Insbesondere nach dem Regierungswechsel ist, hauptsächlich aufgrund der Kernenergie-Ausstiegsdebatte, die Energietechnik wieder auf die Agenda gerückt. Da die Universität Stuttgart von ihren Studenten die Absolvierung eines Nebenfaches verlangt und ich so nebenher ein wenig Energietechnik studieren konnte, wurde mein Interesse dafür geweckt.
In den verschiedensten Debatten ist es immer wieder erstaunlich, mit welchen Aussagen um sich geworfen wird, ohne auch nur im Mindesten die Realität zu berücksichtigen. Und auch in der Energietechnik gilt: gegen Fakten und physikalische Gesetze Politik zu machen, ist ziemlich widersinnig.
Im Folgenden sind ein paar Gedanken zu verschiedenen Themen aus der Energietechnik festgehalten, die möglicherweise interessant sein dürften, um sich eine Meinung zu diversen Diskussionsbeiträgen zu bilden.
Zu beachten ist, dass viele Aussagen verkürzt dargestellt werden, um verständlich zu bleiben und verwirrende technische Details außen vor zu lassen. Das ändert aber nichts an der Richtigkeit der Aussagen (sofern es sich nicht um Meinung handelt - die kann bekanntlich weder richtig noch falsch sein, nur gut oder schlecht begründet).
Keine andere Energieform hat einen ähnlich schlechten Ruf in Deutschland wie die Kernenergie. Die Kritik entzündet sich immer wieder an den gleichen Punkten:
Insbesondere der GAU im Kernkraftwerk Tschernobyl wird gerne zitiert, um auf die Gefährlichkeit der Kernenergie hinzuweisen.
Allerdings sollte man dabei nie vergessen, dass die in Tschernobyl (und einigen anderen osteuropäischen Ländern) verwendete Reaktortechnik sich grundlegend von der in Deutschland gebräuchlichen unterscheidet. Haupteinsatzzweck dieser Reaktoren war die Gewinnung von waffenfähigem Plutonium - dass nebenher auch noch Strom erzeugt wurde, war mehr ein angenehmer Nebeneffekt. Um eine optimale Plutionium-Brutrate zu erreichen wurde als Funktionsprinzip der graphitmoderierte Druckröhrenreaktor gewählt.
Insbesondere der Moderator (dieser ist notwendig, um die bei der Spaltung entstehenden Neutronen abzubremsen, da bei langsamen Neutronen die Wahrscheinlichkeit, dass bei Aufprall auf ein Uran 235-Atom dieses sich spaltet, deutlich höher ist - bei ungebremsten Neutronen kommt die Kettenreaktion sofort zum Erliegen) ist hierbei unglücklich gewählt, wenn man Sicherheitsaspekte betrachtet. Zwar ist Graphit in gewisser Hinsicht ein "besserer" Moderator als das in Deutschland verwendete normale Wasser, weil es deutlich weniger Neutronen absorbiert und daher der Reaktorkern bei gleicher Größe mehr Leistung entwickeln kann und die Uranausnutzung besser ist, allerdings hat Graphit auch schwerwiegende Nachteile: zunächst ist dessen Moderationsfähigkeit über einen sehr großen Temperaturbereich nahezu konstant, während Wasser bei höherer Temperatur an Dichte verliert und damit die Moderationsfähigkeit rapide abnimmt (-> inhärente Reaktorsicherheit; bei (z.B. unkontrolliert) steigenden Temperaturen keine Moderation mehr -> Erliegen der Kettenreaktion). Weiterhin ist Graphit brennbar, was sich insbesondere in Tschernobyl unangenehm ausgewirkt hat.
Das Druckröhrenprinzip ist ebenfalls ein Unsicherheitsfaktor. Jede Druckröhre für sich ist praktisch ein eigener Reaktor mit Graphitummantelung, der geregelt werden muss. Unter ungüstigen Umständen kann sich nun innerhalb einer Graphiträhre eine eigene Kettenreaktion halten, wenn die Kühlung durch Wasser ausfällt und dadurch die Absorption von Neutronen im Wasser abnimmt, wodurch die Moderationsfähigkeit des Graphits nochmal zunimmt.
All diese Dinge führen dazu, dass die Reaktoren vom Tschernobyl-Typ einen sogenannten positiven Dampfblasenkoeffizienten haben - der Reaktor ist also inhärent so ausgelegt, dass er zur Leistungsexkursion neigt, und wird nur durch technischen Eingriff (Steuerstäbe) daran gehindert. Das hat sich als Achillesferse erwiesen, insbesondere in Kombination mit den in Tschernobyl verwendeten, motorisch betriebenen Steuerstäben, die von unten in den Reaktor eingefahren werden und nur mit begrenzter Geschwindigkeit bewegt werden, die sich im Falle einer Leistungsexkursion als völlig unzureichend erwiesen hat. In deutschen Kraftwerken sind Notabschaltstäbe magnetisch gesichert aufgehängt und werden bei Notfällen einfach in den Reaktor "fallengelassen". Die normalen Steuerstäbe sind zudem hydraulisch betrieben und können deutlich schneller bewegt werden.
Deutsche Reaktoren haben einen negativen Dampfblasenkoeffizienten, d.h. schon bei Beginn einer sich abzeichnenden Leistungsexkursion wird durch den Temperaturanstieg des Kühlwassers, welches gleichzeitig als Moderator dient, die Leistung wieder nach unten reguliert, weil durch die viel geringere Dichte die Moderationsfähigkeit stark abnimmt. Dadurch wird aufgrund von unabänderlichen physikalischen Gesetzen Sicherheit garantiert.
Da in Deutschland Reaktoren auch gegen postulierte Szenarien abgesichert sein müssen, gibt es noch einen weiteren Unterschied zu den Reaktoren des Tschernobyl-Typs, und zwar die Rückhaltevorrichtungen bei einem tatsächlichen schweren Unfalls mit Kernschmelze. Um ein Entweichen von Radioaktivität in die Umwelt zu verhindern, ist um das Containment des Reaktorkerns der Reaktorsicherheitsbehälter gebaut. Dieser absolut dichte Stahlbehälter, der zum Druckausgleich über Ventile verfügt, die wiederum über ein Filtersystem mit der Außenwelt verbunden sind, sorgt dafür, dass keine Strahlung die Außenwelt erreichen kann. Diese Sicherheitsbarriere fehlte beim Tschernobyl-Reaktor völlig. Nach unabhängigen Untersuchungen hätte eine derartige Barriere den Austritt von radioaktivem Material vollkommen verhindert.
Zusammenfassend kann man also sagen, dass sowohl prinzip- und bauartbedingt als auch von den Sicherheitseinrichtungen her ein Kernkraftwerk in Deutschland als sicher gelten kann. Leider gilt dies für viele Kraftwerke, hauptsächlich in Osteuropa, nicht im mindesten.
Die vielfältigen Berichte in den Medien zum Thema Castor-Transporte haben die Bevölkerung dank unsinniger Panikmache hinreichend verunsichert. Deshalb hier ein paar interessante Fakten rund um die Castor-Transporte.
Ein Castor-Behälter muss, bevor dessen Einsatz genehmigt werden kann, zahlreiche Tests durchlaufen. Dazu gehören Falltests aus 200m auf Wüstenboden, aus 9m auf eine massive Stahlarmierung, die auf einem stabilen Betonfundament montiert ist und aus 3m auf einen Stahldorn. Hinzu kommen extreme Kälte- und Wärmetests, um das Material auf seine Festigkeit bei extremen Bedingungen zu testen.
Befürchtungen, dass bei einem Unfall während des Transports der Castor-Behälter in irgendeiner Weise beschädigt werden könnte, sind also absurd, da die Transporte bei sehr niedriger Geschwindigkeit stattfinden und so die denkbaren Belastungen bei einem Unfall deutlich geringer sind wie die durchgeführten Belastungstests. Selbst wenn der unwahrscheinliche Fall einträte, dass der Castor leckschlägt, ist die entweichende Radioaktivität so gering, dass keine direkte Gefahr für Leib und Leben davon ausgeht.
Insbesondere die notwendige Endlagerung extrem langlebiger radioaktiver Stoffe wird immer wieder als K.O.-Kriterium gegen die Kernenergie verwendet. Dabei wird insbesondere ins Feld geführt, dass noch kein gesichertes Endlager zur Verfügung steht. Das ist durchaus richtig, allerdings fehlte auch bislang der politische Wille, tatsächlich geeignete Endlager zu erkunden - von den diversen Versuchen, Endlager an gewissen Standorten aktiv zu verhindern, ganz zu schweigen. Im Moment sieht es so aus, wie wenn ein Salzstock zur Endlagerung geologisch geeignet wäre, allerdings ist ein Endlager in Gorleben wohl aus politischen Gründen kaum durchsetzbar, selbst wenn es sich als vernünftige Variante herausstellt.
Allerdings ist zu beachten, dass eventuell ein Endlager für den bisher angenommenen Zeitraum von etwa 20000 Jahren der sicheren Verwahrung gar nicht notwendig ist. Durch die neuentwickelte Burner-Technologie (ein einführender Artikel ist hier verfügbar) ist es möglich, durch gewissen Energieaufwand die langlebigen Nuklide im radioaktiven Abfall in kurzlebigere zu verwandeln, so dass nur noch eine Endlagerzeit von etwa 300 Jahren notwendig ist. Dieser Zeitraum kann auch durch Einsatz der bereits vorhandenen Zwischenlager problemlos gewährleistet werden.
Bei all dem ist noch zu beachten, dass ein Ausstieg aus der Kernenergie natürlich in keinster Weise hilft, die Problematik zu entschärfen. Der bisher entstandene Müll muss so oder so entsorgt werden, und der Müll stellt kein Volumenproblem dar, was schon die Tatsache zeigt, dass die zwei bisher in Deutschland vorhandenen Endlager in Ahaus und Gorleben bei gleichbleibendem Verbrauch von Kernbrennstoffen noch über 100 Jahre lang genügend Kapazitäten bieten. Die Kernenergie bleibt also als Übergangslösung noch erhalten, bis neue Energieträger genutzt werden können.
Der Hoffnungsträger für die zukünftige Energieversorgung hat hauptsächlich mit überzogenen Erwartungen zu kämpfen. Insbesondere die Photovoltaik hat mit diversen prinzipbedingten Problemen zu kämpfen, die einen Einsatz in Deutschland fragwürdig erscheinen lassen.
Die älteste genutzte regenerative Energieform. Sehr effizient und kostengünstig nutzbar, deshalb ist das Potential der Wasserkraft in Deutschland auch weitgehend ausgenutzt - weitere Ausnutzung würde zu unannehmbaren Belastungen von diversen Ökosystemen vor Ort führen.
Daraus folgt, dass die Wasserkraft in Deutschland auf ihrem bisherigen Anteil an der Stromerzeugung stagnieren wird - bei etwa 5%. Das ist außerordentlich schade, denn es handelt sich um eine relativ gleichmäßig zur Verfügung stehende Energiequelle (jedenfalls, wenn man andere regenerative Energieträger zum Maßstab erhebt - auch die Wasserkraft hat Schwankungen von bis zu "70%" von Jahr zu Jahr, sowie erhebliche jahreszeitliche Schwankungen), die zudem bei etwa 3-4 Pf/kWh Stromgestehungskosten extrem preisgüstig ist - für die Grundlast ideal.
Die Windkraft ist nach der Wasserkraft der regenerative Energieträger, der den größten Anteil an der Deutschen Stromversorgung bereitstellt.
Nachteile der Windkraft sind die relativ hohen Kosten der Stromerzeugung (ab etwa 20 Pf/kWh) sowie die Unsicherheit des Angebots. Zudem gibt es in Deutschland relativ wenig Potential zur Windkraftnutzung, da meist die jahresmittleren Windgeschwindigkeiten zu niedrig sind, um ein akzeptables Kostenniveau zu erreichen - zudem haben die Anlagen in der betroffenen Bevölkerung mit Akzeptanzproblemen zu kämpfen (typisches "not in my backyard"-Syndrom).
Ein weiterer Nachteil ist die stark schwankende Verfügbarkeit. Dadurch muss praktisch die gesamte in Windkraft vorhandene Erzeugungsleistung als Ersatzleistung in konventionellen Kraftwerken vorgehalten werden, was sich extrem negativ auf die Kostenseite auswirkt - damit spart die Windenergie nicht "echte" Kraftwerke ein, sondern bringt nur vermiedene Brennstoffkosten.
Erstaunlicherweise ist die Photovoltaik die meistgenannte regenerative Energieform, wenn es um die zukünftige Stromversorgung geht. Das ist insofern erstaunlich, als es sich auch um die mit großem Abstand unwirtschaftlichste Energieform handelt.
Die Photovoltaik hat mit mehreren grundlegenden Problemen zu kämpfen:
Die Solarthermie gehört zu den echten Lichtblicken im Reigen der regenerativen Energieträgern. Zunächst ist deren Einsatz auch bei den Sonnenverhältnissen in Deutschland wirtschaftlich nutzbar zur Bereitstellung von Brauchwasser und Raumwärme. In Kombination mit einer Wärmepumpe und eventuell einem öl- oder gasbefeuertem Spitzenkessel lassen sich große Einsparpotentiale bei konventionellen Brennstoffen erzielen. Da insbesondere die Kleinfeueranlagen in Deutschland einen erheblichen "Beitrag" zur Luftverschmutzung leisten, wäre dies ein erster Schritt zum aktiven Umweltschutz.
Außerhalb Deutschlands kann die Solarthermie bei entsprechenden Sonnenverhältnissen auch zur direkten Stromgewinnung verwendet werden. Über Solarturm- oder Solarfarmkraftwerke und einem nachgeschalteten klassischen Dampfprozess kann hier mit deutlich höherem Wirkungsgrad, erheblich kostengünstiger sowohl was Betrieb als auch was Aufbau angeht sowie bei deutlich geringerem Platzverbrauch Strom erzeugt werden als bei Nutzung von Photovoltaik.
Ebenfalls als Nutzungsmöglichkeit der Solarthermie kann ein Aufwindkraftwerk eingesetzt werden. Allerdings ist dessen Wirkungsgrad nicht so hoch wie der von Solarturm-Kraftwerken.
Unter diesem Stichwort sammeln sich eine große Anzahl von verschiedenen Energieformen, die gemeinsam haben, dass sie sich CO2-neutral verhalten - d.h. sie nehmen während ihres Wachstums genau das CO2 auf, welches bei der späteren Energienutzung wieder frei wird.
Dabei gibt es prinzipiell zwei unterschiedliche Nutzungsszenarien. Zum einen die energetische Nutzung sowieso anfallender Energiepotentiale - gute Beispiele hierfür sind Deponiegas- und Biogasanlagen. Das andere Szenario ist die Energiegewinnung aus speziell angebauten Energiepflanzen - das können einmal klassische, heimische Pflanzen wie verschiedene schnellwachsende Baumarten (zur Verfeuerung) oder ölhaltige Pflanzen (z.B. Raps) sein, aber auch spezielle "Energiepflanzen", die extrem anspruchslos (was die Bodenqualität angeht) und schnellwachsend sind.
Während die Nutzung von Biogas oder Deponiegas sicherlich unstrittig ist (wieso sollte man auch etwas nicht nutzen, was sowieso anfällt?), sieht es bei der zweiten Möglichkeit in Deutschland eher zweifelhaft aus. Deutschland gehört nun ja nicht gerade zu den dünn besiedelten Gebieten dieser Erde, und naturgemäß sind die landwirtschaftlichen Nutzflächen nicht gerade im Übermaß vorhanden. Die Frage ist also, ob man den Nahrungsmittelanbau an einigen Stellen durch den Anbau von Pflanzen zur energetischen Nutzung aufgeben sollte - dabei ist auch in Betracht zu ziehen, dass zu einem nennenswerten Beitrag der Biomasse zur Energieversorgung tatsächlich riesige Flächen benötigt werden würden - auch hier ist das Thema Energiedichte kritisch zu hinterfragen, ebenso wie die Problematik der Monokulturen, die bei einem kostengünstigen Anbau der Pflanzen unumgänglich sind - und dieser kostengünstige Anbau ist absolut unverzichtbar, sofern die Biomasse-Nutzung überhaupt in die Nähe der Rentabilität rücken soll.
Die hohen erreichbaren Wirkungsgrade bei Verwendung von Kraft-Wärme-Kopplung ist immer wieder Anlass, eine breitere Verwendung zu fordern. Dabei ist ein hoher Wirkungsgrad nicht alles, wie nachfolgende Analyse zeigt - auch der Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung hat seine Grenzen, insbesondere beim dezentralen Einsatz (Stichwort Blockheizkraftwerk).
Das Prinzip ist ebenso einfach wie genial. Da eine Turbine bei einem klassischen Dampfprozess den Wasserdampf nur auf ein gewisses Temperaturniveau entspannen kann und die Entropie nur über Kondensatoren und entsprechende Kühleinrichtungen abgeführt werden kann, "verschenkt" man im Kondensationsbetrieb quasi Wasserdampf relativ niedriger Temperatur, die aber zu Zwecken der Heizwärmegewinnung durchaus noch tauglich wäre.
Die Idee ist also, neben Strom auch noch Wärme zu erzeugen - eine sehr sinnvolle Idee, denn bei den privaten Haushalten bestehen 90% des Endenergieverbrauchs aus (Raum-)Wärme, und nur 10% aus Elektrizität.
In Wahrheit ist aber die Wärmeerzeugung der entscheidende Nutzen - der Strom ist ein "nettes" Beiwerk. Das heißt, dass die KWK-Anlagen normalerweise wärmegeführt arbeiten, d.h. es wird soviel Wärme erzeugt, wie abgenommen werden kann. Daraus folgt gleichzeitig, dass die Stromerzeugung im Winter minimal und im Sommer maximal zur Verfügung steht - leider nicht ideal für den Lastgang des Stromverbrauchs in Deutschland, der eine ausgeprägte Winterspitze aufweist.
Auch die Kraft-Wärme-Kopplung ist also vorwiegend als Ergänzung in der Stromerzeugung zu sehen, nicht als Ersatzlösung für vorhandene Kraftwerke. Letztlich muss man den Vergleich zwischen KWK und getrennter Strom- und Wärmeerzeugung ziehen. Wenn man an konventionelle Feuerungstechniken und Energieträger denkt, hat die KWK hier eher Nachteile durch den dezentralen Ansatz, denn gegenüber einem Großkraftwerk ist das Emissionsverhalten deutlich schlechter und hochgerechnet auch viel aufwendiger und damit teurer in der Wartung.
Die Fernwärme ist immer dann in ihrem Element, wenn es darum geht, zentral und hocheffizient (sowohl was den Wirkungsgrad als auch was die Rauchgasreinigung angeht) Wärme - und eventuell in einem KWK-Prozess auch Strom - zu erzeugen.
Dabei ist eine Fernwärmeversorgung aber hauptsächlich in Ballungsrämen sinnvoll, da die Transportverluste nicht zu vernachlässigen sind, und es gewisse Grenzen bei der Trassenlegung gibt - Hindernisse in Form von Bergen sind denkbar untauglich für eine Fernwärmeleitung.
Die Müllverbrennung hat in unseren Breiten einen schlechten Ruf - eigentlich zu unrecht, da es sich nach wie vor um die sauberste Methode handelt, Müll nahezu jeder Coleur zu nutzen.
Dank der großen Fortschritte bei der Filtertechnologie ist heute die Müllverbrennung eine weitgehend saubere Sache (bis auf die CO2-Problematik, die aber von Energieversorgungskonzepten jenseits der Kernenergie sowieso nicht vermieden werden kann) - die in die Luft entweichenden Schadstoffe sind nur marginal und weit unterhalb jeglicher Grenzwerte.
In vielen Fällen ist daher das schlichte Verbrennen zur Energiegewinnung dem Kunststoffrecycling vorzuziehen, da es sich einfach um die effizientere Methode handelt - zumindest so lange, wie in Deutschland Millionen von Ölheizungen existieren, die das Öl verfeuern, das das Recycling wieder mühsam aus dem Kunststoff herausgeholt hat. Wieso also teures Recycling und nicht gleich die Verbrennung?
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