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Das Zeitalter der Industrie
Der wissenschaftliche Hintergrund Die Entdeckung des Atoms Das griechische Wort “Atom” wurde im 5. Jahrhundert vor unserer Zeit vom griechischen Gelehrten Demokrit geprägt. Altgriechisch átomos bedeutet unteilbar - Demokrit bezeichnete so die kleinsten Teilchen, aus denen nach seiner Vorstellung die Welt bestehen sollte. Demokrits Idee setzte sich zunächst nicht durch, die antike Welt glaubte mit Empedokles an die vier Elemente Feuer, Erde, Luft und Wasser. Aber als zu Beginn des 19. Jahrhunderts die Chemiker feststellten, dass bei chemischen Reaktionen immer konstante Mengenverhältnisse vorkamen, belebte der englische Naturforscher John Dalton Demokrits Idee wieder. Die Idee des Atoms blieb aber umstritten (seine Existenz wurde erst 1905 durch Albert Einstein nachgewiesen). 1897 entdeckte der englische Physiker Joseph John Thomson, dass die Kathodenstrahlung aus geladenen Teilchen besteht, die aus den Atomen kommen; das Wort “Atom” war also eigentlich falsch: Auch Atome bestanden aus verschiedenen Teilen. Thomsons Teilchen wurde Elektron genannt. (Thomson erklärte auch den elektrischen Strom als Fluss von Elektronen und bekam dafür 1906 den Nobelpreis.) Die Entdeckung der Radioaktivität Bereits ein Jahr vor Thomson Entdeckung, 1896, hatte der französische Physiker Henri Becquerel Uransalz auf eine Fotoplatte gelegt - und musste feststellen, dass sich die Platte geschwärzt hatte. Das Uransalz gab also eine Art Strahlung ab, und Becquerel setzte eine Doktorandin auf dieses Phänomen an. Diese, die Polin Marie Curie, taufte das Phänomen “Radioaktivität” und entdeckte gemeinsam mit ihrem Mann Pierre Curie weitere radioaktive Elemente. (Sie war ab 1906 die erste Frau, die an der Sorbonne lehrte.) Der damals in Montreal arbeitende neuseeländische Physiker Ernest Rutherford und andere entdeckten, dass es verschiedene Arten von radioaktiver Strahlung gab, die Rutherford 1903 Alpha-, Beta- und Gammastrahlung nannte. Er entwickelte mit seinem Kollegen Frederick Soddy die These, dass die Radioaktivität mit der Umwandlung von Atomen verknüpft sei. Und nach Einsteins Entdeckung der Austauschbarkeit von Materie und Energie (E = mc², >> mehr) ahnte man auch, dass bei diesen Umwandlungen viel Energie im Spiel war. Marie Curies Tochter Irène Joliot-Curie und deren Mann Frédéric Joliot-Curie entdeckten 1933/34, dass man radioaktive Stoffe auch künstlich durch Bestrahlung mit Alpha-Teilchen herstellen konnte. Die Erforschung des Atoms 1911 entdeckte Rutherford, dass das Atom aus Kern und Hülle zusammengesetzt ist, und entwickelte ein Atommodell, bei dem die positiven Ladungen im Kern konzentriert waren, und die Hülle von den Elektronen gebildet wurden. Dieses Modell konnte jedoch nicht alle beobachteten Eigenschaften von Elementen erklären, etwa die Spektrallinien von Wasserstoff. Diese Erklärung gelang seinem Schüler Niels Bohr mit einem Atommodell, bei dem sich die Elektronen nur auf festen Umlaufbahnen bewegten. Sie konnten von einer erlaubten Bahn auf die andere “springen” (dies ist der berühmte “Quantensprung”), was die Spektrallinien erklärte. (Und war der Beginn der Erkenntnis des “merkwürdigen” Verhaltens von Materie im kleinsten Maßstab - die Elektronen gelangen von einer auf die andere ohne im Raum dazwischen aufzutauchen.) Rutherford gelang es 1919, durch Bestrahlung mit Alphateilchen ein Element in ein anderes zu verwandeln - Stickstoff in Sauerstoff. Und er glaubte, dass es im Atomkern neben den positiv geladenen Teilchen - die aufgrund der Abstoßung auseinanderfliegen müssten - als eine Art Klebstoff neutrale Teilchen geben müsse, die er Neutronen nannte. Sie wurden 1932 |
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Monate zuvor, nach dem “Anschluss” Österreichs, mit dem die Rassengesetze des Dritten Reichs auf sie anwendbar wurden, mit Hahns Hilfe nach Schweden emigriert. Als Hahn ihr sein Ergebnis mitteilte, erkannte sie (gemeinsam mit ihrem Neffen Otto Frisch) die physikalische Bedeutung: Hahn und Straßmann hatten die Kernspaltung entdeckt, bei der eine (für die winzige Uranmenge) große Energiemenge freigesetzt wurde. Die Atombombe Diese große Energiemenge konnte nur dann praktisch genutzt werden, wenn bei der Spaltung eines Urankerns mehrere Neutronen frei würden, die ihrerseits weitere Atomkerne spalteten, und in einer “Kettenreaktion” eine Art Lawineneffekt auslösten (siehe Abbildung). |
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weitere Reaktoren zur Erzeugung von Plutonium gebaut. Nach dem Krieg herrschte unter dem Eindruck der Wirkung der Atombomben von Hiroshima und Nagasaki zunächst das Bestreben vor, die Verbreitung von Atomwaffen und -technologie zu verhindern; die Forschung diente zumeist militärischen Zwecken und wurde geheim gehalten. Aber einige Wissenschaftler dachten auch über eine zivile Nutzung der neuen Energiequelle nach. Atome für den Frieden 1953 änderte sich die Strategie der Amerikaner: Auf einer UN-Vollversammlung präsentierte US-Präsident Dwight D. Eisenhower unter dem Titel Atoms for Peace seine Vision einer friedlichen Nutzung der Atomenergie unter dem Dach einer Internationalen Atomenergie-Behörde (1957 nahm diese Behörde, die Internationale Atomenergieorganisation IAEO, die Arbeit auf). 1954 ging in der Sowjetunion, in der Wissenschaftsstadt Obninsk, der erste Atomreaktor zur Stromerzeugung ans Netz - er lieferte 5 Die Entwicklung von Atomreaktoren in den USA profitierte von den Anstrengungen der US-Marine, Atomreaktoren für den Antrieb von U-Booten zu entwickeln. Die Tauchfähigkeit von U-Booten war durch die Batterien der Triebwerke begrenzt, Atomreaktoren konnten ihnen eine nahezu unbegrenzte Einsatzfähigkeit ermöglichen. Unter Leitung von Admiral Hyman Rickover wurde 1955 das erste atomare U-Boot, die USS Nautilus, in Dienst gestellt; die US-Marine hat heute mehr Atomreaktoren betrieben als jede andere Institution der Welt. Die dort entwickelten Leichtwasserreaktoren (bei denen normales Wasser die bei der Atomspaltung freiwerdenden Neutronen bremste und die entstehende Wärme zu einer der Stromerzeugung dienenden Dampfturbine transportierte) sollten sich auf dem Weltmarkt durchsetzen. (England und Frankreich setzen zunächst auf die in Calder Hall genutzte Gas-Graphit-Technik, bei der Graphit die Neutronen bremste und Kohlendioxid die Wärme transportierte; 1967 gaben sie diese Technik auf.) In den 1960er Jahren begann der Aufschwung der Atomenergie: Die großen Elektrokonzerne stiegen in den Bau von Atomkraftwerken ein; in den USA machten General Electric, Westinghouse und bald darauf auch Babcock & Wilcox und Combustion Engineering Festpreisangebote für schlüsselfertige Atomreaktoren. Das erste deutsche Atomkraftwerk Kahl ging 1961 ans Netz und wurde von Siemens mit Reaktortechnik von General Electric gebaut. Die Zukunft der Atomenergie schien glänzend; die installierte Leistung stieg bis in die späten 1970er Jahre auf 100.000 Megawatt.
Ein Jumbo ohne Landebahn Bald stellte sich heraus, dass es so einfach nicht war: Atomreaktoren waren nicht, wie von der Industrie oft dargestellt, einfach ein neues System zur Erzeugung von heißem Wasser. Sie waren in ein komplexes System eingebunden: Uran musste geliefert werden, in Aufbereitungsanlagen angereichert und betriebsfertig gemacht werden, die abgebrannten Brennelemente mussten weiterbehandelt und beseitigt werden. Dieses System gab es aber nicht. Die Harvard Business School beschrieb in ihrem “Energy Report” von 1979 die Situation: Es war, als habe man einem unterentwickelten Land eine moderne Luftflotte verkauft, aber keine Flughäfen und keine Luftverkehrsüberwachung. Damit waren aber die versprochenen niedrigeren Stromkosten durch die Atomenergie eine bloße Annahme, und bald stellte sich heraus, dass die Kosten viel höher lagen als angenommen; die amerikanische Atomenergiekommission bezeichnete die Kostenentwicklung als “traumatisch”. Die Atomindustrie versuchte, das Problem durch die economies of scale (niedrigere Kosten bei größeren Betrieben) zu lösen; sie bot immer größere Anlagen an. Der Widerstand gegen die Atomenergie Währenddessen waren die Warnungen vor der Atomenergie nie verstummt. Immerhin wurden hier große Mengen Radioaktivität erzeugt, deren schreckliche Wirkung durch die Folgen der Atombombenabwürfe weltweit bekannt geworden war. Regierungen und Atomindustrie versuchten, die Zweifler an der Sicherheit der Atomenergie als irregeleitete Zeitgenossen darzustellen. Aber immer wieder kam es an den ausgewählten Standorten für neue Atomanlagen zu Protesten der Bevölkerung; und immer fanden sich aus Wissenschaftler, die |
Megawatt elektrische Leistung. 1956 ging im englischen Calder Hall ein Reaktor mit 50 Megawatt elektrischer Leistung in Betrieb; 1958 in Shippingport (25 Meilen von Pittsburgh) der erste amerikanische Atomreaktor mit 60 Megawatt elektrischer Leistung.
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Die Gefahren der Atomenergie Radioaktive Strahlung Atommüll Atomunfälle Verbreitung von Atomwaffen |
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Die Wahrscheinlichkeit eines atomaren |
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Die Kritiker bezweifelten nicht nur die Sicherheit der Atomenergie, sondern auch die Behauptung, sie sei billiger als andere Formen der Stromerzeugung. Der Streit ist bis heute kaum zu lösen, hängt er doch unter anderem von Annahmen über die Kosten der immer noch ungelösten Frage der Beseitigung des Atommülls ab. Tatsächlich traten die erhofften Kostenvorteile großer Anlagen nicht ein, Bauprobleme führten aber zu Verzögerungen und damit Kostensteigerungen - über zwei Drittel aller Bestellungen von Atomkraftwerken nach 1970 wurden schließlich storniert. Steigende Kosten hatten dabei eine mindestens ebenso große Bedeutung wie der Widerstand der Atomkraftgegner (wobei gestiegene Sicherheitsanforderungen zu den steigenden Kosten beigetragen haben). In den USA endete der Neubau von Atomkraftwerken weitgehend schon 1977, zwei Jahre vor dem Atomunfall von Harrisburg. Der Unfälle von Harrisburg und Tschernobyl Am 28. März 1979 fielen im Atomkraftwerk Three Mile Island bei Harrisburg (Pennsylvania, USA) die beiden Kühlwasserpumpen zur Kühlung des Reaktorkerns aus. Die Notabschaltung funktionierte: Steuerstäbe beendeten die atomare Kettenreaktion. Dennoch entsteht im Reaktor weiter Wärme, die zu einem Druckanstieg im Primärkreislauf führt. Um einen möglichen Leitungsbruch zu verhindern, öffnete sich ein Notventil. Dieses hätte nach dem Druckabfall wieder schließen sollen, das geschah aber nicht. So entwichen Hunderttausende von Litern radioaktiven Wassers in das Reaktorgebäude. Da zudem im Notkühlsystem nach einem Test zwei Ventile geschlossen worden waren, funktionierte dieses nicht sofort, sondern erst nach acht Minuten, als der Fehler bemerkt wurde. Das Personal wurde aber aufgrund von unzulänglichen Messinstrumenten getäuscht und glaubte, es sei zuviel Wasser im Kühlsystem; so schaltete es kurz darauf das Notkühlsystem wieder aus. So kam es zu einer Kernschmelze, bei der etwa ein Drittel des Reaktorkerns schmolz. Da bei hohen Temperaturen die Hülle der Brennstäbe oxidiert und Wasserstoff freisetzt, bildete sich Knallgas und es kam zu einer Explosion, die jedoch das Reaktorgebäude nicht zerstörte - nur dieser Umstand verhinderte die Freisetzung großer Mengen Radioaktivität. Es war noch einmal gut gegangen. In der Woche nach dem Unfall wurden allerdings Wasserstoff und Wasserdampf in die Atmosphäre abgelassen, so dass doch noch größere Mengen Radioaktivität freigesetzt wurden. Die gesundheitlichen Folgen dieser Radioaktivität sind umstritten, nach einer offiziellen Langzeitstudie gab es keine gesundheitlichen Folgen, die örtliche Bürgerinitiative >> Three Mile Island Alert und die Union of Concerned Scientists bezweifelten dieses Ergebnis. Die Beseitigung der Schäden im Reaktor dauerte 12 Jahre und kostete etwa 1 Milliarde Euro. Was in Harrisburg knapp vermieden wurde, trat am 26. April 1986 in Tschernobyl (in der damaligen Sowjetunion, heute Ukraine) ein: Eine Kernschmelze mit der Freisetzung großer Mengen von Radioaktivität. Hintergrund war ein Versuch: Er sollte zeigen, dass die Rotationsenergie der Turbine ausreicht, den Reaktorkern zu kühlen, bis die Notstromaggregate anlaufen. Zur Durchführung des Versuchs waren Sicherheitssystem abgeschaltet. Da der Reaktor vor dem Versuch längere Zeit mit abgesenkter Leistung betrieben wurde, gab es wie bei jeder Leistungsabsenkung eine relativ hohe Konzentration an Xenon-135 (“Xenon-Vergiftung”), die über Absorption von Neutronen die Leistung weiter senkte. Der Reaktor von Tschernobyl war bei niedriger Leistung aber instabil, weshalb er laut Betriebsvorschriften nicht mit weniger als 20 % Leistung betrieben werden durfte. Die Leistung war schon auf 7 % abgesunken, der Reaktor hätte eigentlich abgeschaltet werden müssen. Beim Abschalten der Kühlung für den Versuch stieg die Temperatur des Kühlmittels, und damit - typisch für Reaktoren mit Graphit als “Neutronenbremse” - die Reaktorleistung. Als daraufhin die Steuerstäbe weiter eingeführt wurden, stieg die Leistung bauartbedingt kurzzeitig an. Zum Absinken kam es nicht mehr, der Reaktor wurde überkritisch: Es begann eine Kettenreaktion; die Leistung überstieg in Sekundenbruchteilen das Hundertfache der Nennleistung. Durch die Oxidation der Brennstabhüllen kam es Sekunden später auch noch zu einer Wasserstoffexplosion - es ist ungeklärt, welches der beiden Ereignisse den über 1.000 Tonnen schweren Reaktordeckel abhob, aber durch das Abheben fing das heiße Graphit sofort Feuer. In den nächsten 10 Tagen verbrannten 250 Tonnen Graphit, und das Feuer brachte durch die heiße, aufsteigende Luft große Mengen Radioaktivität hoch in die Atmosphäre. Die radioaktiven Wolken verbreiteten sich je nach vorherrschenden Winden weit über Europa. Zuerst zogen sie nach Skandinavien. Der Westen erfuhr überhaupt erst von dem Unfall, als am 28. April die Messgeräte im schwedischen Atomkraftwerk Forsmark Alarm schlugen. Am 2. und 3. Mai wurden 45.000 Menschen aus dem Umkreis des Reaktors evakuiert, am 4. Mai weitere 116.000. Am 6. Mai war der Brand unter Kontrolle, die Freisetzung von Radioaktivität wesentlich reduziert. Die zur Katastrophenbekämpfung eingesetzten Aufräumarbeiter (“Liquidatoren”) bekamen in den ersten Tagen eine sehr hohe Strahlenbelastung ab. Später wurden nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation weitere 600.000 bis 800.000 Liquidatoren eingesetzt, von denen aber nur 400.000 und mit unvollständigen Daten registriert wurden, was die Auswertung der Unfallfolgen heute sehr erschwert. Von den registrierten Liquidatoren sind inzwischen 15.000 gestorben und über 90 Prozent erkrankt. Die Folgen des Unfalls sind - umstritten. Es gibt eine offizielle Untersuchung des Tschernobyl-Forums unter dem Dach der IAEO (>> mehr); diese Untersuchung schließt aber nur einen Teil des von Tschernobyl betroffenen Gebiets mit ein. Eine Gegenuntersuchung wurde von der grünen Europaabgeordneten Rebecca Harms in Auftrag gegeben (>> mehr). Neben den anerkannten 237 Strahlentoten unter den Liquidatoren weisen die Autoren auf eine dramatische Steigerung von Schilddrüsenkrebs bei Menschen, die zum Zeitpunkt des Unfalls jünger als 18 Jahre waren, hin. Insgesamt geht der Bericht des Tschernobyl-Forums von 9.000 zusätzlichen Krebstoten durch den Unfall aus, die Gegenuntersuchung von 30.000 bis 60.000. Die politischen Folgen von Tschernobyl Der ohnehin durch die Anti-Atom-Bewegung schon in Frage gestellte Konsens über die Nutzung der Atomenergie zerbrach auch in Europa. Italien beschloss 1987 den Atomausstieg, Belgien 1999. In Deutschland wurde der Bau der noch in Planung befindlichen Atomkraftwerke nach Tschernobyl nicht mehr realisiert, im Jahr 2000 vereinbart die rot-grüne Bundesregierung mit Umweltminister Jürgen Trittin einen Atomausstieg mit der Energiewirtschaft, der schrittweise bis etwa 2021 (es wurde kein Zeitpunkt vereinbart, sondern die noch mit Atomenergie erzeugbare Strommenge) realisiert werden soll; 2002 wurde diese Vereinbarung im Atomgesetz festgeschrieben. Die neue Diskussion um die Atomenergie Kraftwerke, die fossile Brennstoffe verbrennen, erzeugen Kohlendioxid und tragen damit wesentlich zum >> Klimawandel bei. Atomkraftwerke erzeugen auch Kohlendioxid - aber nicht bei der Stromerzeugung, sondern nur beim Bau und beim Uranabbau; insgesamt viel weniger als Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen. In vielen Ländern werden sie daher als wichtiger Beitrag gegen den Klimawandel gesehen; und mit den steigenden Ölpreisen (>> mehr) sogar als Wunderwaffe gegen die Ölscheichs: Das Auto der Zukunft soll mindestens einen Teil seiner Energie an der Steckdose tanken, Atomstrom endlich Benzin ersetzen können. Die Fakten sprechen aber eine andere Sprache: Die USA, das Land mit den meisten Atomkraftwerken, ist auch das Land mit dem mit Abstand höchstem Pro-Kopf-Ausstoß an Kohlendioxid. Das Problem sind die hohen Kapitalkosten der Atomenergie: Jeder Euro, der etwa in Energieeffizienz gesteckt wird, spart wesentlich mehr Treibhausgase ein, als ein Euro, der in Atomenergie geht. In Verbindung mit dem Unfallrisiko sind die Kapitalkosten auch wirtschaftlich riskant: Nach einem erneuten Unfall à la Tschernobyl stünden auf einem Schlag Multimilliarden-Investitionen in Frage. Aus diesem Grund nutzen die Energieversorger zwar ihre abgeschriebenen Altanlagen gerne weiter; es werden derzeit aber nicht einmal annähernd so viele neue Atomkraftwerke geplant, wie auch nur zum Ersatz alter Atomkraftwerke (die Kraftwerke waren 2006 im Durchschnitt 22,7 Jahre alt) nötig wären. Weltweit tragen heute 438 Atomkraftwerke mit genau 2,2 Prozent zur Energieversorgung (und mit 17 Prozent zur Stromversorgung) bei. Um ihre Anzahl in 20 Jahren zu verdoppeln, müsste ab sofort zusätzlich zum Ersatzbedarf jedoch alle 3 Wochen ein neues Atomkraftwerk in Betrieb gehen. Außerdem sind Atomkraftwerke Grundlastkraftwerke: Sie sind nicht flexibel genug, um etwa die Schwankungen im Angebot erneuerbarer Energiequellen auszugleichen. Für die Kraft-Wärme-Koppelung sind sie ungeeignet, da sie zu viel Abwärme produzieren, um diese sinnvoll nutzen zu können (hierzu werden kleine, verbrauchernahe Kraftwerke gebraucht). Ein Gaskraftwerk mit Kraft-Wärme-Koppelung, das nicht nur Strom liefert, sondern auch Hausheizungen ersetzt, ist viel klimafreundlicher als ein Atomkraftwerk - ohne vergleichbare Risiken. Eine zukunftssichere Energieversorgung setzt daher auf ganz andere Techniken (>> mehr). (Eine umfassende Auseinandersetzung mit dem Thema findet sich in dem Beitrag Atomenergie und Klimawandel von Felix Matthes aus der Studie “Mythos Atomkraft” >> hier [Heinrich-Böll-Stiftung].) Und das Elektroauto? Eine 180-Kilo-Lithium-Ionen-Batterie, wie sie für das Jahr 2010 erwartet wird, hat den Energieinhalt von 4 Litern Benzin; ein damit betriebenes Auto hat eine Reichweite von 60 bis 80 Kilometern. Um eine mit heutigen Autos vergleichbare Reichweite zu erreichen, setzen die Hersteller daher auf einen Verbrennungsmotor, um die Batterie zu laden (etwa Chevrolet Volt / Opel Ampera): Der Verbrauch sinkt, da der Verbrennungsmotor immer im effizientesten Bereich läuft und der Antrieb vom wirksameren Elektromotor übernommen wird - aber Benzin oder Diesel braucht das Auto immer noch. Bis reine Elektroautos einen signifikanten Anteil an der Verkehrsleistung haben, werden erneuerbare Stromquellen längst wettbewerbsfähig sein (mehr: >> Erneuerbare Energien). Mehr zum Thema Energie: Weiter mit: Zurück zur: |
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© Jürgen Paeger 2006 - 2009 |
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Mehr zu diesem Thema: |
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Wieviel Energie liefert die Atomenergie? Auf dieser Seite steht - dem Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen folgend - 2,2 Prozent, in anderen Quellen liest man immer wieder von 6 bis 7 Prozent. Der Grund: Der WBGU zählt nur die genutzte Strommenge, nicht die ebenfalls erzeugte, aber in die Umgebung abgegebene, ungenutzte Wärme. Beim hohen Wert ist diese mitgezählt: Traue nur der Statistik, die Du selbst gefälscht hast ... Wie gering der zukünftige Beitrag der Atomenergie selbst nach den Vorstellungen der Internationalen Energieagentur ist, steht >> hier. |
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