Atomkraft: zu teuer, zu risikobehaftet, zu gefährlich heute und auch für die nachfolgenden Generationen.

Die nachfolgende Übersetzung macht deutlich, warum Kernenergie keinen Sinn macht.

Die Übersetzung des englischen Artikels ist hoch interessant.

Dieser Artikel macht durch wissenschaftliche und wirtschaftliche Betrachtung sehr deutlich, dass Kernenergie keine geeignete Alternative für die Energiegewinnung ist.

Den englischen Originalartikel findest Du über den Link —> https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frevc.2024.1242818/full?&utm_source=Email_to_authors_&utm_medium=Email&utm_content=T1_11.5e1_author&utm_campaign=Email_publication&field=&journalName=Frontiers_in_Environmental_Economics&id=1242818

„Bewertung der Eignung der Kernenergie für den Klimaschutz: technische Risiken, wirtschaftliche Auswirkungen und Inkompatibilität mit erneuerbaren Energiesystemen.

Dieses Papier präsentiert eine umfassende Analyse der Eignung der Kernenergie als Option zur Bekämpfung des eskalierenden Klimanotstands. Wir fassen zentrale Argumente zusammen und werten sie aus, um zu erläutern, warum die Kernenergie zur Bewältigung des Klimawandels ungeeignet ist. Das Hauptargument dreht sich um die ungelösten technischen und menschlichen Risiken von Unfällen und Verbreitung, die in Zukunft wahrscheinlich nicht wirksam gemindert werden können. Darüber hinaus heben wir die erheblichen Kostenunterschiede zwischen Kernenergie und anderen nichtfossilen Energiequellen wie Solarphotovoltaik und Windkraft unter Berücksichtigung der Stromgestehungskosten hervor.

Wir gehen auch auf die Unvereinbarkeit der Kernenergie mit erneuerbaren Energiesystemen ein und betonen die Notwendigkeit von Flexibilität angesichts der schwankenden Solar- und Windressourcen. Alternative Reaktortechnologien werden nicht rechtzeitig verfügbar sein, um einen wesentlichen Beitrag zu leisten. Auch im Kraftwerksbetrieb stellt die Kernenergie inmitten von Klimawandel und Krieg Herausforderungen dar. Letztendlich argumentieren wir, dass andere Beweggründe untersucht werden sollten, um das anhaltende Interesse an Kernenergie in einigen Ländern zu erklären, da Argumente zur Energieversorgung allein nicht ausreichen, um neue Investitionen zu rechtfertigen.

1. Einleitung

Angesichts der eskalierenden Klimanotlage rückt die Bedeutung der Kernenergie bei der Bewältigung klimabedingter Risiken zunehmend in den Fokus. Derzeit macht die Kernenergie etwa 9,8 % der weltweiten Stromproduktion aus, was etwa 2.800 TWh entspricht ( BP, 2022 ). Zahlreiche einflussreiche Organisationen, darunter internationale Organisationen ( IEA, 2019 , 2021 ; IAEA, 2020 ) und private Unternehmen ( Gates, 2021 ), plädieren für eine stärkere Bedeutung der Kernenergie im Energiesektor. Auch der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) bezieht unterschiedliche Mengen an Kernenergie in seine für seine Bewertung und Sonderberichte ausgewählten Szenarien ein ( IPCC, 2018 , 2022 ). Allerdings ist die Geschichte der Kernenergie voller ungelöster technischer Herausforderungen, die nur bedingt beherrschbar sind, sodass Sicherheitsrisiken und wirtschaftliche Misserfolge bestehen bleiben ( MIT, 2018 ; OECD und NEA, 2020 ). Aus der Perspektive technologischer Innovationssysteme ist die Kernenergie seit geraumer Zeit rückläufig ( Markard et al., 2020 ) und hat sich nie zu einer wirtschaftlichen Technologie entwickelt, die mit anderen konkurrieren kann ( Davis, 2012 ; Wealer et al., 2021a ; Aghahosseini et al., 2023 ; Haywood et al., 2023 ).

In diesem Papier führen wir eine umfassende Bewertung der technischen, wirtschaftlichen und politischen Argumente im Zusammenhang mit der Debatte über die Rolle der Kernenergie bei der Bekämpfung des Klimawandels durch. Durch unsere Bewertung kommen wir zu dem Schluss, dass die Kernenergie keinen sinnvollen Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels darstellt, sondern eher ein Hindernis für dieses Unterfangen darstellt. Die evidenzbasierten Erläuterungen liefern Argumente für Politiker und Entscheidungsträger sowie Entwickler von Energieszenarien, auf die Nutzung der Kernenergie zu verzichten oder nicht in ein nukleares System einzusteigen. In den folgenden Abschnitten werden die Argumente thematisch geordnet präsentiert, gefolgt von einem abschließenden Abschnitt, der unsere Ergebnisse zusammenfasst.

2 Atomkraft ist gefährlich und Unfälle lassen sich nicht vermeiden

Auch wenn es keine Möglichkeit gibt, das Risiko nuklearer Unfälle zuverlässig zu quantifizieren ( Downer und Ramana, 2021 ), lässt sich feststellen, dass es sich bei der Kernenergie um eine gefährliche Technologie handelt, mit der sich schwere Unfälle nachweislich nicht vermeiden lassen. Bei der Kernspaltung werden sehr große Energiemengen und die daraus resultierende radioaktive Strahlung umgewandelt, die weit über die Betriebslebensdauer kommerzieller Reaktoren hinaus bestehen bleibt. Um die Sicherheit während der Lebensdauer des Reaktors und darüber hinaus zu gewährleisten, müssen drei wichtige Ziele angegangen werden: (i) wirksamer Einschluss radioaktiver Brennelemente und anderer Materialien, (ii) konsequente Überwachung und Steuerung der Reaktivität und (iii) angemessene Steuerung und Ableitung der im Reaktor erzeugten Wärme Kerne und kontinuierliche Kühlung der Brennelemente. Diese Sicherheitsüberlegungen erstrecken sich nicht nur über die gesamte Betriebslebensdauer des Reaktors, sondern auch über Hunderttausende Jahre darüber hinaus.¹

Von den Anfängen der Kernenergie bis heute sind die Verhütung schwerer Unfälle und die Erreichung von Sicherheitsniveaus, die als gesellschaftlich akzeptabel gelten, also solche, für die die Gesellschaft Schutzmaßnahmen ergreifen kann, unerreichbar geblieben. Seit den Anfängen der Kernenergie kam es immer wieder zu Zwischenfällen („Events“) und Unfällen. Frühe Beispiele sind die teilweise Kernschmelze in Chalk River (Kanada, 1952), der Brand im Reaktorkern des Kernkraftwerks Windscale (1957) und die Explosion radioaktiven Materials im sowjetischen Atomkomplex Mayak (Sowjetunion, 1957). , siehe Wealer et al., 2021b , S. 56).

Trotz der kontroversen Natur der Methoden zur Bewertung nuklearer Unfälle deuten alle Indikatoren durchweg darauf hin, dass es trotz der Einführung neuer Reaktorgenerationen weiterhin zu einer erheblichen Zahl von Unfällen kommt. Die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) klassifiziert Ereignisse anhand der International Nuclear Event Scale (INES-Skala), die von 0 bis 7 reicht.² Die INES-Skala wurde jedoch kritisiert, da sie nicht alle relevanten Vorfälle erfasst und keine aussagekräftige Bedeutung bei der Unfallskalierung aufweist. Die Fukushima-Katastrophe würde beispielsweise einem Wert von 10,6 auf der INES-Skala entsprechen und damit den höchsten festgelegten STUFE von 7 übertreffen ( Wheatley et al., 2016 , S. 98). Um diesen Einschränkungen zu begegnen, könnte ein alternativer Ansatz darin bestehen, die Skala der Strahlungsfreisetzung bei nuklearen Unfällen zu übernehmen, die sich auf das Ausmaß der freigesetzten Radioaktivität bezieht und keine Obergrenze vorgibt (Smythe, 2011) .

Die Umrechnung von Unfällen und Ereignissen in monetäre Kosten hilft, die Gesamtauswirkungen und die damit verbundenen Risiken zu verstehen. So haben Wheatley et al. (2016) stellten fest, dass die Häufigkeit schwerer Unfälle zwar seit den 1970er Jahren im Durchschnitt rückläufig war, es jedoch alle zehn Jahre zu schweren Unfällen oder Zwischenfällen kam.³ Darüber hinaus kam es zu kleineren Vorfällen, die zu Schäden von bis zu 20 Millionen US-Dollar führten, wobei die erwartete Höhe solcher Vorfälle jährlich ansteigt. Statistisch gesehen wird es mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % alle 60–150 Jahre zu einem Unfall im Ausmaß der Fukushima-Katastrophe kommen, und ein Vorfall wie Three Mile Island ereignet sich alle 10–20 Jahre.

Interessanterweise liegen „die durchschnittlichen Kosten für Veranstaltungen pro Jahr in etwa bei den Kosten für den Bau einer neuen Anlage“ ( Wheatley et al., 2016 , S. 96).

Niedrige Auslastungsraten und ungewisse Ausfallzeiten deuten ebenfalls auf erhebliche Probleme bei der Beherrschung der Nukleartechnologie im großen Maßstab hin. Somit beträgt der aggregierte Kapitalauslastungsgrad aller Kernkraftwerke seit den 1970er Jahren 66 %, was bedeutet, dass über ein Drittel der Kapazität nicht zur Stromerzeugung genutzt wurde, was größtenteils auf lange Ausfälle zurückzuführen ist.⁴ Auch wenn dieser Wert in den 2000er Jahren auf 80 % gestiegen ist, bleibt immer noch ein Fünftel der Kapazität ungenutzt.

Ein Blick auf die Geschichte der kommerziellen Kernenergie zeigt, dass Fragen der Reaktorsicherheit zu Beginn des Atomzeitalters weitgehend ignoriert wurden. So verkündete die US-Atomenergiekommission einerseits, dass die Kernenergie „zu billig zum Messen“ sei ( The New York Times, 1954 ), was zu einer „Plutoniumwirtschaft“ ( Seaborg, 1970 ) werden sollte. Andererseits gingen bei der Entwicklung der kommerziellen Kernenergie sowohl der Energie- als auch der Versicherungssektor davon aus, dass die Gesellschaft die Verantwortung für diese Risiken tragen würde. Diese Tatsache gilt auch heute noch: Risiken aus der Kernenergie sind nicht versicherbar, die Betreiber von Kernkraftwerken haften nur symbolisch.⁵ Keiner der Kernkraftwerksbetreiber weltweit ist ausreichend gegen das Unfallrisiko versichert ( Kåberger, 2019 ). In den Vereinigten Staaten beispielsweise befreit das Price-Anderson-Gesetz von 1957 Nuklearunternehmen von der Verpflichtung, sich gegen Unfälle abzusichern, und verpflichtet sie lediglich zur Zahlung einer geringen Gebühr. In Deutschland teilten sich alle Betreiber von Kernkraftwerken das Risiko möglicher Unfälle, dies war jedoch auf 2,5 Mrd. € begrenzt, was im Vergleich zu den möglichen Kosten von Unfällen eine sehr bescheidene Summe ist.

3 Atomkraft ist nicht wirtschaftlich…

Die Branche hat zahlreiche Vorkehrungen gegen Unfälle getroffen, die allerdings erst durch Unfälle entdeckt wurden („trial and error“). Der Anspruch einer „sicheren und kontrollierten“ Kernspaltung erfordert äußerst komplexe technische Maßnahmen, die neben Unerfahrenheit, Mangel an Kompetenz und Arbeitskräften als Hauptkostentreiber identifiziert wurden. Atomkraft ist teuer, sowohl für einen potenziellen Investor, der erwägt, privates Kapital in ein Kernkraftwerksprojekt zu investieren, als auch für die Gesellschaft als solche, die sich immer noch mit den negativen Umweltauswirkungen von Unfällen, Kernschmelzen, Uranabbau, Terrorismusrisiken usw. auseinandersetzen muss. Wann Bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Kernkraftwerken darf nicht vergessen werden, dass der Grund für die industrielle Entwicklung der Kernenergie in den 1940er Jahren ihr Einsatz als Waffe war, dessen Kosten keine Rolle spielten ( Groves, 1983 ; Lévêque, 2015 ). . Seit dem Zweiten Weltkrieg gab es Erwartungen, dass die kommerzielle Kernenergie im folgenden Jahrzehnt schnell wirtschaftlich werden würde ( Ullmann, 1958 ; Pittman, 1961 ) und zur wichtigsten Energiequelle für die Stromerzeugung werden würde ( Seaborg, 1970 ; Weinberg, 1971 ; Rose, 1974). ). Kein einziger der mehr als 600 Reaktoren, die seit 1951 gebaut wurden, wurde ausschließlich mit privatem Kapital und in einem wettbewerbsintensiven Marktumfeld gebaut ( Bradford, 2012 ; Wealer et al., 2018 ).

Die campusweiten Studien des MIT (2003 , 2009 , 2018) und der University of Chicago (2004 , 2011)stimmen darin überein, dass die Kernenergie bereits um die Jahrhundertwende nicht mit Kohle und Erdgas konkurrenzfähig war – eine Einschätzung, die bis heute gültig ist. Joskow (1982) berichtete bereits über die wirtschaftlichen Schwierigkeiten der Kernenergie, ein Thema, das später von Grubler (2010) und Escobar Rangel und Lévêque (2015) aufgegriffen wurde . Weitere groß angelegte Übungen sind D’haeseleer (2013) und Linares und Conchado (2013) . Davis (2012, S. 50) kommt zu dem Schluss, dass es trotz sieben Jahrzehnten „kontrollierter Kernspaltung“ immer noch keine wirtschaftlichen Gründe für die Kernenergie gibt.

Unter Berücksichtigung der aktuellen Trends bei Kernkraftwerken der sogenannten „Generation III“ zeigt eine Analyse der aktuellen und zukünftigen Investitionen in Kernkraftwerke, dass diese keine rentablen Renditen abwerfen. Die wirtschaftlichen Verluste lassen sich für ein konkretes Investitionsvorhaben darstellen: Der Investor in ein 1.600 MW Gen III Kernkraftwerk, also etwa 10 Mrd. US$, würde einen Verlust, also einen negativen Kapitalwert im Minusbereich erleiden fünf bis minus 10 Milliarden US-Dollar_2018$ ( Wealer et al., 2021a ). Genau das geschieht derzeit an allen Neubaustandorten, die nur dank massiver Subventionen und/oder der Übernahme von Verbrauchern überleben, wie etwa dem Vogtle-Projekt in Georgia (USA), den Projekten Olkiluoto (Finnland) und Flamanville (Frankreich) in Europa ( Barkatullah und Ahmad, 2017 , S. 133–134) und das Hinkley Point C-Projekt im Vereinigten Königreich.⁶ Analysen zu den Atomenergie-Exportprojekten haben ergeben, dass die wirtschaftliche Notlage der chinesischen, koreanischen und russischen Atomenergietechnologie vergleichbar ist ( Ram et al., 2018 ).

Die Hauptgründe für diese großen Verluste sind hohe Baukosten, einschließlich Kapitalkosten, lange Projektlaufzeiten sowie unsichere und niedrige Einnahmen. Selbst eine Verlängerung der Reaktorlebensdauer auf 60 Jahre verbessert die Ergebnisse nicht wesentlich. Darüber hinaus werden in diesen Berechnungen zusätzliche Kosten (Rückbau, Langzeitlagerung radioaktiver Abfälle) und die gesellschaftlichen Kosten von Unfällen nicht berücksichtigt. Die erwarteten Stromgestehungskosten in einer groß angelegten Monte-Carlo-Modellanalyse mit unterschiedlichen Investitionskosten, Baudauer und Strompreisen ergeben einen Erwartungswert für Kernstrom von 160 US$/MWh und eine Verteilung der Stromgestehungskosten zwischen 91 und 222 US$/MWh ( Wealer et al., 2021a ).

Aktuelle Berechnungen der durchschnittlichen Stromgestehungskosten für die USA bestätigen die strukturellen Kostennachteile der Kernkraft: Während die Kosten erneuerbarer Energiequellen stark sinken, steigen die Kosten für Strom aus Kernkraft weiter ( Lazard, 2023 ).

Die Systemkosten der jeweiligen Technologien werden nicht berücksichtigt, z. B. Rückbau-, Endlager- und Versicherungskosten für Kernkraftwerke sowie Flexibilitätsoptionen bei erneuerbaren Energien. Angesichts der oben beschriebenen Entwicklung ist allerdings nicht damit zu rechnen, dass große Kernkraftwerke konkurrenzfähig werden. Für die erneuerbaren Energiequellen Wind und Sonne (nicht subventioniert) liegen die Stromgestehungskosten heute im Allgemeinen bei etwa 50 bzw. 60 US-Dollar/MWh ( Lazard, 2023 , S. 9) auf der Ebene einer einzelnen Erzeugungseinheit. Dagegen liegen die Stromgestehungskosten von (nicht subventionierten) Kernkraftwerken im dreistelligen Bereich (180 US$/MWh) ( Lazard, 2023 , S. 9). Detaillierte Analysen, die mit stündlicher Auflösung in 145 Regionen weltweit durchgeführt wurden und sich auf vollständig erneuerbare Energiesysteme konzentrierten, haben ergeben, dass die Stromgestehungskosten im gesamten System, unter Einbeziehung von Faktoren wie Stromspeicherung, Drosselung und Netzverluste, maximal das Doppelte erreichen können die Stromgestehungskosten einzelner Erzeugungseinheiten ( Ram et al., 2017 ; Bogdanov et al., 2019 ). Aber selbst mit diesen zusätzlichen Kosten belaufen sich die gesamten Stromgestehungskosten der erneuerbaren Erzeugungseinheit einschließlich der Systemkosten auf etwa maximal 80 US-Dollar/MWh, was weniger als der Hälfte der Kosten der Kernenergie entspricht, während letztere nicht der Lastvariabilität entspricht im Gegensatz zu einem vollständig erneuerbaren Energiesystem in stündlicher Auflösung.

Die oben gewählte private Perspektive berücksichtigt nicht eine Vielzahl anderer Kosten für die Gesellschaft. Dazu gehören im Anschluss an die Produktionskette erhebliche abschätzbare externe Kosten, z. B. Lungenkrebs durch den Uranabbau ( Jacobson, 2020), Emissionen aus Bau und Bergbau sowie andere Gesundheitsrisiken aus dem Normalbetrieb, der Stilllegung und der Entsorgung. Darüber hinaus deutet die Betrachtung einer intergenerationellen Perspektive darauf hin, dass die begrenzten Vorteile, die die Kernenergie in der Gegenwart bietet, von den Belastungen überschattet werden, die künftigen Generationen auferlegt werden, die erhebliche Kosten für Lagerung und Entsorgung tragen würden ( Barron und Hill, 2019 ). Schulze et al. (1981) präsentierte eine frühe Begründung für die Berücksichtigung des Wohlergehens zukünftiger Generationen durch die angemessene Wahl eines sozialen Abzinsungssatzes.

Da für den Einsatz von Kernkraftwerken keine wirtschaftliche Grundlage besteht, müssen alternative Beweggründe berücksichtigt werden. Zu den Beweggründen zählen Versuche, die zivile Atomkraft als Ergänzung zu militärischen Aktivitäten aufrechtzuerhalten ( Cox et al., 2016 ).

4 …Es gibt auch keine Laufzeitverlängerungen

Über zwei Drittel der 415 Reaktoren, die im Jahr 2021 in Betrieb waren, haben hinsichtlich ihrer Betriebslebensdauer die 30-Jahres-Marke überschritten ( IAEA, 2022b ). Da diese Kernreaktoren ursprünglich für eine geplante Betriebsdauer von 30–40 Jahren ausgelegt waren, besteht die Notwendigkeit, sie entweder durch andere Erzeugungstechnologien, neue Reaktoren oder eine Verlängerung der Lebensdauer zu ersetzen. Die längere Lebensdauer ist mit hohen Kosten aufgrund steigender Wartungskosten und erforderlicher Sicherheitsinvestitionen und -aufrüstungen verbunden. Die Internationale Energieagentur (IEA) (2019) fordert daher Subventionen, um die Lebensdauer der bestehenden Reaktoren zu verlängern. Ein zentraler Aspekt ist die Einschätzung der Aufsichtsbehörden, welche Maßnahmen erforderlich sind, um das System auf den „Stand der Technik“ zu bringen ( INRAG et al., 2021 ). Dies stellt erhebliche finanzielle Hürden dar. In Frankreich beispielsweise, dem Land mit der am stärksten standardisierten Reaktorflotte weltweit, schätzte der Rechnungshof, dass der Betreiber EDF bis 2030 bis zu 100 Milliarden Euro investieren müsste, um die Lebensdauer seiner Reaktorflotte um zehn Jahre (von 40 auf 50 Jahre). Dies entspricht mehr als dem Dreifachen des Börsenwerts von EDF und einem Durchschnitt von 1,7 Milliarden Euro pro Reaktor oder etwa 1.500 Euro/kW an Investitionen zur Verlängerung der Lebensdauer oder etwa 55 US-Dollar/MWh, um den Betrieb für weitere 10 Jahre aufrechtzuerhalten ( Cour des Comptes). , 2016 ; IEA, 2019 ). Insgesamt schätzt die IEA die Stromkosten für eine Laufzeitverlängerung um 10–20 Jahre auf 40 bis 55 US-Dollar/MWh. Dies entspricht in etwa den aktuellen Kosten für Strom aus erneuerbaren Energien. Somit ergibt sich aus der Laufzeitverlängerung kein wirtschaftlicher Vorteil gegenüber dem Ausbau erneuerbarer Energien.

Selbst verlängerte Lebensdauern garantieren nicht, dass die jeweilige Anlage am Strommarkt bestehen kann. Daten aus den USA zeigen, dass ältere Anlagen deutlich höhere Betriebs- und Wartungskosten haben und regelmäßige Kapitalaufstockungen benötigen, damit sie den Wettbewerb bei den Strommarktauktionen nicht zurückhalten können ( Bradford, 2013 ; siehe zum Beispiel Lovins, 2013 , 2017 ; Schneider et al ., 2019 , S. 238). In den letzten Jahren haben Versorgungsunternehmen aktiv staatliche Gesetze und Verträge verfolgt, um wirtschaftlich unrentable Reaktoren finanziell zu unterstützen. Von den 23 Reaktoren, deren vorzeitige Stilllegung zwischen 2009 und 2025 geplant ist, wurden 13 bereits geschlossen, bei acht kam es aufgrund von Förderprogrammen zu einer verzögerten Schließung, und das Schicksal von zwei Reaktoren im Diablo Canyon bleibt ungewiss ( Schneider et al., 2023 ).

5 Der Ausbau der Kernenergie kann nicht ausreichend beschleunigt werden

Selbst wenn der Bau wirtschaftlich nicht rentabler Kernkraftwerke mit öffentlichen Mitteln gefördert wird, wie es in der Vergangenheit der Fall war, sind sie aufgrund der langen Zeiträume für deren Ausbau nicht in der Lage, einen wesentlichen Beitrag zu einem groß angelegten Dekarbonisierungsvorhaben zu leisten. Der Prozess der Planung, des Entwurfs und des Baus von Kernkraftwerken zeichnet sich durch eine erhebliche und zeitaufwändige Dauer aus. In den USA betrug die mittlere Dauer für den Bau von Kernkraftwerken seit den 1970er Jahren etwa 9 Jahre ( Koomey und Hultman, 2007 , S. 5634), während sie im Jahr 2015 weltweit bei 7,4 Jahren lag ( Berthélemy und Escobar Rangel, 2015). , S. 125). Hinzu kommt der Zeitaufwand für die Planung, z. B. Einholen von Baugrundstück und Baugenehmigung, Engineering, Finanzierung. Jacobson (2020) schätzt die Gesamtzeit bis zur Inbetriebnahme von Kernkraftwerken zwischen 10 und 19 Jahren.

Unter Berücksichtigung des letzten Jahrzehnts (2012–2021) erscheint diese Schätzung sogar sehr optimistisch, da allein die durchschnittliche Baudauer (ohne Planung) für 62 fertiggestellte Reaktoren, von denen 37 in China gebaut wurden, auf 9,2 Jahre gestiegen ist ( Schneider et al., 2022 ). Betrachtet man die wenigen laufenden Bauprojekte im OECD-Raum, erscheint die durchschnittliche Laufzeit noch ungünstiger. Beispielsweise erstreckte sich der Bau von Olkiluoto-3 in Finnland über einen Zeitraum von 17 Jahren (2005–2022), während Flamanville-3 in Frankreich, das seit 2007 im Bau ist, und die Vogtle-Blöcke 3 und 4 in den Vereinigten Staaten, die 2013 begonnen wurden, kann möglicherweise einen noch längeren Zeitrahmen für die Fertigstellung erfordern.

Das Ausmaß und die Zeitkritikalität der mit der sozial-ökologischen Transformation verbundenen Herausforderungen sind zu groß, als dass die Kernenergie eine nennenswerte Rolle spielen könnte. Um die in Pfad 3 des IPCC-Berichts ( IPCC, 2018 ) dargelegten Ziele zu erreichen, die eine prognostizierte Steigerung der Kernenergie um 98 % bis 2030 und 501 % bis 2050 beinhalten, wäre eine Verdoppelung der bestehenden Kernkraftwerksflotte von ca. 440 erforderlich Kraftwerke innerhalb der nächsten 10 Jahre und erreichen innerhalb der nächsten drei Jahrzehnte eine Versechsfachung ( Wealer, 2020 ).

Selbst wenn man die lange Baudauer vernachlässigt, liegt ein weiterer Grund dafür, dass die Kernenergie nicht in relevantem Umfang ausgebaut werden kann, in der Desintegration der Versorgungskette. Die traditionellen Reaktoranbieter Westinghouse und Framatome befinden sich in finanziellen Turbulenzen und kämpfen immer noch ums Überleben: Westinghouse ging 2017 in die Insolvenz, und Framatome (damals Areva) wurde vom französischen Staat mit 4–5 Mrd. € gerettet. Seit 2000 ist Russland der aufstrebende Nuklearlieferant ( Drupady, 2019 ) und dominiert den Reaktormarkt mit mehr Technologievereinbarungen als die vier nächstgrößten Lieferanten (Frankreich, USA, China, Korea) zusammen ( Jewell et al., 2019 ). Angesichts der geopolitischen Notwendigkeit, russische Nuklearprodukte einzuschränken, gepaart mit der schwierigen Lage der russischen Wirtschaft und Chinas Herausforderungen bei der Kundengewinnung ist es unwahrscheinlich, dass diese beiden Länder wirksam eingreifen können, um die Situation zu bewältigen ( Thomas, 2018 , 2019).

6 Kleine modulare Reaktoren und unkonventionelle Reaktorkonzepte dauern Jahrzehnte und haben schlechtere wirtschaftliche Aussichten

Die Industrie entwickelt kontinuierlich neue Reaktorkonzepte, die nun im Kontext des Klimanotstands diskutiert werden. Zu diesen Konzepten gehören sogenannte kleine modulare Reaktoren, SMR-Konzepte („kleine modulare Reaktoren“) mit relativ geringer Leistung (<300 MW _el ) und unkonventionelle Reaktordesigns (d. h. nicht leichtwassergekühlt). Die letztere Kategorie umfasst frühe Kernenergietechnologien wie schnelle Brutreaktoren, Salzschmelze-Reaktoren und Hochtemperaturreaktorkonzepte. Allerdings sind nichtkonventionelle Reaktorkonzepte, einschließlich der vom „Generation IV International Forum“ (GIF) geförderten Konzepte, noch mehrere Jahrzehnte von einem potenziellen kommerziellen Einsatz entfernt, sofern sie jemals realisierbar werden, und es ist unwahrscheinlich, dass sie in naher Zukunft einen Wettbewerbsstatus erreichen werden ( Cochran et al., 2010 ; Lyman, 2021 ; Pistner et al., 2023 ; Böse et al., 2024 ). Eine Zusammenfassung der anstehenden Probleme liefern Wimmers et al. (2023) .

Darüber hinaus fällt bei näherer Betrachtung der vorgeschlagenen und erforschten Reaktoren auf, dass diese nur teilweise auf grundlegend unterschiedlichen Technologiekonzepten basieren ( Locatelli et al., 2013; Pioro, 2023 ). So gibt es Hochtemperaturreaktoren schon seit mindestens einem halben Jahrhundert, die Konzepte der schnellen Brutreaktoren und Thoriumreaktoren sogar schon seit den 1950er Jahren ( Weinberg, 1959 ; Pittman, 1961 ; Rose, 1974 ). Nahezu alle Hochtemperatur- oder Schnellbrüterprojekte wurden aufgrund technologischer Probleme oder einfach weil sie unwirtschaftlich waren, aufgegeben. Dennoch umfasst das Technologieportfolio des Referenzszenarios der Europäischen Kommission bis 2050 auch sogenannte Reaktortechnologien der 4. Generation ( EC, 2016 , S. 41).

Jüngste Erfahrungen mit SMRs deuten darauf hin, dass wettbewerbsfähige kommerzielle Durchbrüche mittelfristig unwahrscheinlich sind. Zuvor hatte die Industrie versucht, Kernkraftwerke mit immer höheren Kapazitäten zu bauen, um potenzielle Skaleneffekte zu erzielen. SMRs gehen den umgekehrten Weg und werden von der IAEA als „ fortschrittliche Reaktoren, die elektrische Leistung bis zu 300 MW _el erzeugen , die für den Bau in Fabriken und den Versand an Versorgungsunternehmen zur Installation bei Bedarf konzipiert sind “ definiert.⁷ Große Hoffnungen werden derzeit in die Entwicklung von SMRs als langfristige Lösung für die Kernenergie gesetzt ( Lokhov et al., 2013 ; Locatelli et al., 2014 ; Sainati et al., 2015 ; NEA, 2016 ; Black et al. , 2019 ). Darüber hinaus werden sie als flexibler beworben, beispielsweise durch die Bereitstellung zusätzlicher Funktionen wie Fernwärme. Auch einige US-Startups arbeiten in diese Richtung, etwa NuScale oder TerraPower unterstützt von Gates (2021) .

Unter den 80 von der IAEA gelisteten SMR-Projekten ( IAEA, 2022a , b ) sind derzeit jedoch nur vier Pilotanlagen im Bau oder bereits in Betrieb (eine in Russland, zwei in China und eine in Argentinien) ( Böse et al., 2024 ). Schätzungen über die künftigen Produktionskosten sind sehr spekulativ, doch mehrere Analysen deuten darauf hin, dass SMRs noch einige Zeit teurer sind als aktuelle große Kernkraftwerke. Zusätzlich zu den höheren variablen Betriebs- und Wartungskosten ( Carelli et al., 2010 ; Cooper, 2014 ) zeigen aktuelle Analysen, dass die Kapitalkosten über Nacht zwischen 6 und 26 % höher sind als die durchschnittlichen Kosten aktueller Kernenergie mit hohen Kapazitäten. Alonso et al. (2016) schätzen die Stromgestehungskosten auf 175 US$/MWh, was immer noch über denen aktueller Reaktoren liegt.

Es kann davon ausgegangen werden, dass nichtkonventionelle Reaktortechnologien und SMRs wahrscheinlich keine nennenswerten Einsparungen um ein Vielfaches erzielen werden, da potenzielle Lerneffekte aufgrund der heterogenen Herausforderungen der nationalen Lizenzierung und Regulierung sowie einer begrenzten Akteursbasis begrenzt sein könnten ( Böse et al. , 2024 ). Vergleichbare Entwicklungen sind bei Leichtwasserreaktoren zu beobachten. Denken Sie daran, dass in den sieben Jahrzehnten der „großen“ Kernenergie nie Lerneffekte, dh sinkende Kapitalkosten pro Einheit, erzielt wurden. Im Gegenteil gibt es Hinweise darauf, dass die Lernkurven hinsichtlich Baukosten und Bauzeiten diskontinuierlich sind ( Portugal-Pereira et al., 2018 ), was darauf hindeutet, dass Standardisierung und länderübergreifende Synergien nicht genutzt wurden ( Gruber, 2010 ; Rangel und Leveque). , 2012 ). Einige der ehrgeizigsten Regionen, z. B. im Nahen Osten oder in Asien, haben wenig Erfahrung mit Sicherheitsvorschriften ( Ramana et al., 2013 ; Yamashita, 2015 ). Außerdem birgt eine große Anzahl von Reaktoren mit geringer Kapazität ein erhebliches Risiko für die Verbreitung des spaltbaren Materials ( Glaser et al., 2013 ; Lyman, 2013 ). Laut einer aktuellen Umfrage von Thomas und Ramana (2022) zeigt sich, dass selbst Reaktordesigns, die auf gründlich getesteter Technologie basieren, nicht vor dem Jahr 2030 umgesetzt werden können. Darüber hinaus deutet die Umfrage darauf hin, dass radikalere Designs möglicherweise nie zum Einsatz kommen.

7 Atomkraft ist mit einem auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystem kaum vereinbar

Der herkömmliche Ansatz zur Stromerzeugung und -versorgung aus Kernenergie ist typischerweise mit einem Grundlasterzeugungsmodell verbunden. In einem Energiesystem, das zunehmend auf variable erneuerbare Energien setzt, wird dieses Modell der Grundlasterzeugung jedoch durch ein hochflexibles, angebotsbasiertes Modell ersetzt, wie Hodge et al. (2020) . Technische und wirtschaftliche Faktoren setzen der Flexibilität und den Ausbauraten von Kernkraftwerken Grenzen, wie die Industrie erkennt ( OECD/NEA, 2012 , S. 46). Zu diesen Faktoren gehören Einschränkungen beim Radfahrbetrieb, wie z. B. die Notwendigkeit, die Materialermüdung zu vermindern, aber auch Einschränkungen bei der Durchführung von Fahrten und Kostenerwägungen. Die Auswirkungen dieser Einschränkungen werden deutlicher, wenn ganze Flotten von Kernreaktoren bewertet werden und nicht einzelne Einheiten ( Morris, 2018 ). Kernkraftwerke erzeugen im Allgemeinen Strom im Grundlastspektrum mit Betriebsbeschränkungen⁸ und muss zur Deckung des Spitzenlastbedarfs durch flexibel einsetzbare Erzeugungseinheiten wie Gasturbinen, Steinkohlekraftwerke, aber auch regelbaren erneuerbaren Strom, insbesondere Wasserkraftspeicher, und Speicher, wie Pumpspeicherkraftwerke, abgesichert werden.

Obwohl neuere Reaktorkonstruktionen technisch gesehen über bessere Fähigkeiten für den Lastfolgebetrieb verfügen ( Cany et al., 2018 ; Jenkins et al., 2018 ), werden bestehende Kernkraftwerksparks aus wirtschaftlichen, technischen und sicherheitstechnischen Gründen typischerweise als kontinuierliche Grundlastkraftwerke betrieben . Die Verwirklichung einer flexiblen Kernenergie, wie von Duan et al. (2022) erfordert die Integration thermischer Energiespeicher und der drei- bis vierfachen Dampfturbinenkapazität eines konventionellen Grundlast-Kernkraftwerks, wobei für eine flexible Stromversorgung eine Reduzierung der Volllaststunden von 8.000 auf 2.000 pro Jahr angenommen wird. Dies führt zu einer Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit neuer Kernkraftwerke aufgrund erhöhter Kapitalkosten im Zusammenhang mit der thermischen Energiespeicherung und einer höheren Dampfturbinenkapazität. Darüber hinaus ist die Flexibilität der thermischen Energiespeicherung auf wenige Tage begrenzt, was ihre Wirksamkeit bei der Bewältigung saisonaler Ausgleichsanforderungen einschränkt. Umgekehrt bieten schaltbare Wasserkraftspeicher, Bioenergieanlagen und saisonale Speicher auf der Basis erneuerbarer Elektrizität mit E-Wasserstoff oder E-Methan das Potenzial, saisonale Nachfrageschwankungen effektiver zu decken, wie Bogdanov et al. hervorheben. (2019) . Hochgradig erneuerbare Energiesysteme umfassen das gesamte Energiesystem, also Strom, Wärme, Verkehr und Industrie ( Breyer et al., 2022b ) und diese Sektorenkopplung ermöglicht zusätzliche Flexibilität und damit Energiesystemeffizienz und Kosteneffizienz ( Breyer et al., 2022a ). Der potenzielle Wert flexibler Kernenergie wird durch neue Flexibilitätsoptionen wie das intelligente Laden von Elektrofahrzeugen und Vehicle-to-Grid-Konzepte ( Uddin et al., 2018 ; Yao et al., 2022 ) gemindert, die Flexibilität in einer Reihe von bis zu 30 % bieten auf eine Woche zu deutlich geringeren Kosten ( Child et al., 2018b ; Taljegard et al., 2019 ). Es gibt Behauptungen, dass die kontinuierliche Grundlastversorgung durch Kernenergie eine einzigartige Bedeutung hat ( Sepulveda et al., 2018 ). Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass eine solche kontinuierliche Grundlastversorgung nicht unbedingt erforderlich ist, da variable erneuerbare Energiequellen einem unterschiedlichen Lastprofil gerecht werden müssen ( Toktarova et al., 2019 ). Solarphotovoltaik und Windkraft können in Kombination mit kurzfristigen und saisonalen Speicherlösungen ein grundlastähnliches Erzeugungsprofil zu geringeren Kosten im Vergleich zu neuer Kernkraft liefern ( Fasihi und Breyer, 2020 ; Lazard, 2021 ).

Die Kompatibilitätsprobleme zwischen Kernenergie und variablen erneuerbaren Energiequellen, insbesondere Solarphotovoltaik und Windkraft, stellen angesichts der prognostizierten Dominanz dieser erneuerbaren Energien in der Stromversorgung zusätzliche Herausforderungen dar ( Bogdanov et al., 2019 ; IEA, 2021 ). Diese Herausforderungen ergeben sich aus der Konvergenz der Erzeugungsprofile, die es schwierig macht, den Betrieb der Kernenergie neben Solar- und Windenergie zu integrieren und zu koordinieren. Das kumulierte Erzeugungsspektrum von Strom aus verschiedenen erneuerbaren Energieeinheiten deckt alle Bereiche des Lastprofils ab, von der Grundlast über die Spitzenlastversorgung bis hin zum Überschussstrom ( Verbruggen und Yurchenko, 2017 ). In einem überwiegend auf Kernkraftwerken basierenden Energiesystem könnten erneuerbare Energiequellen in Kombination mit Speicher- und Flexibilitätsoptionen theoretisch für die Spitzenlastversorgung sorgen. In einem solchen Szenario würden die erneuerbaren Energien jedoch ständig eingeschränkt und könnten ihr wirtschaftliches und Systemeffizienzpotenzial nicht voll ausschöpfen. Dies würde auch zu einem erhöhten Bedarf an Speicherkapazitäten führen ( Verbruggen und Yurchenko, 2017 ), was die Integration dieser Energiequellen weiter erschweren würde. Eine Bevorzugung erneuerbarer Energien innerhalb des Energiesystems würde dazu führen, dass der Grundlasterzeugungsbedarf nahezu wegfällt ( Hirth et al., 2015 ; Bogdanov et al., 2019 ; Child et al., 2019 ; Breyer et al., 2022a , Abb . 16). Die Integration von Kernkraftwerken in ein solches System wäre eine Herausforderung und würde erhebliche wirtschaftliche Nachteile und technische Modifikationen erfordern, um ihren Betrieb zu ermöglichen. Tatsächlich zielen Energiesysteme, die hauptsächlich auf variablen erneuerbaren Energien basieren, auf Flexibilitätsoptionen ab, wie z. B. zuschaltbare erneuerbare Energien, Sektorkopplung, Stromnetze und Nachfragesteuerung (z. B. Laden von Elektrofahrzeugen, Wärmepumpen und Elektrolyseure für die Produktion von E-Kraftstoffen und E-Chemikalien). ( Brown et al., 2018 ; Child et al., 2018a; Bogdanov et al., 2021 ; Breyer et al., 2022b ).

Die zukünftige Entwicklung der Kernenergie erfordert eine Untersuchung ihres historischen Kontexts und ihrer Auswirkungen auf sozioökologische Transformationsprozesse ( Geels et al., 2016 ; Cherp et al., 2017 ). Darüber hinaus behindert der Ausbau und die Aufrechterhaltung von Grundlasterzeugungstechnologien den Übergang zu einem hochflexiblen, zu 100 % erneuerbaren Energiesystem, indem ein dualer Systemrahmen (fossil-nuklear und erneuerbare Energien) geschaffen wird, der den damit verbundenen „Lock-in“-Effekt verstärkt Grundlastgenerierungslogik ( REN21, 2017 „ S. 158 ff.). Darüber hinaus ergeben sich auf der Förderebene widersprüchliche Potenziale. Sowohl die Fortführung und der Ausbau der Kernenergie als auch der Übergang zu einem 100 % erneuerbaren Energiesystem erfordern staatliche Förderung und öffentliche Zuschüsse für Forschung, Entwicklung und Systemumstellung. Diese Situation führt eher zu einem Wettbewerb zwischen den beiden Wegen als zu gegenseitiger Unterstützung.

8 Herausforderungen beim Kernkraftwerksbetrieb inmitten von Klimawandel und Krieg

Obwohl Kernkraft oft als mögliche Lösung zur Eindämmung des Klimawandels angepriesen wird, gibt es immer mehr Befürchtungen, dass Kernkraft in einer Zukunft mit höheren Temperaturen und mehr militärischen Bedrohungen besonders ungünstig ist. In einer sich erwärmenden Welt, in der Reaktoren entweder mit niedrigen Wasserständen in Flüssen während Hitzewellen oder sich erwärmenden Meeren konfrontiert sind, führt der Verlust von Kühlwasser zu Leistungseinbußen oder sogar Abschaltungen ( Averyt et al., 2011 ), während dieses Risiko in hohem Maße verschwindet erneuerbare Stromversorgung ( Lohrmann et al., 2019 ). Weitere Probleme im Zusammenhang mit dem Klimawandel sind der Anstieg des Meeresspiegels, Küstenerosion und extreme Wetterbedingungen wie Küstenstürme oder Überschwemmungen. All diese Probleme werfen große Sicherheitsbedenken auf, insbesondere für Reaktoren an Küstenstandorten, da jeder vierte Kernreaktor weltweit an einer Küste liegt ( Kopytko und Perkins, 2011 ). Wie der Unfall in Fukushima gezeigt hat, können Überschwemmungen für ein Kernkraftwerk katastrophale Folgen haben, da dadurch die elektrischen Systeme lahmgelegt, die Kühlmechanismen lahmgelegt und es zu Überhitzung und möglicher Kernschmelze kommen kann. Entlang der US-Küste kommt es bereits immer häufiger zu Überschwemmungen, wobei sich die Rate an vielen Orten entlang der Ost- und Golfküste, wo sich viele Reaktoren befinden, beschleunigt. Auch nach der Abschaltung der Reaktoren werden noch hochradioaktive Abfälle in Form abgebrannter Brennelemente auf dem Gelände gelagert und sind durch den Anstieg des Meeresspiegels gefährdet ( Jenkins et al., 2020 ).

Weitere Bedrohungen sind die Verbreitung von Atomwaffen, Sabotage, Terroranschläge und Kriegsführung wie der russische Krieg in der Ukraine ( Schneider et al., 2022 , Kap. „Atomkraft und Krieg“). Das Risiko der nuklearen Proliferation ist stark mit der Atomkraft verbunden, sei es vertikal, indem die Atomwaffenstaaten (z. B. USA, Großbritannien, Frankreich, Russland, China) mehr Atomwaffen lagern und neue Atomwaffen bauen ( Sorge und Neumann, 2021 ), oder sei es vertikal es horizontal auf neue Länder wie zum Beispiel Iran und Saudi-Arabien.⁹Zwar gibt es Belege dafür, dass „der Zusammenhang zwischen Kernenergieprogrammen und der Verbreitung von Atomwaffen überbewertet wird“ ( Miller, 2017 ), doch Risiken im Zusammenhang mit der Möglichkeit der Verbreitung sind durchaus möglich (Schneider und Ramana, 2023 ). Da keine angemessenen und sicheren Entsorgungslösungen verfügbar sind, wird Kernmaterial immer noch vor Ort oder in zentralen Einrichtungen gelagert und ist daher für terroristische Gruppen anfällig. Bunn et al. (2016)berichten, dass es mehrere Fälle gibt, in denen Kilogrammmengen Plutonium oder hochangereichertes Uran gestohlen wurden. Darüber hinaus könnten terroristische Gruppen (darunter Al-Qaida) ernsthafte Anstrengungen unternehmen, um an Atomwaffen zu gelangen ( Futter, 2021 ). Darüber hinaus wird der Großteil des Brennstoffs immer noch in Becken für abgebrannte Brennelemente gelagert, so befinden sich beispielsweise 81 % des gesamten europäischen Brennstoffs immer noch in Nasslagern (Besnard et al., 2019 ). Diese Becken sind oft nicht durch Sicherheitsgebäude geschützt, was sie sehr anfällig für Terroranschläge macht ( Gronlund et al., 2007 ).

9 Fazit

Im Kontext des Klimanotstands wird intensiv über das Potenzial der Kernenergie diskutiert, zur Dekarbonisierung der Energiesysteme beizutragen. In diesem Artikel haben wir sieben Argumente entwickelt und bewertet, warum wir die Kernenergie für ungeeignet halten, den Klimawandel zu bekämpfen. Das Hauptargument ist technischer Natur, nämlich die Unvermeidbarkeit von Unfällen und die damit verbundenen Risiken. Die erheblichen Kosten, die mit der Umsetzung von Maßnahmen zur Verhinderung von Kernschmelzen, radioaktiven Lecks und anderen Unfällen verbunden sind, sind die Hauptursache für die hohen Kosten bei der kommerziellen Nutzung der Kernenergie. Dieser kostenintensive Charakter, gepaart mit Sicherheitserwägungen, impliziert daher, dass Kernenergie keine nachhaltige und erschwingliche Energiequelle für die kohlenstoffarme Energiewende ist. Tatsächlich ist dies auch der Grund dafür, dass die Kernenergie bisher keine Wettbewerbsfähigkeit gegenüber anderen Energieträgern erreichen konnte und weshalb Laufzeitverlängerungen ebenfalls teuer sind. Die Kernenergie ist durch sehr lange Bauzeiten und noch längere Entwicklungen neuer technischer Generationen gekennzeichnet, zu weit entfernt und unsicher, um in absehbarer Zeit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Aus energiesystemischer Sicht ist die Kernenergie nicht mit einem System auf Basis erneuerbarer Energien vereinbar, sondern behindert dessen Ausbau. Nicht zuletzt ist die Atomkraft in einer Zukunft mit höheren Temperaturen und Wetterextremen und mehr militärischen Bedrohungen besonders ungünstig. Zusätzlich zu den Argumenten sollte die zukünftige Forschung den Zusammenhang zwischen Kernkraft und den Energieumwandlungsprozessen allgemeiner untersuchen. Unsere Ergebnisse deuten auch darauf hin, die Suche nach anderen Gründen (z. B. Energiesouveränität) zu intensivieren, warum bestimmte Länder immer noch die Kernenergie anstreben, wobei das Klima regelmäßig als Hauptmotivation genannt wird.

Autorenbeiträge

Alle Autoren haben zum Artikel beigetragen und die eingereichte Version genehmigt.

Danksagungen

Frühere Versionen der im Papier entwickelten Argumente wurden auf verschiedenen Konferenzen und Workshops diskutiert, siehe Publikationsliste. Wir danken den Diskussionspartnern für wertvolle Beiträge, es gilt der übliche Haftungsausschluss.

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass die Forschung in Abwesenheit jeglicher kommerzieller oder finanzieller Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Der/die Autor(en) CK erklärten, dass sie zum Zeitpunkt der Einreichung Redaktionsmitglied von Frontiers waren. Dies hatte keine Auswirkungen auf den Peer-Review-Prozess und die endgültige Entscheidung.“