Kernenergie in Amerika: Wie es funktioniert, Vorteile, Nachteile, Auswirkungen

Ist die amerikanische Atomkraft die Antwort auf den Klimawandel?

Die Vereinigten Staaten sind der weltweit größte Produzent von Atomkraft. Im Jahr 2016 wurden 805 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom erzeugt. Das sind mehr als 30 Prozent der 2,4 Billionen Kilowattstunden Atomkraft, die weltweit produziert werden. Frankreich ist der zweitgrößte Produzent (418 Mrd. kWh), gefolgt von Russland (169,1 Mrd. kWh), Südkorea (149,2 Mrd. kWh), China (123,8 Mrd. kWh) und Kanada (98,6 Mrd. kWh).

(Nicht-US-Zahlen sind von 2014. Neueste Zahlen nicht verfügbar.)

Die Führung der Vereinigten Staaten kam von ihrer historischen Rolle als Pionier der Entwicklung der Kernenergie. Der erste kommerzielle Druckwasserreaktor, Yankee Rowe, wurde 1960 in Betrieb genommen und arbeitete bis 1992. (Quelle: "Nuclear Power in den USA", World Nuclear Association, April 2017.)

Kernkraftwerke

In 30 Staaten gibt es 99 Kernkraftwerke. Die meisten befinden sich östlich des Mississippi (siehe Karte). Sie generieren rund 40 bis 50 Milliarden US-Dollar Strom und schaffen über 100.000 Arbeitsplätze. Jeder Dollar, der von einem durchschnittlichen Reaktor ausgegeben wird, erzeugt 1,87 US-Dollar in der US-Wirtschaft. (Quelle: "Nuclear Energy Economic Benefits", April 2014)

US-amerikanische Kernkraftwerke erzeugten 19,7 Prozent der 4,079 Billionen kWh der gesamten US-Stromproduktion im Jahr 2016. Sie lag an zweiter Stelle nach Kohle (30 Prozent) und Erdgas (34 Prozent).

Es ist größer als Wasserkraft (6,5 Prozent) und andere alternative Quellen einschließlich der Windenergie (8,4 Prozent).

Es gibt auch 36 Testreaktoren an Forschungsuniversitäten (siehe Karte). Sie werden verwendet, um geringe Mengen an Strahlung für Experimente zu erzeugen. Hier untersuchen Wissenschaftler Neutronen und andere subatomare Teilchen, untersuchen automotive und medizinische Komponenten und lernen, Krebs besser zu behandeln.

(Quelle: "Backgrounder for Research and Test Reactors", NRC, 18. August 2011.)

Wie funktioniert die Kernenergie?

Alle Kraftwerke erhitzen Wasser, um Dampf zu erzeugen, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. In Kernkraftwerken wird dieser Dampf durch die bei der Kernspaltung erzeugte Wärme erzeugt. Wenn ein Atom gespalten wird, werden enorme Mengen an Energie in Form von Wärme freigesetzt.

Uran 235 wird als Brennstoff verwendet, da es leicht zerbricht, wenn es mit einem Neutron kollidiert. Sobald das passiert, beginnen die Neutronen aus dem Uran selbst mit seinen anderen Atomen zu kollidieren. Dies startet eine Kettenreaktion. Deshalb sind Atombomben so mächtig.

In einem nuklearen Generator wird die Kettenreaktion durch spezielle Stäbe gesteuert, die überschüssige Neutronen harmlos absorbieren. Diese Kontrollstäbe befinden sich neben den Brennstäben, die Uran-Brennstoff-Pellets enthalten. Über 200 dieser Stäbe sind zu einer so genannten Brennelementanordnung zusammengefasst. Wenn die Ingenieure den Prozess verlangsamen wollen, senken sie mehr Kontrollstäbe in die Baugruppe. Wenn sie mehr Wärme wollen, heben sie die Ruten. (Quelle: "Wie funktionieren Kernkraftwerke?" Duke Energy.)

Die Vereinigten Staaten haben zwei Arten von Kernkraftwerken. Es gibt 65 Druckwasserreaktoren und 34 Siedewasserreaktoren.

Sie unterscheiden sich darin, wie die Wärme vom Reaktor auf den Generator übertragen wird.

Druckwasserreaktoren verwenden hohen Druck, um das Wasser im Reaktor vor dem Kochen zu bewahren. Dies ermöglicht es, auf sehr hohe Ebenen zu heizen. Die Wärme wird dann durch Rohre in einen separaten Wasserbehälter im Generator übertragen. Es erzeugt den Dampf, der die Elektrizitätsturbine antreibt. Das Wasser aus dem Reaktor kehrt dann zurück, um wieder erwärmt zu werden. Der Dampf von der Turbine wird in einem Kondensator gekühlt. Das resultierende Wasser wird zum Dampfgenerator zurückgeleitet. Hier ist eine animierte Version eines Druckwasserreaktors.

Kochwasserreaktoren dagegen verwenden kochendes Wasser, um den Dampf zum Antrieb des Generators direkt zu erzeugen. Hier ist eine animierte Version des Siedewasserreaktors.

Am wichtigsten ist, dass der gesamte Prozess in einer geschlossenen Umgebung stattfindet, um die Außenwelt vor Verunreinigungen zu schützen.

Die Kraftwerke können gekühlt und sogar schnell gestoppt werden. (Quelle: "Wie funktioniert Kernenergie?", UNAE.)

Vorteile

Atomkraftwerke stoßen im Gegensatz zu Kohle und Erdgas keine Treibhausgase aus.

Sie schaffen 0,5 Arbeitsplätze für jede produzierte Megawattstunde (mWh) Strom. Dies ist im Vergleich zu 0,19 Arbeitsplätzen in Kohle, 0,05 Arbeitsplätze in Gaskraftwerken und 0,05 in der Windenergie. Die einzige andere Energiequelle, die mehr Arbeitsplätze / mWh schafft, ist Photovoltaik mit 1,06 Arbeitsplätzen / mWh. (Quelle: "Nuclear Energy Economic Benefits", April 2014 )

Seit Jahrzehnten hat die Kernenergie die niedrigsten Betriebskosten. Mit 1,87 Cent / kWh (Zahlen für 2008) sind es 68 Prozent der Kohlekosten. Und bis vor kurzem waren es nur 25 Prozent der Kosten von Erdgas.

Die Angst vor der Erderwärmung hemmte den Neubau von Kohlekraftwerken. In der Folge wurden von 1992 bis 2005 rund 270.000 Megawatt enerfy neuer Gaskraftwerke gebaut. Zu dieser Zeit schienen diese Pflanzen das geringste Investitionsrisiko zu haben. Im Ergebnis wurden nur 14.000 MWe neuer nuklearer und kohlebefeuerter Kapazität in Betrieb genommen. Es trieb die Erdgaspreise in die Höhe, zwang große industrielle Nutzer zur Offshoring-Situation und trieb die gasbetriebenen Stromkosten auf 10 Cent / kWh.

Nachteile

Die Atomkraft hat zwei große Nachteile, dank der radioaktiven Natur ihrer Brennstoffquelle.

1. Ein Unfall in der Anlage könnte radioaktives Material als Wolke (wolkenartige Formation) radioaktiver Gase und Partikel in die Umwelt freisetzen. Diese Partikel werden dann von Menschen und Tieren inhaliert oder aufgenommen oder auf dem Boden abgelagert. Die Teilchen bestehen aus instabilen Atomen, die überschüssige Energie, Strahlung genannt, abgeben, bis sie stabil sind. In geringen Dosen ist die Strahlung unbedenklich. Nach einer nuklearen Kernschmelze jedoch zerstören die großen Dosen lebende Zellen und können Mutationen, Krankheit und Tod verursachen.

Die potenziellen Auswirkungen einer Kernschmelze können katastrophal sein, wie es in Tschernobyl und Fukushima zu beobachten ist , auch wenn die Wahrscheinlichkeit eines solchen Vorfalls selten ist. Die einzige Nuklearkatastrophe der USA war 1979 in Three Mile Island, als die radioaktiven Brennstäbe teilweise geschmolzen waren. Nur eine kleine Menge an radioaktivem Gas wurde freigesetzt. Es gab keine messbaren gesundheitlichen Auswirkungen. Dennoch wurden seit 30 Jahren keine neuen Kernkraftwerke gebaut.

Fast drei Millionen Amerikaner leben innerhalb von 10 Meilen von einer Betriebsanlage. Sie riskieren direkte Strahlenexposition im Falle eines Unfalls. Wenn Sie einer dieser Menschen sind, können Sie sich hier auf einen Unfall vorbereiten.

2. Die Entsorgung von Atommüll ist ein großer Nachteil. Schwach anfallender Abfall entsteht durch den Kontakt mit dem Kernbrennstoff im täglichen Betrieb. Es wird vor Ort entsorgt oder in einem von 37 Staaten an eine schwach entsorgte Anlage abgegeben. (Quelle: "Low-Level Waste", US-Atomaufsichtsbehörde.)

Hochaktive Abfälle bestehen aus abgebrannten Brennelementen. Es dauert Hunderttausende von Jahren, um es zu deaktivieren. Derzeit werden 70.000 Tonnen dieses Brennstoffs in den Kraftwerken selbst gespeichert. (Quelle: "Faff and Fallout", The Economist, 29. August 2015.)

In dem Nuclear Waste Policy Act von 1982 sagte der Kongress der US Nuclear Regulatory Commission, ein permanentes geologisches Endlager für die Entsorgung von hochaktiven Abfällen in Yucca Mountain, Nevada, zu entwerfen, zu bauen, zu betreiben und letztendlich stillzulegen.

Lokale Beamte wollen die Gefahr in ihrem Zustand nicht. Sie verzögerten seine Entwicklung bis 2013, als das NRC seinen Fall vor dem US-Berufungsgericht gewann. 2015 schloss das NRC eine Sicherheitsbewertung ab und begann mit der Ausarbeitung einer Umweltverträglichkeitserklärung. (Quelle: "Hochrangige Abfallentsorgung", US Nuclear Regulatory Commission.)

Die Zukunft der US-Atomkraft

Der jährliche Strombedarf in den USA soll bis 2040 um 28 Prozent steigen. Mit steigenden Öl- und Gaspreisen und der Sorge um die globale Erwärmung hat die Atomkraft wieder an Attraktivität gewonnen. In den späten 1990er Jahren wurde die Kernenergie als Möglichkeit gesehen, die Abhängigkeit von importiertem Öl und Gas zu verringern. Diese politische Änderung hat den Weg für ein deutliches Wachstum der nuklearen Kapazitäten geebnet.

Das Energiepolitikgesetz von 2005 sah finanzielle Anreize für den Bau fortschrittlicher Kernkraftwerke vor. Es gab auch drei regulatorische Initiativen, die den Weg erleichterten:

Seit 2007 haben Unternehmen 24 Lizenzen für neue Kernreaktoren beantragt. Es sind vier neue Anlagen im Bau. Westinghouse baut zwei in Georgia und zwei in South Carolina. (Quelle: "Westinghouse kauft CB & I's Nuclear Unit", The Wall Street Journal, 29. Oktober 2015)

Auf der anderen Seite hat das Fracking von heimischem Schieferöl und Erdgas Gas zu einer bezahlbaren Alternative zur Modernisierung alter Kernkraftwerke gemacht. In der Folge haben vier Werke in den letzten zwei Jahren geschlossen. Die alten Kernkraftwerke in Betrieb zu halten, kostet mehr als der Bau neuer Gaskraftwerke. Es ist noch teurer als alte Steinkohlekraftwerke auf Erdgas umzurüsten.

Daher hängt die Zukunft des Ausbaus der Kernenergie in Amerika von den Erdgaspreisen ab. Wenn sie wieder steigen und hoch bleiben, erwarten Sie, dass die Aufmerksamkeit wieder auf die Kernenergie zurückgeht. (Quelle: "Ein weiterer Reaktor schließt die neue Realität für die US-Atomkraft", National Geographic, 1. Januar 2015.)