftwerk stößt im Betrieb kein CO2 aus. Dazu sollte jedoch erwähnt werden, dass beim Bau des Atomkraftwerks, sowie bei der Produktion des Urans und der Baustoffe Treibhausgas-Emissionen entstehen.

Das schlagfesteste Argument für die Atomkraft ist, wie viel Energie hergestellt werden kann, ohne viele Rohstoffe dafür zu brauchen. Die Atomkraft ist effektiver als andere Energieträger (Öl, Kohle, Gas, Erneuerbare). Das liegt daran, dass Uran sehr energiedicht ist. In nur einem Gramm Uran stecken 71,1 GJ (Gigajoule) oder knapp 20.000 kWh (Kilowattstunden). Um dieselbe Menge an Energie aus der Verbrennung von zum Beispiel Steinkohle zu gewinnen, benötigt man ca. 2,5 t (= 2.500 kg) Steinkohle, das ist die 2.500.000-fache Masse. Zum Vergleich: Der durchschnittliche Verbrauch elektrischer Energie eines dreiköpfigen Haushaltes beträgt ca. 3.500 kWh im Jahr.
Bei vollständiger Verbrennung bzw. Spaltung kann man aus
• 1 kg Steinkohle ca. 8 kWh,
• aus 1 kg Erdöl ca. 12 kWh und
• aus 1 kg Uran-235 rund 24.000.000 kWh
Wärme gewinnen.

Klingt gut? Ja schon, aber das ist nicht das Ende der Geschichte.

Die Gegenargumente

In der Atomkraft wird mit dem von Natur aus radioaktiv strahlenden Uran gearbeitet. Um an das Uran heranzukommen, werden ganze Landschaften verwüstet, tiefe Schluchten in die Erde gegraben und so die Umwelt und Lebensraum zerstört. Bei dem Abbau können auch viele weitere radioaktive Stoffe aus dem Boden weichen, wie das Edelgas Radon, welches ohne Abdeckung dauerhaft erhebliche Mengen an radioaktiver Strahlung freisetzt.

Und dann werden nur ungefähr 0,7 Prozent des abgebauten Urans, das Uran-235, weiterverarbeitet, denn dieses lässt sich am besten für die Kernspaltung verwenden. 99,3 Prozent des Natururans bestehen aus dem Uran-238, was schwerer zu spalten wäre.

Man weiß nicht, ob das Uran, das hier in Atomkraftwerken verwendet wird, aus einer Uranmine stammt, in der die Sicherheitsvorkehrungen missachtet werden und die Bevölkerung mit Krebserkrankungen und frühen Todesfällen aufgrund der radioaktiven Strahlung des Urans,auf sich allein gestellt ist. Denn es gibt keine Kennzeichnungspflicht für die Herkunft von dem Uran.

Der springende Punkt, warum es so viele Gegner*innen gibt, die laut und deutlich sagen „Atomkraft? – Nein Danke!“, ist, dass Atomkraft sehr gefährlich ist. Für den Menschen, für die Tiere, für die Umwelt. Denn die Brennelemente und die bei der Kernspaltung entstehenden Stoffe sind hochradioaktiv. Beim Betrieb eines Atomkraftwerks wird immer etwas Radioaktivität in die Luft und in das Abwasser abgegeben. Es gibt zwar Grenzwerte, aber das heißt nicht, dass eine Strahlendosis, die unter dem Grenzwert ist, automatisch unschädlich ist.

Bei einem Unfall kann eine große Menge Radioaktivität in die Luft gelangen, die Menschen und Tiere einatmen und in die Umwelt gelangt. Radioaktivität verursacht Krebs und kann zum Tod führen, Tiere können erkranken und sterben, es kann zu Fehlbildungen bei ihrem Nachwuchs kommen, der Boden und das Wasser werden radioaktiv verseucht. Kinder sind besonders stark gefährdet. Sie entwickeln sehr schnell Krebsvorstufen oder Leukämie (Blutkrebs). Aber auch später als Erwachsene, Jahrzehnte nach dem Kontakt mit radioaktiver Strahlung, können Krebserkrankungen und weitere schwere Beeinträchtigungen entstehen. Mehr dazu hier.

Zwei solcher großen Unfälle hat es bereits gegeben und die Umgebung dieser AKWs ist immer noch unbewohnbar, erhöhte Radioaktivität immer noch messbar.
Viele der heute bestehenden AKWs in der ganzen Welt sind außerdem in einem schlechten Zustand, d.h. anfälliger für Unfälle. Und auch in sicheren AKWs besteht die Gefahr eines Störfalls, der den Arbeiter*innen und der ganzen Bevölkerung schaden kann.

Mit der Kernenergie sind hohe Kosten verbunden. Nach der Laufzeit der Atomkraftwerke bleiben auf unabsehbare Zeit Kosten durch den Rückbau und eine möglichst sichere Verwahrung des Atommülls bestehen. Um wie viel Geld es genau geht, ist dabei schwer einschätzbar. Die Kosten zahlt überwiegend die Gesellschaft – und nicht der Betreiber der Anlagen.

Ein ganz großes Problem bei der Atomkraft ist, dass die Frage, wo der gefährliche Müll lagern soll, immer noch völlig ungeklärt ist. In Deutschland wird der Müll momentan in Zwischenlager transportiert und wartet dort darauf, in ein sicheres Endlager zu kommen, das es bis heute in Deutschland nicht gibt.

Fazit

Solange es zu keinem Unfall kommt, ist die Atomkraft ein sehr effektiver Stromlieferant, der nicht so viele Treibhausgase entstehen lässt wie es andere Energiequellen wie Braun- und Steinkohlewerke tun. Auf der anderen Seite zerstört der Uranabbau die Umwelt und es besteht immer das Risiko, viele Menschen in Gefahr zu bringen und die Umwelt zu verseuchen. Der radioaktiv strahlende Müll muss sicher gelagert werden. Wie das gehen soll, ist auch nach 60 Jahren Atomkraft noch völlig ungewiss. Was bleibt, ist der Müll, der bis zu 1 Million Jahre radioaktiv sein wird – und damit eine Gefahr für uns alle darstellt.