Atomkraft? Keine Angst – unsere Zukunft mit sauberer Energie ist radioaktiv.

2023-01-25 18:24:02 by Lora Grem

Wir alle würden gerne in der Welt der Märchen und Gummibonbons leben, wo unsere ganze Kraft aus Wind und Sonne kommt. Aber wenn man mit Leuten spricht, die wissen, wovon sie reden, wird eines klar: Wind und Sonne werden ein großer Teil unserer Energiezukunft sein, aber sie werden nicht alles sein. Das sind erneuerbare Energiequellen, die unter das größere Dach der kohlenstoffarmen Energie passen, aber die Sonne scheint nicht die ganze Zeit und der Wind weht nicht immer. Eine Reihe von Unternehmen arbeitet an neuen Batterietechnologien, um Energie aus Wind und Sonne für die Ausfallzeiten zu speichern, aber wir brauchen andere Stücke in unserem Energiekuchen, um rund um die Uhr Strom zu produzieren. Diese werden als „feste“ oder „Grundlast“-Stromquellen bezeichnet, und wir haben ein paar abgedeckt – wie hydro und Geothermie – das wird hoffentlich einiges von dem ersetzen, was wir aus Öl und Gas gewinnen.

Aber es gibt eine Quelle sauberer, konstanter Energie, die bereits 20 % des Stroms in den Vereinigten Staaten liefert: Kernkraft. In der realen Welt der Zukunft ist ein großes Stück des Kuchens radioaktiv.

„Niemand, der ein echter Ingenieur ist, kann sich etwas mehr als etwa 80 % Wind und Sonne vorstellen. Ich denke, es sind weit weniger als 80 %“, sagt Paul Dabbar, ein angesehener Gastwissenschaftler am Center on Global Energy Policy an der Columbia University. Er ist ein ehemaliger Atom-U-Boot-Offizier, der später Staatssekretär für Wissenschaft und Innovation im Energieministerium wurde. Irgendwo zwischen 20 und 50 % unseres Energiekuchens müssen ständig und zuverlässig verfügbar sein, was Wind und Sonne ohne Batterietechnologien, die wir derzeit nicht haben, nicht liefern können. Selbst dann gibt es eine gewisse Skepsis bei Versorgungsunternehmen und anderen Leuten, deren Aufgabe es ist, das Licht anzuschalten. Geothermie und Wasserkraft helfen an den Rändern, aber das Problem ist die Größenordnung. „Sie werden entweder Gasanlagen mit CO2-Abscheidung betreiben“, fügte Dabbar hinzu und verwies auf eine noch unbewiesene Technologie zur Abscheidung der CO2-Emissionen aus Erdgasanlagen, bevor sie in die Atmosphäre aufsteigen, „oder Sie brauchen Kernenergie. ”

Einmal gebaut, sind Kernkraftwerke sauber, billig und produzieren rund um die Uhr viel Energie.

Einige in der Umweltbewegung sind gegen Atomkraft, und Deutschland zum Beispiel war eine Zeit lang auf dem Weg, seine Anlagen zu schließen. Aber das ist jetzt nicht realistisch, und es ist nicht realistisch, wenn Sie unseren zukünftigen Strombedarf betrachten. „Wenn wir wirklich all diese fossile Energie ersetzen und den Verkehrssektor bis zu einem gewissen Grad elektrifizieren und vielleicht auch andere Sektoren elektrifizieren, wird das die Menge an Elektrizität, die wir verbrauchen, nur um ein Vielfaches erhöhen“, sagt Dr. Matt Bowen, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Center on Global Energy Policy. „Alle Szenarien, die die Princeton Net Zero Amerika Die Leute haben sich angesehen, ich denke, unsere Stromerzeugung wird sich nach 2050 immer mindestens verdoppeln. Werden wir alle Kernkraftwerke abschalten und unsere Erzeugung in den nächsten zwanzig Jahren irgendwie verdoppeln? Es erscheint mir einfach höchst unglaubwürdig.“

Es gibt keinen kohlenstoffarmen Übergang, bei dem Strom ohne Kernenergie zuverlässig und erschwinglich bleibt. Sobald sie gebaut sind, sind diese Anlagen billig: Der Brennstoff ist billiger als Gas und Kohle, Sie haben etwas Wartung (die Sie übrigens auch bei Wind und Sonne haben) und eine Anlage kann betrieben werden 80 Jahre. Und wieder basiert alles auf ausgereifter Technologie, die unsere Haushalte und Unternehmen bereits antreibt. Die Möglichkeiten der Fusion – der Prozess der Vereinigung von Atomen zur Erzeugung von Energie der im Dezember einen Durchbruch erlebte – sind ein ganz anderes Gespräch.

Im Moment sprechen wir von Spaltung: Atome spalten. Wir werden wahrscheinlich noch mehr dieser Kraftwerke bauen müssen, was nicht gerade einfach ist. Da ist zunächst die Öffentlichkeit Auffassung . Wir alle haben ein Bild von einer Nuklearkatastrophe im Kopf, sei es Tschernobyl oder Fukushima oder Three Mile Island hier in den USA. Aber im Grunde genommen sind Todesfälle im Zusammenhang mit Atomkraft sehr selten, insbesondere im Vergleich zu Öl und Kohle.

„Der Reaktor von Tschernobyl war ein schreckliches Design, das in den Vereinigten Staaten buchstäblich illegal war. Es war unsicher“, sagt Dabbar. „Als die Temperatur im Reaktor stieg, stieg die Leistung. Dieses grundlegende Problem ist sehr schlimm. Selbst die Russen selbst bauen es nicht mehr. In Japan war es ein schlechter Standort. Stellen Sie es nicht an bestimmten Orten auf, an denen potenzielle Probleme auftreten können, z. B. bei einem Tsunami. Wenn Sie sich Three Mile Island ansehen, ist niemand gestorben, nichts ist wirklich herausgekommen. Der Reaktor wurde ausgelöscht. Es schmolz innen, aber es tat niemandem weh. Offensichtlich war das nicht positiv, und die Dinge, die das ermöglichten, wurden behoben. Es ging in erster Linie um Instrumentierung und Ausbildung.“ Das letzte war 1979 in Pennsylvania, das noch heute 36 % seines Stroms aus Atomkraft bezieht. Es liegt hinter sieben Bundesstaaten, darunter South Carolina (56 %) und Illinois (54 %). Die Standortprobleme, die Fukushima aufgedeckt hat, werden immer ein Problem sein, zumal das gleiche Klima, das wir zu retten versuchen, extremere Wetterereignisse hervorruft, aber sie sind ein Problem für jedes Energieprojekt. In Texas im Jahr 2021, es waren die Gasanlagen, die einfroren .

Three Mile Island löste einen ernsthaften Abschwung für die US-Atomindustrie aus.

Ein weiterer Knackpunkt für die Öffentlichkeit ist die Abfallentsorgung. Dabbar hat während seiner Zeit im Energieministerium das größte Entsorgungsprogramm der Welt durchgeführt, und er wird Ihnen sagen, dass es sich nicht um ein technologisches Problem handelt. „Es gab hauptsächlich eine politische Sperre zu diesem Thema, keine wissenschaftlichen, ökologischen oder technischen Einschränkungen. Die Fähigkeit, den Atommüll an einem sicheren Ort zu konsolidieren, zu konzentrieren und in eine sichere Form zu bringen, ist durchaus machbar. Das ist absolut keine Herausforderung.“ Die Herausforderung besteht darin, diesen sicheren Ort zu finden. Es gab eine Einigung auf eine Seite an Nevadas Yucca Mountain , aber politische Wellen haben diesen Plan ins Stocken geraten lassen. Dabbar unterstützt die Idee eines zentralen Speicherorts, entweder „geologische Langzeitspeicherung, die Jahrtausende dauern könnte“ oder „Zwischenspeicherung, die 100 oder 200 Jahre dauern könnte“. Wir transportieren Kernmaterial bereits per Bahn und Lkw durch die USA und lagern es an einem sicheren Ort. Wir wissen, wie das geht, weil wir es die ganze Zeit tun, wenn U-Boote und Flugzeugträger mit Atomantrieb auftanken müssen.

(Unterhaltsame Tatsache: Dabbar sagt, dass neuere Konstruktionen für diese Reaktoren es einigen Navy-Schiffen ermöglichen, über 40 Jahre ohne Auftanken zu fahren. Selbst bei den älteren U-Booten waren es etwa 20 Jahre.)

Auf der anderen Seite des Prozesses gibt es ein heikleres politisches Problem: die Beschaffung des Treibstoffs. Russland dominiert derzeit Schlüsselmärkte, die die Lieferkette für Kernbrennstoffe bedienen. Nachdem Uran abgebaut wurde, durchläuft es eine Reihe verschiedener Verarbeitungsstufen. Zwei davon sind einzeln „Bekehrung“ und „Bereicherung“. Russland hat großen Einfluss auf diese beiden Märkte, aber die USA und der Rest des Westens arbeiten seit der russischen Invasion in der Ukraine daran, ihre Lieferketten zu entwirren. „Die Vereinigten Staaten sollten in diesem Jahr weitgehend von Russland loskommen können“, sagt Bowen. der eine Arbeit zu diesem Thema veröffentlicht hat im Mai. Wir werden uns immer mit der Tatsache auseinandersetzen müssen, dass wir im Inland nicht viel Uran abbauen, aber wir können mehr Kontrolle über das nukleare Äquivalent der Ölraffination erlangen.

Der Plan war, Atommüll tief unter dem Berg Yucca zu lagern, wo es nicht viel gibt.

OK, mit all dem (abgebrannten) Brennmaterial und dem (geo-)politischen Gerede aus dem Weg, kommen wir zum eigentlichen Hindernis für die Kernkraft Proliferation in den USA: Es ist verdammt teuer, ein Atomkraftwerk zu bauen. Das berüchtigte jüngste Beispiel ist die Erweiterung von Plant Vogtle, einem Projekt in Georgia, bei dem zwei neue Reaktoren in diesem Jahr nach sechs Jahren Verzögerungen und Kostenüberschreitungen in Höhe von 20 Milliarden US-Dollar ans Netz gehen könnten. Der 33-Milliarden-Dollar-Tab ist mehr als doppelt so hoch die ursprünglichen Kostenvoranschläge . Dr. Magdalena Klemun studierte am MIT Ökonomie der Kernenergie, bevor sie an die Hong Kong University of Science and Technology wechselte. Sie sagt, dass amerikanische Probleme mit der pünktlichen und budgetgerechten Lieferung von Kernkraftwerken mit immer strengeren Sicherheitsanforderungen verbunden sind – keine schlechte Sache – und einer sinkenden Bauproduktivität, die branchenübergreifend getroffen wird, aber die Kernkraft besonders hart getroffen hat.

„Jedes Bauprojekt vor Ort ist immer anfällig für Probleme mit dem Management des Bauteams, Problemen mit der Lieferkette, der pünktlichen Lieferung verschiedener Materialien und Komponenten“, sagt Klemun. Aber bei Nuclear: „Jede einzelne Schraube, die Sie platzieren, erfordert Dokumente vor dem Plan, wo genau sie platziert werden soll, und dann Dokumente danach, die bestätigen, dass alles genau richtig gemacht wurde.“ Diese Projekte leiden unter steigenden „weichen Kosten“ auf der Baustelle. Mehr noch, weil wir im Wesentlichen jahrzehntelang aufgehört haben, Kernkraftwerke zu bauen, haben wir möglicherweise einen Schritt verloren.

Dabbars Ansicht ist etwas anders. „‚Pünktlich, im Budget‘ ist etwas, das nicht Teil der Kultur der Nuklearindustrie war“, sagt er. „Zu einem vernünftigen Grad gingen viele Leute in der Branche einfach davon aus, dass alles deutlich über dem Zeitplan und dem Budget liegen würde. Es ist ein bisschen so, als würden Sie ein Haus bauen und Ihr Bauunternehmer gibt Ihnen einen Preis, aber er denkt sofort, dass es niemals funktionieren wird und Sie doppelt zahlen müssen. Nun, herzlichen Glückwunsch, es wird mit ziemlicher Sicherheit doppelt so hoch sein.“

Die Erweiterung des Werks Vogtle wurde als die Wiedergeburt der Atomkraft in den USA gepriesen, aber die Dinge sind nicht ganz nach Plan gelaufen.

Dies hat verständlicherweise lokale Versorgungsunternehmen aus der Fassung gebracht und die Art von Kapitalinvestitionen abgeschreckt, die diese Projekte häufiger auf den Weg bringen könnten. „Wenn Sie der CEO eines Energieunternehmens sind und sich verschiedene Arten von Kraftwerken ansehen, die gebaut werden sollen, wurden viele Führungskräfte [die Kernkraftwerke unterstützten] entlassen, und Unternehmen gehen in Konkurs“, sagt Dabbar. Und das ist nicht neu: „Wenn Sie auf all die anderen Atombauzyklen in den USA zurückgehen, gibt es einen Bankrott nach dem anderen. Dies ist nicht nur Georgia und South Carolina . Dort war Öffentlicher Dienst in New Hampshire und El Paso elektrisch , und Long Island-Beleuchtung ging in Konkurs und verschwand.“ Große Nuklearprojekte weisen oft „sehr, sehr schlechte Kontrollen über Bau, Budget und Zeitplan“ auf.

Im National Reactor Innovation Center des Energieministeriums sagt Direktorin Ashley Finan, dass an Bautechnologien gearbeitet wird, die die Kosten senken werden. „Wir haben Prototypen aus Stahlziegeln gebaut, von denen einige Leute sagen, dass es ein Lego-ähnlicher Ansatz für Beton und Stahl für Atomkraftwerke ist.“ Sie fügt hinzu, dass sie auch prüfen, wie eine bewährte Methode aus der Tunnelbauindustrie, das „vertikale Schachtbohren“, Kosten und Zeit sparen könnte. Aber andere große Tiefbauprojekte haben einige dieser Probleme, sagt Dabbar, und er glaubt, dass es eine Lösung gibt, die auf seine Tage auf einem Atom-U-Boot zurückgeht: sie kleiner bauen.

Anstelle eines riesigen 1.200-Megawatt-Reaktors könnten Sie vier 300-Megawatt-Reaktoren am selben Standort haben. Bei kleinen modularen Reaktoren (SMRs) haben wir den Vorteil, dass wir viele davon in Fabriken bauen, mit standardisierten Prozessen, die Kostenüberschreitungen und Verzögerungen eindämmen. „Hier kommen seit Jahren all die Ex-Navy-Leute her“, sagt er. „Die Marine nimmt kleine modulare Reaktoren – besser bekannt als nur ein Kernreaktor für ein U-Boot oder einen Flugzeugträger – die an einem zentralen Ort gebaut werden, hauptsächlich in Virginia in der Nähe von Roanoke. Dann laden sie sie auf einen Sattelschlepper und verschiffen sie zur Werft und schweißen sie ein. Ein sehr bedeutender Teil des gesamten Reaktors wird irgendwo in einer Fabrik hergestellt und verschifft. Marinereaktoren werden ständig pünktlich und im Rahmen des Budgets in U-Boote und Flugzeugträger geliefert. Es ist eigentlich eine sehr gut ausgefeilte Maschine.“

Was wäre, wenn wir anstelle eines großen, gewaltigen, standortspezifischen Kernkraftwerksdesigns ein standardisiertes Design für einen Reaktor hätten, der ein Viertel oder ein Zehntel der Größe ist, die wir in einer Fabrik herstellen und an einen Standort liefern könnten, wo er stehen könnte in einem Prozess installiert, der näher an dem liegt, was wir für Atom-U-Boote und Flugzeugträger haben? Wenn wir mehr Energie benötigen, als ein Reaktor liefern kann, könnten wir mehrere an einem einzigen Standort stapeln. In einem Modell könnten wir diese Dinge in ehemalige Kohlekraftwerksstandorte stecken und verwenden Übertragung bereits vorhandene Infrastruktur, um sie schnell ans Netz zu bringen. Es gibt auch Pläne für „Mikroreaktoren“, die noch kleiner als die SMRs sind. Sie könnten eine einzelne große Einrichtung wie ein Krankenhaus oder eine abgelegene Gemeinde alleine mit Strom versorgen. Das könnte Sie ausflippen lassen, aber denken Sie daran, dass viele dieser neuen fortschrittlichen Reaktordesigns über inhärente Sicherheitsfunktionen verfügen, die es ihnen ermöglichen, sich abzuschalten und Gefahren zu beseitigen, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist.

Stellen Sie sich jetzt vor, wir stellen diese in Fabriken her und versenden sie überall im Land, wo sie gebraucht werden. Eigentlich muss man sich das nicht vorstellen: Am Dienstag kommt die U.S. Nuclear Regulatory Commission zugelassen ein SMR-Modell von NuScale. Ein einzelner Reaktor wird allein 50 Megawatt produzieren, aber er kann in Gruppen von vier, sechs oder zwölf gestapelt werden. Das Fließband hat aus einem bestimmten Grund alles verändert. Wir brauchen einen für Atomkraftwerke, weil wir Atomkraft brauchen.

Jack Holmes Leitender Mitarbeiter-Autor

Jack Holmes ist leitender Redakteur bei LocoPort, wo er über Politik und Sport berichtet. Er moderiert auch Useful Context, eine Videoserie.

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