Die beste nukleare Option

Stellen Sie sich eine Atomindustrie vor, die Amerika jahrzehntelang mit ihrem eigenen radioaktiven Müll versorgen kann und die Teile der heutigen Reaktorabfälle verbrennt, die am schwersten zu entsorgen sind. Fügen Sie Technologie hinzu, die nukleare Spreu, Uran, das abgebaut und verarbeitet wurde, aber größtenteils unbrauchbar war, in noch mehr Brennstoff umwandelt. Hinzu kommt ein globales Geschäftsmodell, das es viel unwahrscheinlicher macht, dass Reaktornebenprodukte wie Plutonium in Ländern wie dem Iran in Nuklearwaffen gelangen, selbst wenn wirtschaftliche Nukleartechnologie der ganzen Welt zur Verfügung steht.

Das US-Energieministerium fördert weitverbreitete Abfallrecycling-Technologien, die neue Reaktordesigns erfordern. Aber aktualisierte konventionelle Designs wie der wirtschaftlich vereinfachte Siedewasserreaktor von GE (hier abgebildet) sind heute fertig. (Bildnachweis: Bryan Christie)

Das ist das verführerische Triple Play, das die Bush-Administration mit der Anfang dieses Jahres vorgestellten Global Nuclear Energy Partnership (GNEP), einem vorgeschlagenen langfristigen Forschungs- und Entwicklungsprogramm, das fast so kühn wie das Manhattan-Projekt ist, umsetzen möchte. Die grundlegenden Konzepte der Brennstoffwiederaufbereitung im Kern sind seit mehr als einem halben Jahrhundert im Umlauf. Jetzt werden sie erneut angepriesen, um eine energiehungrige Welt, die durch den vom Menschen verursachten Klimawandel bedroht ist, mit reichlich kohlenstofffreiem Brennstoff zu versorgen.



Es ist noch nicht zu spät: Sonderbericht Energie

Diese Geschichte war Teil unserer Juli-Ausgabe 2006

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Im Rahmen des Plans, für den die Regierung 250 Millionen US-Dollar für das am 1. Oktober beginnende Geschäftsjahr beantragt hat, würden die Vereinigten Staaten und bestimmte Partnerländer abgebrannte Kernbrennstoffe mit neuen Techniken aufbereiten, die einen Teil davon in mehr Brennstoff umwandeln und die Menge, die entsorgt werden muss, minimieren . Die Vereinigten Staaten und ihre Partner würden Reaktorbrennstoff auch an andere Länder leasen, die dann ihre abgebrannten Brennstoffe zur Wiederaufarbeitung zurückgeben würden.

Die Technologie könnte Uran viel effizienter verwerten: Phillip J. Finck, Associate Director am Argonne National Laboratory in der Nähe von Chicago, sagt, sie könnte bis zu 100-mal so viel Energie aus Uran gewinnen, wie es jetzt möglich ist. Mit dem Müll, der sich jetzt in Reaktoren in den Vereinigten Staaten anhäuft, könnte GNEP, so die Theorie, den gesamten Strom produzieren, den das Land für Jahrzehnte, vielleicht sogar Jahrhunderte braucht – vorausgesetzt, es könnten genügend neue Reaktoren gebaut werden. Damit würde etwa ein Drittel aller US-Kohlendioxidemissionen (ungefähr der Anteil, der heute aus fossilen Kraftwerken stammt) eliminiert werden. All dies, während der Abfall reduziert und die Umleitung von Brennstoffen in Atomwaffen vereitelt wird.

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In der Praxis würde GNEP jedoch im besten Fall Jahrzehnte brauchen, um sich zu entwickeln, und im schlimmsten Fall könnte es nichts produzieren; es könnte sich aus technischen Gründen als ein Nichtstarter herausstellen oder die Technologie könnte gegenüber anderen kohlenstofffreien Stromquellen wirtschaftlich nicht wettbewerbsfähig sein. Und das Programm könnte ein bescheideneres und erreichbareres Ziel untergraben: die Wiederbelebung einer Nuklearindustrie, die seit 1974 kein erfolgreiches Reaktorprojekt mehr gestartet hat.

Heute hat sich eine einst misstrauische Öffentlichkeit gegenüber der Kernenergie als mögliche Antwort auf die globale Erwärmung geöffnet. Neue Reaktorkonstruktionen, die denen ähneln, die in der heutigen kommerziellen Flotte verwendet werden, aber sicherer und effizienter sind, werden bereits von der US-amerikanischen Nuclear Regulatory Commission genehmigt oder geprüft. Die Versorgungsunternehmen befinden sich in verschiedenen Planungsstadien von mindestens 16 solcher Reaktoren (siehe Rührung der Erneuerung Diagramm ) und kann bereits Ende nächsten Jahres Anträge beim NRC stellen.

Solche Reaktoren sind die vielversprechendste kurzfristige Alternative zu zusätzlichen konventionellen Kohlekraftwerken, die enorme Mengen an Kohlendioxid produzieren. Aber es ist ungewiss, wann oder ob sie gebaut werden. Wenn es dazu kommen soll, muss die Branche die Anleger zu einem großen Sprung bewegen. Das bedeutet, sie davon zu überzeugen, dass die Kraftwerke finanziell mit anderen, von Natur aus kohlenstoffarmen Quellen wie Windturbinen oder Kohlekraftwerken konkurrieren, die ihr Kohlendioxid speichern – eine Technologie, die möglicherweise realisierbar ist, aber noch nicht demonstriert wurde (siehe Das schmutzige Geheimnis) . Nach Angaben des Electric Power Research Institute (EPRI), einer gemeinnützigen Forschungsorganisation für Versorgungsunternehmen mit Sitz in Palo Alto, Kalifornien, zu deren Mitgliedern Eigentümer von Kohle- und Kernkraftwerken gehören, könnten die Reaktordesigns in naher Zukunft kaum billiger sein als die Sequestrationstechnologie. Und wenn die USA die CO2-Emissionen nicht einschränken, muss die Atomkraft weiterhin mit konventionellen Kohlekraftwerken konkurrieren.

Unterdessen wartet die Industrie immer noch auf eine Lösung für ihr wichtigstes kurzfristiges Problem: Was tun mit dem Müll, der sich in bestehenden Atomkraftwerken anhäuft? Skip Bowman, Präsident und CEO des Nuclear Energy Institute, der Handelsgruppe der Branche, sagt, dass die heutige zaghafte Renaissance ohne eine schnelle Abfalllösung zum Erliegen kommen wird. Ein Unternehmen kann ohne einen Plan für den Abfall keine Lizenz für eine neue Anlage erhalten, und zu diesem Zeitpunkt ist es kein Plan, darauf zu warten, dass das Energieministerium sein lange verzögertes Abfalllager Yucca Mountain in Nevada eröffnet. In diesem Zusammenhang, sagt Bowman, stellt GNEP einen Ablenkungsfaktor dar.

Einige Akademiker sind sich einig, dass das Energieministerium eine klare Nuklearstrategie entwickeln und daran festhalten muss. Andrew Kadak, Nuklearingenieur am MIT (siehe Blurred Nuclear Vision von DOE) , sagt, die Abteilung habe eine Zickzack-Politik befolgt. Er zählt GNEP als fünfte Nuklearinitiative in den letzten fünf Jahren und zitiert die Nuclear Hydrogen Initiative; Nuclear Power 2010 (ein Versuch, bis zu diesem Jahr den Grundstein für einen neuen konventionellen Reaktor zu legen); Generation IV (eine neue Reihe von Reaktortechnologien, wie gasgekühlte oder bleigekühlte Anlagen); und die Advanced Fuel Cycle Initiative, denen Teile von GNEP ähneln.

Wenn das Energieministerium den Kohlendioxidausstoß reduzieren will, indem es die versprochene Wiederbelebung der Kernenergie vorantreibt, muss es sich beeilen, bevor die Stromkonzerne den Markt mit konventionellen Kohlekraftwerken füllen, die 50 Jahre halten könnten. GNEP kann den Fokus der Abteilung nur schwächen und mit neuen, unerprobten Technologien Kosten und Komplexität erhöhen.

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Schnelle Reaktoren, langsamer Fortschritt

GNEP ist eine sehr langfristige Vision; die meisten der anfänglichen 250 Millionen Dollar würden nur ausgegeben, um zu untersuchen, wie die neuen Technologien funktionieren könnten und was sie kosten würden. Aber seine Befürworter denken, dass wir müssen eine sehr langfristige Vision. Das Energieministerium prognostiziert, dass bis Mitte des Jahrhunderts weltweit 1.000 Atomkraftwerke in Betrieb sein werden, gegenüber heute 441. Und die bestehende Uranversorgung, argumentieren GNEP-Befürworter, wird nicht so viele Reaktoren speisen.

Die Größe des Uranvorkommens ist in der Tat unbekannt, da Uran eine lange Phase niedriger Preise durchgemacht hat und in letzter Zeit nicht viele Menschen danach gesucht haben. Laut Branchenquellen sind etwa 3 Millionen Tonnen bekannt, aber weitere 12 Millionen Tonnen oder so könnten es da draußen geben. (Eine MIT-Studie aus dem Jahr 2003 sagte voraus, dass noch genügend Uran verfügbar ist, um 1.000 Reaktoren zu bauen und sie 40 Jahre lang zu betreiben.) In dem Maße, in dem wir diese Ressource möglicherweise ausdehnen müssen, bietet GNEP jedoch – zumindest auf dem Papier – einen Weg, um große Mengen an zusätzlicher Energie daraus gewinnen.

Bestehende Reaktoren erzeugen Energie durch eine Kettenreaktion, die beginnt, wenn ein freies Neutron auf ein Atom von U-235, einem Uranisotop, trifft und seinen Kern spaltet. Das gespaltene Atom wirft zwei oder drei Neutronen ab; normalerweise spaltet man ein weiteres U-235-Atom, und andere werden von Atomen eines anderen Uranisotops, U-238, absorbiert, um Plutonium-239 und andere transuranische Elemente zu bilden (die im Periodensystem über Uran hinausgehen). Diese Transurane gehören zusammen mit Spaltprodukten wie Cäsiumisotopen zu den Bestandteilen von Atommüll.

Das Problem ist, dass U-235 ein relativ seltenes Isotop ist; Natururan besteht aus etwa einem Teil U-235 bis 142 Teilen U-238, das nicht so leicht zu spalten ist. Das für Reaktoren verwendete Uran wird so angereichert, dass U-235 in einer Konzentration von einem zu 20 vorkommt. GNEP würde Uran effizienter nutzen, indem es Transurane aus abgebrannten Brennelementen verbrennt, nachdem sie durch Wiederaufarbeitung von den anderen Nebenprodukten getrennt wurden. Es könnte auch einen Teil des U-238 ausnutzen. Der Schlüssel wäre, eine neue Generation von Reaktoren zu entwickeln, die als schnelle Reaktoren bezeichnet werden.

Wassergekühlte Reaktoren, wie es heute fast alle Reaktoren sind, verlangsamen die Neutronen nach ihrer Freisetzung durch die Kettenreaktion erheblich. Aber die von GNEP vorgeschlagenen Reaktoren würden dies nicht tun; sie würden ein anderes Material verwenden, wahrscheinlich geschmolzenes Metall, um die Hitze abzuleiten. (Leider brennt das für diesen Zweck bevorzugte Metall – Natrium – bei Kontakt mit Wasser oder Luft.) Wie eine Billardkugel, die von einem stärkeren Queue abgeschossen wird, würden die Neutronen einen größeren Schlag haben – genug, um einen Teil des U-238 zu spalten sowie die transuranischen Isotope.

Die Transurane gehören zufällig zu den langlebigsten Materialien im Abfallstrom und sind daher einige der am schwierigsten zu entsorgen. Das macht GNEP nicht nur als Lösung für den Klimawandel, sondern auch als Abfalllösung so attraktiv. Finck sagt, es würde theoretisch die Hitze und Toxizität von dem, was heute als Abfall gilt, genug reduzieren, um Yucca Mountain durch dieses Jahrhundert zu halten, anstatt ausgebucht zu sein, bevor das erste Brennelement vergraben ist.

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Kernkraftpioniere in Industrie und Regierung gingen immer davon aus, dass Brennstoff wiederaufbereitet werden würde, um das Plutonium zur Wiederverwendung zurückzugewinnen. Auf diese Weise sammelte das Manhattan-Projekt Plutonium für die Bombe, die Nagasaki zerstörte. (Bei der Hiroshima-Bombe wurde angereichertes Uran verwendet.) W. R. Grace eröffnete 1965 ein Wiederaufbereitungszentrum in West Valley, NY, und verkaufte es später an Getty Oil. Die Anlage lief bis 1972 und die Sanierung kostete mehr als 1,6 Milliarden Dollar. General Electric versuchte auch, ein Werk in Morris, IL, zu bauen, das jedoch 1974 als nicht funktionsfähig erachtet wurde. Dann verbot Präsident Carter die Technologie wegen Bedenken hinsichtlich der Verbreitung.

GNEP würde diese Ideen in einer viel ehrgeizigeren Form aus dem Grab zurückholen, die erneut solche Bedenken aufwirft. Eine Sorge ist die Art und Weise, wie das für die Bombe verwendbare Material aus dem verbrauchten Brennstoff gewonnen würde. Unterstützer sagen, GNEP würde das Risiko der Verbreitung verringern, da im Gegensatz zu den alten Wiederaufbereitungstechniken, die in einigen Ländern noch verwendet werden, die neuen kein reines Plutonium liefern würden. Aber heute sind acht Kilogramm Plutonium – die Menge, die zum Bau einer Bombe benötigt wird – in etwa einer Tonne hochradioaktiven Abfalls eingebettet; im neuen System würde es nur mit einer geringen Menge anderer Materialien verdünnt. Regierungen oder Terroristen würden es viel einfacher finden, das abgetrennte Material zu stehlen und das Plutonium zu extrahieren, sagen Kritiker, als Plutonium aus dem heutigen abgebrannten Kernbrennstoff zurückzugewinnen.

Energieminister Samuel Bodman versprach im Gespräch mit GNEP, dass es auf die Herausforderungen des globalen Terrorismus reagieren werde. Die Idee ist, den Brennstoffkreislauf babysicher zu machen: Länder wie der Iran könnten Brennstoff leasen, der auf Reaktorniveau – 5 Prozent U-235 – angereichert ist, aber nicht auf Bombenniveau, typischerweise mehr als 90 Prozent U-235. Sie würden ihre abgebrannten Brennelemente zur Wiederaufarbeitung und einem zweiten Durchgang in den fortgeschrittenen Reaktoren in sicherere Länder zurückschicken. Diese Reaktoren, die viele der in den einfacheren Reaktoren produzierten Elemente verbrennen würden, würden an stabilen Orten wie Indiana oder Florida stehen – oder in Ländern, die bereits über Atomwaffen verfügen.

Die daraus resultierende Partnerschaft würde die amerikanische Nukleartechnologie-Politik der Russlands und Frankreichs ähnlicher machen, die beide bereits Plutonium trennen. Befürworter bezeichnen dies als zusätzlichen Bonus eines Programms, das, so Finck, den Vereinigten Staaten eine langfristige, erschwingliche, kohlenstofffreie Energiequelle mit geringer Umweltbelastung zur Verfügung stellt.

Das GNEP-Trugbild

Aber GNEP kann eine Fata Morgana sein. Zum einen wissen die Sponsoren kaum, was das kosten würde; die von der Bush-Administration vorgeschlagenen 250 Millionen Dollar sind für ein Programm, das hofft, dies herauszufinden. GNEP-Unterstützer sagen, dass ihre Technologie die Versorgung mit Kernbrennstoff so weit erweitern wird, dass die CO2-Emissionen praktisch für immer reduziert werden und wir das Gespenst vermeiden, zwischen der globalen Erwärmung und sehr hochpreisigen Energiequellen zu wählen. Es scheint jedoch, dass das Sparen von Geld für Kernbrennstoff nur dann sinnvoll sein kann, wenn der Preis keine Rolle spielt.

Richard L. Garwin, emeritierter IBM-Stipendiat und Mitautor von sieben Büchern über Atomwaffen und Atomkraft, schätzt, dass bestehende Wiederaufarbeitungsanlagen wie die in Frankreich Reaktoren mit Plutonium zu einem Preis von etwa 1.000 Dollar pro eingespartem Uran versorgen. Aber der Marktpreis für Uran liege bei etwa 100 US-Dollar pro Kilogramm und könnte einen vorübergehenden Höchststand erreichen.

Brennstoff macht nur einen Teil der Kosten der Kernenergie aus, und Finck sagt, dass die Wiederaufarbeitung von Brennstoff und die Wiederverwendung in schnellen Reaktoren nur etwa 10 Prozent zu den Gesamtstromkosten beitragen würden. Aber woher selbst dieser bescheidene Zuwachs kommen würde, ist nicht klar. Frank N. von Hippel, Physiker und Politikexperte an der Woodrow Wilson School of Public and International Affairs der Princeton University, stellt fest, dass die Vereinigten Staaten in den 1970er Jahren den Bau eines schnellen Reaktors planten, die Bemühungen jedoch 1983 nach Frankreich, Deutschland und das Vereinigte Königreich baute sie und gab sie dann als zu kostspielig und schwierig auf. Und sobald die schnellen Reaktoren gebaut waren, könnte das von GNEP vorgesehene System nach Angaben der Sponsoren pro drei gewöhnlichen Reaktoren bis zu einem der teuren neuen Reaktoren benötigen, je nachdem, wie effektiv die neuen Reaktoren waren. Garwin sagt über die schnellen Reaktoren: Es gibt keine Vorstellung davon, wie sich diese Dinger wirtschaftlich durchsetzen.

Ich hoffe, dass wir mehr Reaktoren haben; Ich hoffe auf jeden Fall, dass die Welt mehr haben wird, sagt Garwin und bezieht sich auf die Typen, die heute kommerziell betrieben werden. Aber das wird nur passieren, wenn es für die Privatwirtschaft wirtschaftlich rentabel erscheint, in diesen Bereich einzusteigen. Und im Moment fließt eine Menge intelligentes Geld – teilweise über das Energieministerium geleitet – nicht nur in diese konventionelle Atomkraft, sondern auch in andere kohlenstofffreie Energiequellen wie Wind, Sonne und Kohle mit Kohlendioxid-Sequestrierung.

EPRI analysierte kürzlich die Preise für kohlenstofffreie Stromquellen und stellte fest, dass neue Reaktoren für 1.700 US-Dollar pro Kilowatt Kapazität (weniger als die Kosten in den 1980er Jahren, selbst vor Inflationsanpassung) gebaut werden könnten, wie die Hersteller behaupten, würden sie produzieren Strom kostet etwa 49 US-Dollar pro Megawattstunde. Obwohl das etwa zwei Drittel des Preises für Biomasse und die Hälfte des Preises für Wind sind, können andere Technologien auf dem Reißbrett die Arbeit für sehr wenig mehr leisten. Für etwa 55 Dollar pro Megawattstunde, fand EPRI, könnte Kohle vergast und verbrannt und das Kohlendioxid sequestriert werden. Kraftwerke, die mit vergaster Kohle betrieben werden, sind noch nicht kommerzialisiert, aber es könnten konventionelle Kohlenstaubkraftwerke gebaut werden, die ihr Kohlendioxid sequestrieren und Strom für etwa 65 US-Dollar pro Megawattstunde produzieren würden. Diese Technologien werden von Investoren als risikoärmer wahrgenommen, und die Vereinigten Staaten verfügen über Hunderte von Jahren Kohle.

In einigen Jahren oder Jahrzehnten könnten CO2-Steuern in der industriellen Welt universell sein, ein Krieg im Persischen Golf könnte den Ölpreis verdoppeln oder verdreifachen und die Stromnachfrage könnte in die Höhe schnellen – vor allem, wenn jemand eine bessere Lösung finden würde Batterie, die für Elektroautos in Serie produziert werden könnte. Aber selbst wenn all diese Dinge die Welt in Richtung einer CO2-freien Energie treiben würden, würden wir immer noch nach der CO2-freien Energie suchen, die am wenigsten kostet. Das könnte laut EPRI Kernenergie sein. Aber Steve Specker, der Präsident von EPRI, erwartet ein Pferderennen zwischen verschiedenen CO2-freien Kohletechnologien.

Mit der Verbreitung spielen

Abgesehen von der Kostenfrage könnte GNEP eine erfolgreiche Strategie gegen die Verbreitung umkehren, sagen verschiedene Wissenschaftler, darunter Princetons von Hippel. Er argumentiert, dass die Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe ein zu großes Risiko darstellt, selbst wenn das Plutonium mit kleinen Mengen anderer Materialien vermischt wird, die keinen guten Bombenbrennstoff ergeben. Plutonium aus abgebrannten Brennelementen könnte nicht nur in die falschen Hände geraten, sagen Gegner, sondern die Wiederaufarbeitung in den USA könnte auch andere Länder dazu bewegen, Atommüll selbst wiederaufzubereiten und ihre eigenen Nebenprodukte für Waffen zur Verfügung zu stellen.

Da die USA genau aus diesem Grund Mitte der 1970er-Jahre die Wiederaufbereitung aufgegeben haben, findet es von Hippel bedenklich, dass das Land sie nun mit GNEP wieder aufnehmen könnte. Die Vereinigten Staaten sind seit 30 Jahren außerordentlich erfolgreich darin, der Ausbreitung der Wiederaufarbeitung auf Nichtwaffenstaaten entgegenzuwirken, indem sie das Argument vorbringen: „Wir verarbeiten nicht; das brauchst du auch nicht“, sagt er. Dies ist Teil der Logik der MIT-Studie The Future of Nuclear Power aus dem Jahr 2003, die zu dem Schluss kam, dass die Wiederaufbereitung, wie sie von Frankreich, Russland und Japan angestrebt wurde, keinen ausreichenden Schutz gegen die Weiterverbreitung bietet. Es kam auch zu dem Schluss, dass die Aussicht auf eine Uranknappheit für viele Jahre kein Grund sein würde, in die USA zur Wiederaufbereitung überzugehen.

Es ist leicht zu verstehen, warum die Forschungsgemeinschaft von GNEP begeistert ist. Es stellt eine riesige Geldquelle dar. Es ist ein Brot-und-Fisch-Trick für die industrialisierende Welt, insbesondere für Bürokraten, die die Vorhersagen ihrer Vorgänger aus den 1950er Jahren einlösen möchten, dass Strom zu billig ist, um gemessen zu werden. Aber GNEP ist für eine Wiederbelebung der Atomkraft nicht relevant. In den 1970er und 1980er Jahren haben die Versorgungsunternehmen mehr als 100 Reaktorprojekte aufgegeben und denken erst jetzt – angespornt durch die hohen Preise für fossile Brennstoffe und eine veränderte Einstellung der Öffentlichkeit – darüber nach, es erneut zu versuchen. Ein ausgefallener Brennstoffkreislauf, der eine aufstrebende kommerzielle Industrie unterstützen soll, ist nutzlos, wenn es keine kommerzielle Industrie gibt. Was die Kernenergie braucht, ist, dass sie bald in Betrieb genommen wird und die Kohlendioxid-emittierenden Quellen auf wirtschaftliche und langweilige Weise ersetzt. Ohne das wird nichts folgen.

Matthew L. Wald, Reporter im Washingtoner Büro der New York Times , schreibt seit 27 Jahren über die Nuklearindustrie.

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