Kernenergie - Energieerzeugung durch Kernspaltung oder Kernfusion

Durch Kernspaltung oder Kernfusion wird Energie gewonnen. Die Nutzung der Kernenergie bringt jedoch Gefahren mit sich und ist nicht erst seit Fukushima sehr umstritten.

Die Kernenergie ist in Deutschland aufgrund ihres Gefahrenpotenzials schon seit vielen Jahren ein politisches und gesellschaftliches Reizthema. Die Atomkraft-Gegner fordern seit langem eine Abschaltung aller Kernkraftwerke und auch die Politik ist mit dem im Jahre 2000 beschlossenen Atomausstieg auf diesen Kurs eingeschwenkt. Momentan gibt es jedoch wieder vermehrt Stimmen, die die Kernkraft als unverzichtbare Option auf dem Gebiet der Energiegewinnung ansehen. Dies alles ist Grund genug, sich einmal näher mit der Kernenergie zu beschäftigen und einen Überblick über ihre Vorteile, Gefahren und ihr Potenzial zu gestalten.

Was versteht man unter Kernenergie?

Kernenergie entsteht entweder durch induzierte Kernspaltung oder Kernfusion, wobei sich letztere Methode momentan noch im Forschungsstadium befindet. Bei der Kernspaltung wird durch einen kleinen Energiestoß dafür gesorgt, dass sich ein schwerer Kern in mehreren leichte aufspaltet und daraus neue Energie entsteht. Durch die daraus erzeugten Neutronen können gar Kettenreaktionen ausgelöst werden, die weitere Kernspaltungen mit sich bringen. Durch jede dieser Spaltungen wird neue Energie freigesetzt, die sich nutzen lässt. Weitere Informationen zru Energiegewinnung durch Kernfusion oder -spaltung finden Sie am Ende dieser Seite.

Wie kann Kernenergie genutzt werden?

Die Kernenergie hat bei den Menschen zwei große Verwendungszwecke eröffnet, die beide auch heute noch in vollem Umfang genutzt werden. Zunächst kam diese Art der Energie dem militärischen Bereich zu Gute, denn die Forschungen liefen darauf hinaus, 1945 in Japan die ersten beiden Atombomben zünden zu können. Der zweite große und mittlerweile wieder sehr gefragte Bereich ist die Nutzung der Kernenergie zur Stromerzeugung. Dies findet in sogenannten Kernkraftwerken statt, in denen Uran- und auch Thoriumkerne kontrolliert zur Spaltung gebracht werden. Mittlerweile gibt es eine ganze Reihe verschiedener Reaktortypen, die zwar von der Methodik her ähnlich arbeiten, meist aber andere Kühlmittel verwenden. Während in Leichtwasserreaktoren beispielweise normales Wasser zur Kühlung verwendet wird, kommt in einem Brutreaktor flüssiges Natrium als Kühlmittel zum Einsatz.

Vorteile der Kernenergie

Die Kernenergie weist vor allem den Vorteil auf, dass mit der Stromerzeugung aus Kernkraft kaum CO2-Emissionen verbunden sind. In Bezug auf den stetigen Ausstoß von Treibhausgasen kann man die Kernenergie also als umweltfreundlich betrachten. Darüber hinaus ist der Vorrat an Uran zwar begrenzt, hält aber bei weitem noch länger als die anderen fossilen Energieträger. Strom aus Kernenergie ist zudem relativ günstig zu erzeugen und kann somit ohne Preissteigerungen ins konventionelle Stromnetz eingespeist werden.

Nachteile der Kernenergie

In Bezug auf die Kernenergie gibt es einige schwerwiegende Punkte, die sehr nachteilig bei der Bewertung dieser Energiequelle ins Gewicht fallen. Ein großer Nachteil besteht zum Beispiel darin, dass kein Kernkraftwerk zu 100 Prozent sicher ist und somit immer die Gefahr eines Super-GAUs besteht, wie er sich 1986 in Tschernobyl zugetragen hat. Bei dem Unfall in einem der Kernreaktoren ist damals massenhaft Radioaktivität ausgetreten und hat viele Todesopfer gekostet, sowie einen Landstrich unbewohnbar gemacht. Dazu kommt, dass auch die Gefahr der Sabotage durch Terroristen nicht ausgeschlossen werden kann, was ebenfalls verheerende Wirkungen für ein Land hat.

Ein weiteres Problem der Kernenergie besteht in der Entsorgung der Abfallprodukte, die zum großen Teil höchst radioaktiv sind. Es gibt keine Endlager und es ist auch immer noch nicht erweisen, dass die Zwischenlagerung wirklich ohne Freisetzung von Radioaktivität durchgeführt werden kann, zumal die Castor-Transporte ebenfalls nicht ohne Risiko sind. Als letzte große Schwierigkeit erweist sich die Tatsache, dass durch die Wiederaufbereitung der Brennstäbe die Möglichkeit besteht, abgespaltenes Plutonium zur Herstellung von Atomwaffen zu missbrauchen, was die politische Stabilität in der Welt insgesamt schwächen würde.

Nutzung der Kernenergie bleibt umstrittenes Thema

Die Kernenergie ist momentan noch eine recht starke Stütze in der Stromversorgung. Schaut man sich allerdings die Gefahren an, die damit verbunden sind, so sollte man die Kernkraft wirklich nur noch übergangsweise nutzen, bis die regenerativen Energien so ausgereift erzeugt werden können, dass sie den benötigten Energiebedarf decken. Die Meinungen über das Gefahrenpotenzial gehen zwar in der öffentlichen Diskussion auseinander, jedoch lässt sich nicht leugnen, dass die Folgen eines Unfalls verheerend sein können. Ein weiter Punkt, der gegen eine langfristige Nutzung spricht, betrifft die begrenzten Uranvorkommen, die irgendwann ebenso erschöpft sein werden, wie die fossilen Energieträger.

So funktioniert die Stromerzeugung mit Kernenergie

Aus physikalischer Sicht ist unter Kernenergie die Bindungsenergie der Teilchen eines Atomkerns gemeint. Eine besonders hohe Kernenergie weisen die Elemente Uran, Plutonium, Deuterium und Tritium auf. Vor dem Hintergrund der Stromerzeugung spielen vor allem die Kernspaltung und die Kernfusion eine große Rolle.

Kernspaltung

Bei der Kernspaltung wird ein Atomkern unter Freisetzung hoher Energie in zwei oder drei Teile gespalten. Im Rahmen der Nutzung der Kernspaltung zur Stromerzeugung ruft man die Kernspaltung bewusst hervor, indem die Nuklide bestimmter Elemente mit Neutronen "beschossen" werden. Bei dieser induzierten Spaltung bewegt sich das freigesetzte Neutron so lange in der Nähe der Kerne, bis es auf einen Kern auftrifft, seine Bindungs- und Bewegungsenergie auf den Kern überträgt und damit dessen Spaltung auslöst.

Bei der induzierten Spaltung der Nuklide von Uran 235 und Plutonium 239 wird eine kontrollierte Kettenreaktion der Isotope der beiden Elemente ausgelöst und dadurch die gewünschte Kernenergie freisetzt. Bei der Stromerzeugung in Atomkraftwerken wird die Kernspaltung deshalb vorrangig unter Nutzung des Urans 235 vollzogen, weil der Urankern mehr Protonen als alle anderen Elemente aufweist und somit eine höhere Energiemenge freisetzt.

Die Kernspaltung wurde bereits in den 30iger Jahren erforscht und kam 1945 mit dem Einsatz der ersten Atombomben zur Anwendung. Zur Energie- und Stromgewinnung in Kernkraftwerken wurde die Kernspaltung zuerst 1954 in Obninsk in Russland genutzt.

Kernfusion

Die Sonne verdankt ihre Strahlungsenergie der Kernfusion, denn auf dem wichtigsten Planeten unseres Universums werden bei höchsten Temperaturen permanent Wasserstoffkerne zusammengepresst, die nach dem Zusammenschmelzen unter Freigabe großer Energiemengen Helium bilden.

Mit dem Ziel der Energiegewinnung arbeitet die Kernfusionsforschung seit Jahrzehnten daran, diesen Prozess, also das Verschmelzen zweier Atomkerne zu einem neuen Kern unter Energiefreisetzung, zu simulieren und kontrolliert ablaufen zu lassen. In Kernfusionsreaktoren sollen leichte Atomkerne eine Fusion eingehen und damit eine Kettenreaktion auslösen, die Wärmeenergie erzeugt. Als Brennstoff wird vorrangig das Atompaar Deuterium und Tritium eingesetzt, das nur eine geringe Abstoßung aufweist und somit leichter zu einer Fusion zu bewegen ist. Bis heute liegen Kernfusionskraftwerke nur im experimentellen Stadium vor. Viele Fragen müssen noch erforscht werden und geeignete Werkstoffe zur Sicherung der Fusionsprozesse liegen noch nicht in dem Maße vor, dass ein Kernfusionskraftwerk wirtschaftlich betrieben werden könnte.

Der Vorteil der Kernfusion liegt vor allem darin, dass größte Energiemengen ohne Kohlendioxidausstoß regenerativ erzeugt werden können und sich damit die Umweltbelastung reduziert. Am weitesten fortgeschritten ist die Entwicklung des internationalen Kernfusionsreaktors ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in Cadarache in Südfrankreich.